淺析凝汽器鋼管泄漏原因與預(yù)防

李元杰

（華電國際萊城發(fā)電廠，山東 濟(jì)南 271100）

0 引言

凝汽器是火力發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備。凝汽器鋼管泄漏會(huì)使凝結(jié)水受到污染，水質(zhì)惡化，防止凝汽器鋼管泄漏對(duì)保證給水品質(zhì)尤為重要[1]。為了解凝汽器鋼管泄漏的原因，避免此類事故發(fā)生，保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，本文從設(shè)備本身和運(yùn)行操作兩方面對(duì)泄漏原因進(jìn)行分析，總結(jié)出凝汽器鋼管泄漏的原因，提出有針對(duì)性的預(yù)防措施，解決凝汽器鋼管泄漏問題。

1 凝汽器鋼管泄漏的危害

在汽輪機(jī)低壓缸排汽口建立并維持一定的真空是完成發(fā)電廠熱力循環(huán)的基本條件和提高汽輪機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要手段之一。凝汽器是建立和維持汽輪機(jī)真空的重要設(shè)備，其工作性能的好壞直接影響著機(jī)組運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。運(yùn)行中凝汽器鋼管發(fā)生泄漏，會(huì)使未經(jīng)處理的、硬度較大且含鹽量較高的循環(huán)水直接進(jìn)入高品質(zhì)的凝結(jié)水系統(tǒng)，造成凝結(jié)水水質(zhì)惡化。惡化的凝結(jié)水進(jìn)入鍋爐給水系統(tǒng)，造成鍋爐受熱面結(jié)垢、腐蝕，增大傳熱熱阻，這不但降低鍋爐效率和出力，還可能導(dǎo)致鍋爐爆管事故。此外，鍋爐汽水品質(zhì)惡化，會(huì)使新蒸汽夾帶鹽分，在汽輪機(jī)通流部分積鹽結(jié)垢，降低汽輪機(jī)的運(yùn)行效率和出力；積鹽結(jié)垢嚴(yán)重會(huì)使汽輪機(jī)主汽門、調(diào)節(jié)汽門卡澀，引起汽輪機(jī)超速事故；凝汽器鋼管泄漏嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致凝汽器水位升高，機(jī)組真空下降，機(jī)組出力和循環(huán)效率降低。

2 凝汽器鋼管泄漏狀況

某電廠采用單殼體、對(duì)分雙流程、表面式凝汽器。凝汽器A側(cè)布置有高壓加熱器事故疏水?dāng)U容器，凝汽器B側(cè)布置有凝汽器本體疏水?dāng)U容器。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2010年到2022年該電廠4臺(tái)300 MW機(jī)組共發(fā)生10次泄漏，其中凝汽器A側(cè)發(fā)生2次泄漏，凝汽器B側(cè)發(fā)生8次泄漏。由此可見，凝汽器泄漏多發(fā)生在疏水管路布置較為密集的凝汽器B側(cè)。

3 凝汽器鋼管泄漏的原因

凝汽器鋼管泄漏的原因多種多樣，大體可歸納為兩種：一是熱負(fù)荷較大、疏水溫度較高、疏水閥門內(nèi)漏和減溫水量不足引起的熱應(yīng)力、熱沖擊；二是鋼管沖刷和水沖擊引起的機(jī)械損壞。

3.1 熱負(fù)荷較大且分布不均

為了便于機(jī)組各處疏水的冷卻與回收，凝汽器除了擔(dān)負(fù)主汽輪機(jī)和給水泵汽輪機(jī)排汽的冷卻任務(wù)外，還擔(dān)負(fù)著汽輪機(jī)本體疏水、主再熱蒸汽管道疏水、各級(jí)抽汽疏水、軸封管道疏水、鍋爐5%旁路疏水等各處疏水的冷卻回收任務(wù)。熱負(fù)荷的增加增大了凝汽器的工作負(fù)擔(dān)。另外，該電廠凝汽器A側(cè)布置有高低壓加熱器事故疏水管道、高壓缸排汽通風(fēng)閥和除氧器高水位放水管道。高低壓加熱器疏水僅在其水位高時(shí)打開，高壓缸排汽通風(fēng)閥在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)60 s后自定關(guān)閉，除氧器高水位溢流閥僅在除氧器水位高時(shí)打開，熱負(fù)荷相對(duì)較小。主再熱蒸汽系統(tǒng)、汽輪機(jī)缸體、汽輪機(jī)各抽汽管道疏水集中布置在凝汽器B側(cè)，機(jī)組啟動(dòng)過程中負(fù)荷大于20%時(shí)上述疏水閥關(guān)閉，機(jī)組停止過程中負(fù)荷小于20%時(shí)上述疏水閥自動(dòng)打開，特別是機(jī)組跳閘時(shí)上述疏水閥自動(dòng)打開，大量高溫高壓蒸汽進(jìn)入B側(cè)凝汽器。此種工況下若本體疏水減溫水投入不及時(shí)會(huì)造成凝汽器嚴(yán)重超溫，凝汽器的熱應(yīng)力增加，使凝汽器B側(cè)更容易發(fā)生泄漏。凝汽器本體疏水?dāng)U容器熱負(fù)荷布置示意圖如圖1所示。

圖1 凝汽器本體疏水?dāng)U容器熱負(fù)荷布置示意圖

圖1中疏水集管A至H為凝汽器主要疏水熱負(fù)荷，均集中在凝汽器B側(cè)。各集管熱負(fù)荷：集管A為汽輪機(jī)第四、五、六段抽汽管道疏水；集管B為汽輪機(jī)高壓缸及高壓導(dǎo)管疏水；集管C為汽輪機(jī)中壓缸及中壓導(dǎo)管疏水；集管D為汽輪機(jī)再熱熱段管道及第一段抽汽管道疏水；集管E為輔助蒸汽、第三段抽汽管道疏水；集管F為主蒸汽管道疏水；集管G為給水泵汽輪機(jī)疏水；集管H為汽輪機(jī)再熱冷段管道及第二段抽汽管道疏水。

在機(jī)組啟停階段尤其是事故情況下，往往會(huì)產(chǎn)生大量高溫高壓的疏水，特別是主蒸汽疏水不僅疏水溫度高，而且疏水量大。若進(jìn)入凝汽器的疏水得不到及時(shí)有效冷卻，凝汽器受熱不均會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，引起脹口、焊接處開裂，凝汽器發(fā)生泄漏[2?3]。

3.2 進(jìn)入凝汽器本體擴(kuò)容器的疏水溫度較高

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)若出現(xiàn)疏水閥關(guān)閉不嚴(yán)而漏汽的情況，500℃以上的主蒸汽和再熱蒸汽沿疏水管路進(jìn)入凝汽器本體擴(kuò)容器；當(dāng)機(jī)組突然發(fā)生事故跳機(jī)時(shí)，來不及降溫降壓，大量500℃以上的主蒸汽和再熱蒸汽在疏水瞬間涌入凝汽器；在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)過程中，為防止汽輪機(jī)發(fā)生熱沖擊，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前必須先對(duì)主蒸汽和再熱蒸汽進(jìn)行升溫升壓，使汽輪機(jī)第一級(jí)金屬溫度與蒸汽溫度的不匹配度在?56～111℃范圍內(nèi)，此時(shí)主蒸汽和再熱蒸汽疏水溫度也較高。若高溫疏水在凝汽器本體擴(kuò)容器內(nèi)冷卻不完全即進(jìn)入凝汽器，會(huì)對(duì)凝汽器產(chǎn)生較大的熱沖擊和熱應(yīng)力，導(dǎo)致凝汽器泄漏[4?5]。

3.3 凝汽器本體擴(kuò)容器減溫水量不足和投入不及時(shí)

為防止凝汽器本體擴(kuò)容器過熱，凝汽器本體擴(kuò)容器裝有噴水減溫裝置。該電廠凝汽器本體擴(kuò)容器減溫水設(shè)計(jì)為基地儀控制方式，控制不可靠，經(jīng)常出現(xiàn)減溫水投入不及時(shí)導(dǎo)致凝汽器過熱的問題。另外，對(duì)凝汽器本體擴(kuò)容器減溫水管道及閥門直徑進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)減溫水管道直徑為108 mm，而減溫水氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)口直徑卻只有50.8 mm。減溫水氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥直徑過小，冷卻水量不足，引起凝汽器本體擴(kuò)容器過熱。

3.4 凝汽器本體擴(kuò)容器疏水閥門內(nèi)漏

機(jī)組運(yùn)行中，汽輪機(jī)內(nèi)的蒸汽具有較高的壓力與溫度，以主蒸汽為例，額定工況下，機(jī)組主蒸汽壓力高達(dá)16.6 MPa，溫度高達(dá)540℃。若疏水閥關(guān)閉不嚴(yán)，高溫高壓的蒸汽沿疏水閥進(jìn)入凝汽器，會(huì)加劇凝汽器的沖刷，增大凝汽器的熱應(yīng)力，引起凝汽器泄漏。

3.5 凝結(jié)水泵再循環(huán)管排水對(duì)凝汽器鋼管的沖刷

機(jī)組空負(fù)荷和低負(fù)荷時(shí)，為防止凝結(jié)水泵發(fā)熱和汽蝕，凝結(jié)水泵一般設(shè)有再循環(huán)裝置，使凝結(jié)水泵出口的一部分水返回到凝汽器熱水井中，以增加凝結(jié)水泵的流量，保證凝結(jié)水泵正常運(yùn)行。該電廠凝結(jié)水泵再循環(huán)管排水口在凝汽器汽側(cè)殼體開孔，為防止凝結(jié)水泵再循環(huán)管排水對(duì)凝汽器鋼管進(jìn)行沖刷，在凝結(jié)水泵再循環(huán)管至凝汽器水室排水口處加裝護(hù)板。A電廠凝結(jié)水泵再循環(huán)管接入凝汽器的方式與該電廠相同。A電廠在開機(jī)過程中，發(fā)生凝結(jié)水泵再循環(huán)管至凝汽器水室排水口護(hù)板脫落事故，再循環(huán)管排水直接沖刷凝汽器鋼管，造成200多根鋼管破損，被迫停機(jī)。該電廠利用機(jī)組檢修時(shí)機(jī)對(duì)凝結(jié)水泵再循環(huán)管至凝汽器水室排水口處護(hù)板進(jìn)行了加固，防止護(hù)板脫落造成凝結(jié)水泵再循環(huán)管排水直接對(duì)鋼管沖刷。

3.6 凝汽器發(fā)生水沖擊

為防止循環(huán)水泵發(fā)生汽蝕，循環(huán)水泵及循環(huán)水管道的布置位置通常要低于凝汽器。在循環(huán)水系統(tǒng)停運(yùn)后，循環(huán)水泵出口蝶閥關(guān)閉不嚴(yán)將導(dǎo)致凝汽器水側(cè)積空氣。在循環(huán)水系統(tǒng)啟動(dòng)過程中，若循環(huán)水系統(tǒng)排空氣不及時(shí)，循環(huán)水中的空氣就會(huì)在循環(huán)水泵的壓縮下體積驟縮，待空氣進(jìn)入凝汽器后體積又會(huì)驟然膨脹，引起凝汽器循環(huán)水室管板及凝汽器鋼管發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，脹口和焊接處開裂，凝汽器發(fā)生泄漏。

4 凝汽器鋼管泄漏的預(yù)防措施

針對(duì)凝汽器的熱應(yīng)力、熱沖擊問題，應(yīng)保證疏水在疏水?dāng)U容器內(nèi)充分降壓、降溫后再進(jìn)入凝汽器，且進(jìn)入凝汽器時(shí)要具有良好的冷卻效果。針對(duì)凝汽器的機(jī)械損壞情況，應(yīng)從設(shè)備的檢修、維護(hù)、改造及運(yùn)行操作方面進(jìn)行改進(jìn)。

4.1 確保循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行良好

循環(huán)水系統(tǒng)是電廠大多數(shù)熱用戶的冷卻終端，可確保凝汽器具有良好的冷卻效果，防止凝汽器發(fā)生熱沖擊，產(chǎn)生熱應(yīng)力。機(jī)組無論是在正常運(yùn)行、啟停階段，還是在事故處理過程中都要確保循環(huán)水系統(tǒng)水量充足且水側(cè)無積氣現(xiàn)象，防止大量蒸汽和疏水進(jìn)入凝汽器，使凝汽器產(chǎn)生熱應(yīng)力，引起鋼管泄漏。

4.2 凝汽器本體擴(kuò)容器減溫裝置優(yōu)化改造

針對(duì)減溫水噴水量不足和噴水不及時(shí)的情況，該電廠對(duì)凝汽器本體擴(kuò)容器噴水減溫系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)改造。增大了噴水減溫氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的進(jìn)口直徑，以保證凝汽器本體擴(kuò)容器有足夠的減溫水量；為保障凝汽器本體疏水?dāng)U容器減溫水及時(shí)投入，將噴水減溫控制方式改為DCS控制，并對(duì)噴水減溫控制邏輯進(jìn)行了修改完善。凝汽器本體疏水?dāng)U容器減溫水氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)打開的邏輯條件如下：

1）當(dāng)凝汽器本體擴(kuò)容器溫度達(dá)60℃、機(jī)組負(fù)荷小于70 MW及汽輪機(jī)跳閘信號(hào)發(fā)出任一條件滿足時(shí)，1號(hào)、2號(hào)機(jī)組自動(dòng)打開凝結(jié)水至凝汽器本體擴(kuò)容器減溫水調(diào)節(jié)閥，對(duì)疏水進(jìn)行減溫。

2）當(dāng)任一集管溫度達(dá)80℃、機(jī)組負(fù)荷小于70 MW及汽輪機(jī)跳閘信號(hào)發(fā)出任一條件滿足時(shí)，3號(hào)、4號(hào)機(jī)組自動(dòng)打開凝結(jié)水至凝汽器本體擴(kuò)容器減溫水調(diào)節(jié)閥，對(duì)疏水進(jìn)行減溫。

4.3 控制開停機(jī)時(shí)進(jìn)入凝汽器的蒸汽

該電廠300 MW機(jī)組運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)凝汽器必須先通冷卻水，再通蒸汽。因此，在機(jī)組啟動(dòng)過程中，必須嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)定，先啟動(dòng)循環(huán)水系統(tǒng)，并在確保循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行正常后，再按照開機(jī)流程依次進(jìn)行各系統(tǒng)設(shè)備的疏水暖管、啟動(dòng)工作以及汽水系統(tǒng)的升溫升壓工作。在機(jī)組停運(yùn)過程中，必須在確保凝汽器無蒸汽后才能停運(yùn)循環(huán)水系統(tǒng)。此外，循環(huán)水系統(tǒng)停運(yùn)后，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各疏水集管溫度、汽輪機(jī)排汽溫度的監(jiān)視和檢查，以保障疏水閥的嚴(yán)密性，防止有熱源進(jìn)入凝汽器。

4.4 加強(qiáng)各疏水閥的維護(hù)檢查

機(jī)組運(yùn)行中若高壓疏水閥內(nèi)漏，不但造成工質(zhì)浪費(fèi)，而且降低凝汽器工作的安全性。利用檢修時(shí)機(jī)，該電廠對(duì)存在內(nèi)漏的疏水閥進(jìn)行了排查更換，并在相關(guān)氣動(dòng)疏水閥前加裝了手動(dòng)隔離門，以提高高壓疏水閥關(guān)閉的可靠性。

4.5 優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)的啟動(dòng)流程

為防止凝汽器因積氣發(fā)生水沖擊，該電廠對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的啟動(dòng)流程進(jìn)行了優(yōu)化。在循環(huán)水系統(tǒng)啟動(dòng)前，先就地打開凝汽器轉(zhuǎn)向室和出水室的放氣門，以便循環(huán)水泵啟動(dòng)后，能及時(shí)排出循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的積氣，待排氣門有連續(xù)水流流出后，再關(guān)閉放氣門。此外，為更好排出循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的積氣，還對(duì)循環(huán)水泵的啟動(dòng)邏輯進(jìn)行了優(yōu)化。將首臺(tái)循環(huán)水泵的啟動(dòng)方式改為充水啟動(dòng)方式，當(dāng)循環(huán)水泵順控啟動(dòng)指令發(fā)出后，先將循環(huán)水泵的出口碟閥自動(dòng)開啟至15°，啟動(dòng)循環(huán)水泵并將其出口碟閥保持在15°對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)充水2 min，待循環(huán)水系統(tǒng)充水結(jié)束后，循環(huán)水泵出口碟閥自動(dòng)開啟至全開位置。

5 結(jié)語

通過對(duì)凝汽器本體擴(kuò)容器減溫水系統(tǒng)的改造、對(duì)疏水系統(tǒng)管道閥門的改造及對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)啟動(dòng)流程與啟動(dòng)邏輯的優(yōu)化，該電廠在凝汽器泄漏的防治工作中取得了較好的效果。采取相關(guān)預(yù)防措施后，降低了凝汽器鋼管泄漏率，保證了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。