300?MW汽輪發電機組高壓加熱器故障原因分析探討

張凱波

摘 要：某廠1號機組給水系統串聯布置了3臺由東方鍋爐廠制造的JG-950型臥式加熱器，近幾年多次發生3號高加泄露事故。高加的作用是利用汽輪機的抽汽來加熱鍋爐給水，該設備性能的優劣直接影響著發電廠熱效率。該文對此類缺陷進行分析、總結，以方便同型機組及時消除、避免類似缺陷的發生。

關鍵詞：高加 管束泄露 堵管 改進措施

中圖分類號：TM6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0087-03

某廠呼熱1號機組給水系統串聯布置了3臺由東方鍋爐廠制造的JG-950型臥式加熱器。高壓加熱器由水室、管束和外殼組成，管子同外管板采用脹接和焊接并采用高加大旁路系統。該機組投產至今，共發生7次高加管束泄露導致高加解列的事故，影響機組安全經濟運行。

1 設備原理與構成

高加的作用是利用汽輪機的抽汽來加熱鍋爐給水，保證給水達到所要求的溫度，從而提高電廠熱效率和保證機組出力。給水回熱加熱的意義在于采用給水回熱以后，減少了進入凝汽器的排汽量，降低了汽輪機冷源損失；另一方面，使工質在鍋爐內的平均吸熱溫度提高，提高了鍋爐給水溫度，提高汽輪機循環的熱效率。

為提高回熱系統熱經濟性，某廠3號高加內設有過熱蒸汽冷段、凝結段、疏水冷卻段。過熱蒸汽冷卻段布置在給水出口流程側，它利用具有一定過熱度的加熱蒸汽進一步加熱較高溫度的給水，給水吸收了蒸汽過熱部分的熱量，其溫度可接近或等于、甚至超過加熱蒸汽壓力下的飽和溫度（傳熱端差可降為負值）。凝結段是利用蒸汽凝結時放出的熱量加熱給水的。進入該段的蒸汽，根據流體冷卻原理、自動平衡，直到由飽和蒸汽冷凝為飽和的凝結水（疏水），并匯集到加熱器尾部或底部，然后流向疏水冷卻段。

疏水冷卻段是把離開凝結段的疏水熱量傳給進入加熱器的給水，從而使疏水溫度降到飽和溫度以下，疏水冷卻段位于給水進口流程側，并由包殼密閉。疏水溫度降低后，當流向下一級壓力較低的加熱器時，削弱了管內發生汽化的趨勢。管板和吸入口（疏水冷卻段進口）保持一定的疏水水位，使該段密封。管板的作用是防止凝結段的蒸汽進入疏水冷卻段。疏水進入該段后，在一組隔板的引導下彎曲流動，然后從疏出口流出，見圖1。

2 高加泄露的主要現象及危害

2.1 高加泄露的主要現象

在高加投運中判斷管子是否泄漏，主要看疏水水位、疏水調節閥開度。如果疏水閥開度比該負荷條件下的通常開啟度大，并且負荷是穩定的，這就要加強監視。如果疏水水位持續上升，疏水調節閥開到最大仍不能維持正常水位，說明高加管子已泄漏。其主要現象如下。

（1）相同負荷下，給水溫度下降。

（2）相同負荷下，給水泵流量異常升高。

（3）相同負荷下，高加正常疏水調門開度較往常增大才能維持水位穩定。

（4）相同負荷下，在上一級高加正常疏水調門開度無變化的情況下，本級高加水位異常升高。

（5）滿負荷情況下，高加泄露可能導致汽包水位出現波動。

（6）泄露較大的情況下，可能高加上端差較往常大，下端差較往常小。

（7）就地檢查設備，聲音異常，有漏流聲。

2.2 高加泄露的危害

高加管束泄露往往導致高加解列，其危害表現在3個方面。

首先造成汽輪機轉子軸向推力增大，高加解列后，回熱系統內的抽汽量大大減少，這部分抽汽將繼續留在汽缸內部繼續做功，引起機組脹差變化，威脅機組安全運行。其次造成鍋爐安全、經濟性能降低，高加解列后，給水只能通過大旁路進入鍋爐，由于給水溫度的降低，導致給水在鍋爐內部吸熱量增加，燃料消耗加大，機組帶相同負荷的情況下，鍋爐出力無形中增大，一般情況下，為防止鍋爐過熱會限負荷運行。最后，在高加管束大量泄露、水位急劇上漲且的情況下，若發生抽汽逆止門不嚴密、卡澀動作不及時，高加汽側的水就會順抽汽管道進入汽輪機，發生汽輪機水擊事故。如果高加事故疏水門疏水量不夠或卡澀不能聯開，其導致的后果不堪設想。

3 高加泄漏的原因

（1）高加管束材質、工藝不良，管子的規格、鋼號選用不當，其化學成分、機械性能等指標無法滿足現場高溫高壓的實際生產需求均可能導致高加管束泄露。另外，管壁厚度不均勻也會使管壁沖刷加速。

（2）高加運行工況惡劣，尤以3號高加最為顯著，長時間在惡劣工況下運行導致高加泄露幾率升高。某廠多次發生3號高加泄露事故，由其技術參數可見（表1），3號高加的運行條件最為惡劣。3號高加汽側進汽溫度最高，而給水溫度卻又最低，溫差最大；另外，給水系統水側壓力各高加相同，3號高加汽側壓力最低，高加管束的內外壓差最大。

（3）機組運行過程中，高加投停不當引起的振動、熱沖擊導致管束泄露。高加管束跨距大，管子細，在運行過程中，殼側、管側流體往往會產生較大的擾動力，管束產生受迫振動，當激振頻率落入管束自振頻率區域內，會引起管束振動變大，造成管束損壞。另外，高加投運前暖管不充分、溫升率控制不當等都會造成端板與管束之間產生脹差，熱沖擊使得管束產生巨大的熱應力，嚴重時發生變形、撕裂。

（4）機組負荷波動，導致抽汽過熱度降低，此時蒸汽中往往含有一定水分，由于過熱蒸汽冷卻段內汽流速度較高，極易導致管束受到沖刷侵蝕。

4 高加泄露的處理

高加系統安全隔離后，確認系統消壓，打開高加人孔門開展相關查漏、堵漏工作。在水側排空口送入一根60 mm的通風軟管，將現場的壓縮空氣送入高加管束內部，送氣量由小及大，加快內部通風、降溫，達到允許作業溫度。

高壓加熱器查漏的最可靠方法是做氣密試驗。對U型管管板式高壓加熱器，先開啟水、汽兩側的排空、放水閥，加熱器內壓力降至零，再緩開人孔，并排除水室內剩水，拆除螺栓連接著的分程隔板，清理管板表面。封閉殼體上所有接口，然后往殼體內充氣，按規程要求充氣升壓。檢查人員進入水室內可在管板表面涂肥皂液，如果管內有氣體或水沖出，表明該管子損壞。

對管口焊縫缺陷，可用尖頭鑿子鏟去缺陷部位，把管口清理干凈并使之干燥，然后對焊縫鏟除部分用鎳基合金焊條進行補焊。管子破裂缺陷不能用補焊手段來消除，只能用堵管的方法解決。可用低碳鋼車制成錐形堵頭，堵頭小頭直徑為d-0.1，大頭直徑為d+0.1（d為管子內徑），把堵頭打入破裂管的兩頭，然后與管端焊接牢固。

對于換熱管的爆管和泄露必須檢測準確，堵管工藝、方法極為重要，堵管操作切不可隨意進行。以某廠呼熱1號機為例，2011年7月22日，3號高加水位突然升高，高加解列，就地水位計顯示高水位，判斷為高加管束泄露，系統隔絕后打開水側人孔發現高加有3個管束爆管泄露，后堵9根管束。2011年08月31日，該機組3號高加正常疏水旁路門打開5圈的情況下，正常疏水調門開到100%，有時還要開啟事故疏水調門，在高加查漏試驗后，證明3號高加泄漏。此次解體3號高加發現在原堵漏處旁邊有兩處漏點，經打磨后發現漏點面積擴大，此次堵管12根。2011年12月21日，該機組3號高加再次發生管束泄露事故，解體發現在原堵漏處旁邊又有兩處漏點，此次堵管兩根，影響機組安全穩定運行。

可見對泄露管束進行預防性堵管是非常必要的，即人們常說的“梅花堵”，即在損壞管束周圍一圈進行預防性堵管，避免造成高加的持續性泄露，另外堵管必須對稱堵管，即分程隔板上部和下部對稱。當堵管數超過全部管數的10%時，既增大了給水的壓力損失和對管系的沖刷程度，又加快了給水流速，應重新更換管束。

5 預防高加泄漏措施

（1）正常情況下必須做到高加隨機啟停。

（2）當發現高加管束泄漏時，應盡早停運查漏，避免相鄰的管子沖刷、破壞，導致事故擴大。

（3）加強對高加運行狀態的分析監督，建立高加運行監督分析臺賬。

（4）高加管束泄露后，對靠近泄漏管子的一層管子進行預防性堵管，防止泄漏管子外圍鋼管因沖刷減薄而留下潛在泄漏隱患。

（5）加強設備劣化分析與檢修工作管理，每次檢修對泄漏管束區進行檢測、標定，檢查有無劣化趨勢并建立高加堵管設備臺賬。

（6）停機檢修過程中，化學監督人員應檢查管束的腐蝕、結垢情況，為設備管理、運行提供理論依據。

（7）停機檢修過程中，對高加進水三通閥進行檢修，便于解列高加。

參考文獻

[1] 李延群，馮興隆.大容量機組高壓加熱器故障原因分析及對策[J].熱力發電，2003，32（6）：53-56.

[2] 蔡錫琮.高壓給水加熱器[M].水利電力出版社，1995.

[3] 魯葉茂，李旭輝.高加運行中泄漏原因分析及對策[Z].全國火電大機組，2005.

[4] 楊利國，蓋建勇.#3高壓加熱器泄漏分析及處理[Z].全國火電大機組，2005.