高壓加熱器泄漏原因分析與渦流檢測的應用

郭 煒

（大唐陽城發電有限責任公司，山西 晉城 048102）

0 前言

現代大型汽輪機組通常采用回熱循環的方式提高給水在鍋爐內吸熱過程的平均溫度，用以提高機組的熱經濟性。而對于參數較高、容量較大的高壓加熱器，通常采用大旁路設計，泄漏故障往往導致數臺高加整體退出運行，造成高加投入率下降，影響機組運行的經濟性。高壓加熱器在使用過程中出現的故障中絕大多數都為管束泄漏故障，因此對高壓加熱器的管束進行監管和檢查是非常重要的。渦流探傷技術應用于高加管束檢漏是一種新興技術的現場應用，在檢測過程中對管束不會產生任何的損壞和影響。對高壓加熱器進管束進行渦流探傷檢查，可以快速高效地檢查出泄漏缺陷和隱患。結合檢查結果對管束泄漏的原因進行分析，可制定相應的預防措施。

1 高壓加熱器管束泄漏的原因及危害

1.1 管束泄漏的原因

1.1.1 腐蝕

當給水的水中氧氣溶解量超出標準的時候，就會不斷地對高壓加熱器管束的內壁進行侵蝕，逐漸削弱管壁的厚度，同時也會腐蝕管束表面的金屬，當管束表面的金屬被腐蝕完后，會對表面造成不同程度的破壞，甚至出現溝槽或者凹坑。另外，用于固定和密封管束的圓鋼與管束之間脹口的壓力也會隨之減小，這些原因都會在很大程度上造成高壓加熱器管束泄漏。

1.1.2 高加投退過程中操作不當

在高壓加熱器投入使用前，操盤人員都比較重視暖管的時間，如果暖管的時間和規程標準不符合，就會發生高壓加熱器吸熱不均衡的狀況，進而造成管束變形，甚至出現管束泄漏。另外，在高壓加熱器停止使用的時候，上側疏水溫度下降之后形成了較大的溫差，在其停止使用以及吸熱不均衡而產生管束變形之后沒有及時移動到其他回路，再加上冷水側的冷卻速度較快，溫差發生的巨大變化造成管束和管板的脹口泄漏。

1.1.3 高壓加熱器運行過程中，未對上下端差進行合理控制

高壓加熱器在運行過程中，操盤人員的不恰當調整以及高壓加熱器的水位自動控制錯誤又或者疏水調節裝置出現問題等都可能造成高加水位的波動幅度過大，進而造成上端差和下端差出現不正常波動，超出了各自的正常范圍。使管板變形量超過允許范圍，管子脹口開裂導致泄漏故障。

1.1.4 負荷變化過快造成的熱沖擊

在對機組自身負荷進行調節的過程中，無論負荷增加或減少，操盤人員都應該嚴格控制負荷變化的速度。究其是主要原因，在負荷變化過程中，倘若速度過快，在很大程度上放大了給水壓力變化的速度，使較快的壓力變化速度和較慢的水溫產生矛盾，進而造成高壓加熱器的沖擊振動，使設備故障概率增大。

1.1.5 管束材料存在問題

在制造過程中，高壓加熱器的管束材料存在質量缺陷，在使用過程中會造成裂痕、蝕坑等劣化情況，甚至可能會造成管束斷裂。這種情況會帶來相當嚴重的后果，不但在很大程度上降低了高壓加熱器的熱效率，增加了燃煤量和耗電量，長此以往，高壓加熱器會長期受到給水的侵蝕，進而造成高壓加熱器筒體超壓爆炸。

1.1.6 停機保護不當

高加停役達到100 h 以上時，要采用適當的保護措施，以防止停役期間設備腐蝕。根據設備停役時間或防寒防凍需要的不同，保護措施可分為濕法保護、干法保護和充氮保護等，其中充氮保護法較為常用。

1.2 管束泄漏的危害

管束泄漏的危害有4 點。1）在高壓加熱器發生泄漏后，由于給水壓力較大，對周邊的管束造成較大的沖擊力，繼而出現管束泄漏危害，將泄漏的范圍逐步擴大。2）在高壓加熱器發生泄漏危害以后，汽側疏水以及泄漏入殼側的給水混合，如果發生水位快速升高，就非常容易竄入抽汽管道，進而出現水沖擊，導致整個機組癱瘓。3）當高壓加熱器管束堵塞會導致給水出口溫度降低，溫度下降造成主蒸汽溫度下降，要想正常運行就必須要提高燃煤量來滿足機組負荷的要求，進而造成爐膛內溫度過高，在增加耗電量和耗煤量的同時，對節能效益的完成產生消極影響，甚至可能造成爐內管管束泄漏的危害超溫損壞。為了防止鍋爐爐內管道超溫，就必須要降低主蒸汽、再熱蒸汽參數，進而降低了汽輪機的功率，影響機組發電量。4）在發生泄漏之后，要想得到完全的處理，需要耗費大量的時間。如果系統存在缺陷，無形當中就增加了加熱器的冷卻時間，進而降低加熱器的效能。

2 渦流探傷技術的應用

2.1 渦流探傷技術的原理

渦流探傷技術是一種無損檢測技術，對被檢測對象的性能不會帶來任何損害和影響，是在電磁感應原理的基礎上研究出的一種新型檢測技術。與傳統的殼側充鹵素檢查法、殼側抽真空檢查法相比較，該檢測方式具有檢查結果準確性高、檢查時間靈活等優點。渦流探傷技術的探頭是由激勵線圈以及測量線圈組成的，將低頻率的交流電通入激勵線圈中，2 次將激勵線圈的能量流穿過管束井壁，并順著管壁進行傳播。利用測量線圈對激勵線圈在穿過管束井壁后重返管內的磁場進行檢測。利用相同靈敏度的線圈對管束內壁及外壁存在的不足以及管束井壁的厚度進行檢測，在檢測過程中如果出現缺陷，渦流就會發生變化，線圈的電流產生阻礙作用或者感應電壓發生轉變，進而將管束存在缺陷的信號反饋出來。

2.2 渦流探傷技術的應用

2017 年，在某廠600 MW 亞臨界汽輪機組1 號高加檢修中，首次采用遠場渦流檢測技術對高加管束進行檢查。該高壓加熱器管束規格為φ15.88×2.1，管束材質為SA-556CrC2。遠場渦流與常規渦流方法不同的是：遠場區域的磁場主要是由激勵線圈附近的電磁能量穿出管壁，然后沿管外壁擴散，最后又進入管壁內，感應到檢測線圈上。這種檢測方式克服了由于趨膚效應而造成導體有效電阻增加的束縛，可以廣泛適用于非鐵磁性性鋼管和鐵磁性鋼管的檢測。通常情況下，探頭的擺動不會對檢測結果產生影響，該技術可以高效地檢測出管束中是否存在蝕坑、孔洞以及是否夾雜了其他雜質，是否存在裂痕等方面的不足。在對81 高壓加熱器5818 根管束進行的100%渦流檢測中，發現了其中11 根管束存在信號幅值超標、壁厚減薄的缺陷。通過對壁厚減薄超標的管束進行了封堵處理，有效控制了81 高壓加熱器運行中泄漏的風險。

3 控制高壓加熱器泄漏的措施

3.1 控制給水溶氧量

可靠投運加藥系統和除氧器系統，利用化學除氧和除氧器熱力除氧，確保給水泵出口溶氧量小于10 ug/L，pH 值（25℃）控制在9.2～9.6。

3.2 高壓加熱器在投入使用以及停止使用過程中應該注意的問題

為了預防高壓加熱器在投入使用過程中產生熱力沖擊，應使用事故疏水系統對殼體和管道充分預暖。在使用過程中或者停止使用時，應該合理控制水溫的變化，變化頻率應該控制在1.1℃/min ～1.8℃/min 內。高壓加熱器在停止使用后，根據壓力的等級從高到低逐級關閉，在投入使用時則相反。

3.3 確保高壓加熱器上、下端差處于最佳范圍

在運行中，要著重對上下端差進行實時監控，如果出現了由于疏水位過低而造成上下端差加大的狀況時，應該及時上報相關人員對其進行檢查，同時調整水位，確保上下端差處于標準的范圍當中。應該注意的是，如果高加器在運行過程中出現不凝結氣體聚集的狀況，就會對高壓加熱器的傳熱成效產生不良影響，造成上下端差迅速增加，這時需要對高壓加熱器中連續排空閥的開啟程度進行調整，防止不凝結氣體在加熱器中聚集起來。

3.4 確保高壓加熱器運行的穩定性

機組負荷在變化過程中，應控制變化頻率在0～3 MW/min內，汽壓的變化頻率控制在0～0.05 MPa/min，同時將溫度變化頻率控制在57 ℃/h，并且確保溫度控制在0.5 ℃/min ～1 ℃/min。在機組出現緊急關閉的時候，應該馬上截斷抽汽管道和水側，同時檢查抽汽逆止閥門以及電動門是否關閉，避免由于蒸汽的不斷涌入而對已經不再流動的給水進行加熱，進而造成管束變形。截斷給水就是為了防止抽汽消失后，管板的快速冷卻而造成管束的焊接處受到變溫應力的影響發生變形。

3.5 加強設備制造監造管理

由于高加殼體往往采用焊接連接，在電廠現場檢修較為困難，因此加強在生產廠家的監造管理十分必要。應著力監督生產廠家使用合格管材，并對管板與管子的焊接質量進行探傷檢查，確保質量可靠。在管口配置合適的防沖刷套管，并在每次檢修時進行檢查，提高設備可靠性。

3.6 設備停運充氮保護

用氮填充設備或有關組部件的前提是，這些設備或部件必須是完全干燥的，同時系統隔離嚴密。因此設備充氮后應定時監測壓力儀表并及時補充氮氣，如果下降過快，需要查明氣壓下降原因。

4 結語

高壓加熱器發生泄漏的原因有很多，不僅受到設計及制造質量的影響，在運行過程中溫度變化，也會造成變溫應力，進而影響高壓加熱器的正常運行。因此，在投入使用前應該利用渦流探傷技術對高壓加熱器本身存在的缺陷進行檢查，從根源上杜絕泄漏事故的發生，除此之外，該文根據高壓加熱器運行過程中固有的特點采取相應的預防措施，規避泄漏事故的發生，在運行過程中發生泄漏后及時分析原因，同時采用與之相對應的處理辦法，防止泄漏范圍的擴大，進而確保高壓加熱器安全、穩定運行。