火力發(fā)電廠給水加熱器劣化機理研究

楊耀忠

摘 要：本文首先對電廠給水加熱器的破壞機理進(jìn)行了概括性介紹，然后對給水加熱器的基本結(jié)構(gòu)、功能與相關(guān)運行方式進(jìn)行了簡要介紹，最后對給水加熱器破損的檢測方法及修補方式進(jìn)行了介紹。本文結(jié)論可作為電廠運行人員在監(jiān)測給水加熱器時的依據(jù)，預(yù)防給水加熱器事故發(fā)生。

關(guān)鍵詞：給水加熱器；沖刷腐蝕；可靠度分析；劣化機理

中圖分類號：TM93文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在電廠中，給水加熱器又稱回?zé)峒訜崞鳎淅闷啓C中間的抽汽對給水進(jìn)行預(yù)熱，使給水升溫至某一特定溫度，在送入鍋爐加熱產(chǎn)生高溫高壓蒸汽推動汽輪機做功，該方法能有效提高蒸汽的產(chǎn)生效率和能源利用效率。

按照給水加熱器所承受的壓力，可將其分為高壓給水加熱器和低壓給水加熱器；如果按照熱交換的方式來分，又可分為開放式給水加熱器和封閉式給水加熱器。在開放式給水加熱器中，給水與蒸汽在給水加熱器中混合，直接進(jìn)行熱交換。而封閉式給水加熱器則通過換熱管與蒸汽進(jìn)行間接熱交換。由于給水加熱器的設(shè)計功能不同，故其運行條件與管殼厚度等參數(shù)也存在差異。給水加熱器的運行過程大致如下：高壓蒸汽由抽汽入口進(jìn)入殼側(cè)，進(jìn)行熱交換后由冷凝水出口流出。給水加熱器殼側(cè)一般采用碳鋼材料，在其抽汽入口處有一塊防止沖擊的不銹鋼板，其目的是避免高壓蒸汽直接沖擊管側(cè)，造成管側(cè)局部沖蝕現(xiàn)象。由于高壓蒸汽會凝結(jié)成水滴，而水滴以高速撞擊緩沖板后反彈至給水加熱器殼側(cè)，常造成殼側(cè)局部產(chǎn)生沖刷腐蝕現(xiàn)象。

1 沖刷腐蝕現(xiàn)象

給水加熱器的作用是從汽輪機抽汽至給水加熱器殼側(cè)內(nèi)，通過換熱管與給水進(jìn)行熱交換，達(dá)到提升給水溫度的目的。為了避免抽汽直接接觸換熱管，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，常在蒸汽入口下方放置沖擊擋板，但卻因此造成了殼側(cè)的沖刷腐蝕現(xiàn)象，由于沖刷腐蝕作用，導(dǎo)致給水加熱器殼側(cè)變薄。沖刷腐蝕是一個無法避免的問題，給工業(yè)界造成很大困擾。從以往觀察及試驗 結(jié)果觀察，沖刷腐蝕所造成的材料磨損可分為機械性沖蝕的擴散現(xiàn)象及化學(xué)腐蝕的溶解相互作用，也成為流動加速腐蝕現(xiàn)象。

在一般的碳鋼材料管路中，管壁會因流體而形成一層氧化層，此氧化層的厚度與管壁材料及流體的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，此作用稱為腐蝕。此時，如果管路中的流體處于靜滯狀態(tài)，只要外界環(huán)境不變，則氧化造成的腐蝕層最終會隨時間漸漸達(dá)到飽和，其厚度不在增加。這時的氧化層會對管壁起保護(hù)作用，隔絕管壁與流體的接觸。但如果有其他機械力與溶解效應(yīng)作用于氧化層，就會造成氧化層脫落，導(dǎo)致氧化層變薄。此作用稱為沖蝕。氧化層厚度減少后，管壁又與流體接觸形成氧化層，如此周而復(fù)始的循環(huán)，最后將造成管壁薄化破裂。

2 給水加熱器的劣化機理

造成殼側(cè)管壁變薄的主要機理有兩種，其一為腐蝕產(chǎn)物的溶解與傳遞機制，管壁在水中所生成的氧化物會因水的化學(xué)特性而自然溶解于管壁與水界面。第二種則為因液態(tài)小水滴不斷沖擊造成，在高壓系統(tǒng)中，水滴以高速沖擊管壁腐蝕氧化層，進(jìn)而造成管壁薄化現(xiàn)象。

在給水加熱器的設(shè)計上，為了避免抽入的蒸汽直接沖擊到給水流經(jīng)的熱交換管，常在蒸汽入口處設(shè)置沖擊擋板，以保護(hù)熱交換管路，但此擋板會將蒸汽中夾帶的水滴反彈，使水滴高速沖擊殼側(cè)，在這種現(xiàn)象的連續(xù)作用下，使得給水加熱器殼側(cè)發(fā)生沖刷腐蝕現(xiàn)象。以給水加熱器的流動狀態(tài)而言，屬于高壓干蒸汽的液滴流系統(tǒng)，故造成管壁薄化的主要機理為液滴沖擊造成的。

3 無損檢測與薄化定量評估

無損檢測技術(shù)可分為視檢法、表面檢測及整體檢測等方法。給水加熱器殼側(cè)的檢測為整體檢測，主要以超聲檢測和電渦流檢測兩種檢測為主，以目視檢測為輔。在電廠中，以超聲檢測為主要檢測方式，然而超聲檢測的誤差，根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗可達(dá)到5%以上。因此如何從檢測數(shù)據(jù)中合理計算出檢測薄化率是評估過程中必須詳加考慮的重點。

目前國內(nèi)電廠在給水加熱器檢測方法上根據(jù)EPRI提出的由檢測人員在被測件表面劃上網(wǎng)格線，檢測人員在網(wǎng)格交叉線點處，利用超聲檢測儀，測量改點的厚度。給水加熱器殼側(cè)檢測范圍與網(wǎng)格大小，基本上采用EPRI所建議的值，但為了更加精確，在給水加熱器周向的檢測范圍增加到左右各180°，也就是周向360°全部檢測。其比EPRI建議的檢測范圍大許多，因此也增加了不少大修時檢測的工作量。

根據(jù)EPRI提出的根據(jù)壁厚的超聲檢測數(shù)據(jù)評估薄化量及薄化率有四種方法，分別為：點對點比較法，環(huán)狀法，區(qū)域法和移動區(qū)域分析法。總的來說上述各種數(shù)據(jù)評估方法，各有其適用的條件和時間，其中對于首次檢測的直管構(gòu)建，因為沒有其他時間點的檢測數(shù)據(jù)，故以環(huán)狀法較為合適。

4 殼側(cè)修補方法介紹

給水加熱器在經(jīng)過檢測評估后，若發(fā)現(xiàn)有薄化現(xiàn)象，則應(yīng)進(jìn)行不同程度的修補，可分為暫時修補和永久性修補。若發(fā)現(xiàn)有薄化現(xiàn)象發(fā)生，但離停機大修仍有一段時間，則進(jìn)行暫時性修補，其修補方式大致為：在給水加熱器殼側(cè)薄化最嚴(yán)重的部分，以碳鋼材料制造金屬罩子，焊接在薄化部分，以防止在電廠正常運行時期，給水加熱器殼側(cè)破裂導(dǎo)致高壓蒸汽沖出造成意外事件。

如果在大修時發(fā)現(xiàn)薄化問題，則應(yīng)進(jìn)行永久性修補，但根據(jù)給水加熱器壓力的不同，又可分為兩種修補方式，分為高壓給水加熱器的焊道結(jié)合效率為1，且殼體可以拖動，人員可以進(jìn)入殼體內(nèi)，該修補的目標(biāo)可達(dá)到設(shè)計值。再將不銹鋼板進(jìn)行補焊，補焊后進(jìn)行無損檢測，以確定補焊厚度超過設(shè)計值，并且沒有裂紋，最后將殼體歸位，進(jìn)行給水增壓檢測。低壓加熱器焊道結(jié)合效率為0.85，且殼體因固定冷凝器殼壁上，因此人員無法殼體，故只能根據(jù)厚度測量值進(jìn)行修補，在利用全新不銹鋼板進(jìn)行更換，在重新檢測厚度。

5 結(jié)論

本文通過對給水加熱器沖刷腐蝕現(xiàn)象的介紹，闡述了管壁變薄的主要原因，分析給水加熱器在運行過程中因液滴撞擊造成的殼壁劣化機理。在此基礎(chǔ)上對給水加熱器殼壁無損檢測與薄化定量方法進(jìn)行了介紹，最后對給水加熱器殼側(cè)修補方法進(jìn)行了介紹，以其提高機組運行維護(hù)的效率及有效監(jiān)測每個給水加熱器的目的。