600MW火電機組汽輪機回熱加熱器泄漏原因分析及解決措施

中圖分類號：TM621 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168(2025）13-0029-04

DOI:10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.13.005

Analysis and Solution for Leakage in Regenerative Heaters of 6oo MW Thermal PowerUnitTurbines

ZHANG Xingkai (ShanxiDeyuan Fugu EnergyCo.，Ltd.，Yulin7194O7，China)

Abstract: [Purposes] To analyze leakage issues in 6OO MW thermal power unit regenerative heaters and explore effective solutions.[Methods] Field investigations and case studies were conducted to systematically summarize leakage causes in regenerative heaters.Actual operational data from a power plant were analyzed to investigate leakage mechanisms and verify preventive measures.[Findings] Four main leakage factors were identified: internal corrosion，mechanical damage，operational fluctuations，and improper maintenance. Corresponding systematic solutions were proposed，including water quality optimization control， mechanical damage prevention， operating parameter optimization， and preventive maintenance.[Conclusions] Comprehensive prevention and control measures can effctively reduce leakage risks，ensuring stable equipment operation and long-term reliable power supply for the power unit. Keywords: thermal power unit; regenerative heater; leakage causes

0 引言

火力發電在我國能源供給中占據重要地位。近年來，隨著電力需求的持續增長，大容量高參數機組得到廣泛應用[1。回熱系統作為提升機組供熱效率的關鍵，其安全性、可靠性備受關注。回熱加熱器作為回熱系統的核心設備，其泄漏問題易造成機組非計劃停運，影響電網調峰平衡[2]。因此，深入剖析回熱加熱器泄漏原因，探索有效的解決措施，對保障機組長周期滿負荷穩發，促進行業技術

進步具有重要意義。

1泄漏原因剖析

受材料性能、工藝質量、運行工況等多重因素影響，600MW火電機組汽輪機回熱加熱器泄漏問題時有發生，嚴重威脅機組的長周期滿負荷穩發。泄漏原因錯綜復雜，主要包括以下方面。

① 內部腐蝕是導致回熱加熱器泄漏的主要原因之一。給水中溶解氧、二氧化碳等酸性氣體，易與管壁發生電化學反應，產生不同形式的局部腐蝕。以碳鋼管為例，溶解氧含量超過 20μg/L 時，可發生嚴重的氧腐蝕，形成大量針孔或麻坑，加速管壁減薄。此外，流動加速腐蝕也不容忽視。當給水流速超過 1.5m/s 時，鋼材的腐蝕速率可提高1~2倍，腐蝕產物四氧化三鐵進一步加劇局部磨損，最終導致泄漏[3]。

② 機械損傷是誘發泄漏的“元兇”。機組頻繁啟停或負荷驟變時，加熱器內部易形成較大的溫差應力和壓差應力。當應力超過材料的屈服強度時，傳熱管束極易發生變形、磨損，甚至斷裂。汽水撞擊也是另一常見誘因。抽氣夾帶水滴高速沖擊管壁，產生嚴重的壁厚減薄或汽蝕坑，進而引發裂紋擴展。此外，管板密封不嚴，也易造成泄漏。

③ 運行工況的波動會加劇泄漏風險。根據熱力計算，回熱加熱器給水進口溫度每升高 10°C ，管壁熱應力可增加 15%～20% 。當機組長期在高參數下運行，特別是給水溫度超過設定值時，傳熱管束的熱疲勞損傷將大幅增加。同時，抽汽參數的頻繁波動，也會引起加熱器內部氣溫分布不均，局部過熱或過冷，誘發泄漏[4]。

④ 維護管理不當是回熱加熱器泄漏的潛在誘因。回熱加熱器作為高溫高壓容器，其檢修周期通常為4年或隨大修周期進行[5]。若日常運行中缺乏有效的狀態監測和故障診斷，小問題易累積成嚴重隱患。此外，管板與水室等關鍵密封部位若未采取防腐保護措施，也會成為泄漏的薄弱環節。綜上所述，回熱加熱器常見泄漏原因及影響因素見表1。

2泄漏解決措施

針對 600MW 火電機組汽輪機回熱加熱器泄漏問題，需從設計、運行、維護等多個維度系統施策，全面提升設備的可靠性和安全性。結合現場運行經驗與技術發展趨勢，本研究提出以水質控制為基礎、機械損傷防范為重點、運行參數優化為保障、維護管理為支撐的綜合解決方案，旨在有效遏制泄漏事故的發生，延長設備使用壽命，確保機組安全穩定運行。

2.1水質控制措施

針對回熱加熱器內部腐蝕這一泄露誘因，優化水質控制是首要舉措。給水溶解氧作為加速腐蝕的\"元兇”，必須嚴格控制在 20μg/L 以下。為此，可采用高效的真空脫氣技術，如機械真空脫氣和膜脫氧相結合，確保除氧效果。同時，在凝結水、除氧水及給水系統中加入氫氧化鈉，將 pH 值控制在 9.0～ 9.6的微堿性范圍，最大限度抑制酸性氣體的腐蝕作用。考慮到流動加速腐蝕的影響，給水流速應控制在 1.2m/s 以下，減少對傳熱管壁的沖刷。在水質監測方面，可引入在線溶解氧分析儀、pH計、電導率儀等，實現實時監測和閉環控制。建立完善的水質數據庫，通過大數據分析，及時發現水質異常趨勢，為預防性維護提供依據。對投運多年的機組，針對性開展管束清洗，采用高壓水射流或化學清洗等方式，去除管壁氧化物和污垢，恢復傳熱效率，延緩腐蝕速度。同時，優選耐腐蝕材料，如不銹鋼、鈦合金等，提升管材的抗腐蝕性能。對于新建機組，應在設計階段充分考慮水質特性，合理選擇管材，并采用先進的表面處理工藝，如鍍層、涂層等，全面提升傳熱管束的耐腐蝕性[5]。

2.2 機械損傷防范措施

回熱加熱器機械損傷往往源于不合理的運行方式和保障制度的缺失。為有效防范機械損傷引發的泄漏事故，需從優化機組調峰方式人手。針對頻繁啟停和負荷驟變等異常工況，應編制詳細的操作規程，明確升降負荷速率、溫壓曲線等關鍵參數，并通過DCS系統設置軟聯鎖。當實際工況偏離設定值時及時告警，甚至連鎖降負荷，避免惡劣工況對傳熱管束造成熱疲勞損傷。針對抽汽夾帶水滴沖刷管壁的問題，可在疏水系統中增設汽水分離器，并優化安裝位置和分離效率，最大限度降低汽水撞擊風險。針對管板密封不嚴導致的泄漏，應加強檢修環節的質量管控。如在管板與管箱焊接時，采用自動焊代替手工焊，提高焊縫質量；在更換管板密封墊片時，優選石墨基柔性石墨復合墊片，兼顧密封性能和耐久性；在水壓試驗中，嚴格按照規范要求保壓，確保密封面的嚴密性[6。此外，針對機械磨損引發的泄漏，可采用聲發射、渦流檢測等無損檢測技術，及時發現傳熱管束的局部減薄或開裂等缺陷，為狀態維修決策提供依據。對于高溫蠕變易發區域，如抽氣入口附近的管束，可增加定期檢測頻次，并采取噴涂耐磨涂層等防護措施，延緩磨損進程。針對已發生變形或斷管的區域，必須及時實施管束更換，選用更高強度的材料，如奧氏體不銹鋼、含稀土合金鋼等，全面提升設備的抗震性和可靠性。

2.3運行參數優化措施

針對回熱加熱器運行工況波動引發的泄漏風險，優化運行參數和控制策略非常重要。在給水溫度控制方面，可采用模型預測控制（ModelPredic-tiveControl，MPC)算法，根據機組負荷、煤質波動等因素，實時調整給水溫度設定值，使其始終處于最優區間。一般情況下，給水溫度每升高 10^°C ，傳熱管束的熱應力增加約 15%～20% 。因此，MPC算法的核心是在保證機組經濟性的同時，將給水溫度控制在設定值附近，避免過高溫導致熱疲勞損傷加劇[]。在抽氣參數優化方面，可建立機組全工況仿真模型，采用遺傳算法、粒子群算法等智能優化方法，在滿足凝汽器真空度、汽機背壓等邊界條件下，求解最佳抽氣壓力、溫度組合，并將優化結果傳遞給DCS系統實時調控。此外，完善的事故預想和應急處置機制不可或缺。針對機組非計劃停運、快速降負荷等異常工況，應提前制定詳盡的操作規程和應急預案，明確不同工況下的控制目標和操作權限。如在急停工況下，可優先切除低壓加熱器抽汽，避免因溫度驟降引發管束熱應力集中。同時，加強運行人員的技能培訓和應急演練，確保關鍵節點的正確決策和快速響應。通過將典型運行工況和對應的泄漏風險評估納人機組知識庫（見表2），并借助人工智能技術，對海量歷史數據進行挖掘分析，可以及時識別工況異常和泄漏征兆，為預警決策提供支持。

由此可見，針對運行工況的優化控制是防范回熱加熱器泄漏的重要環節。這需要機組設計、運行、檢修等多部門的協同配合，在制定優化目標和評價指標時，既要兼顧機組經濟性和靈活性要求，也要將設備材料的疲勞壽命和水的化學特性納入考量，權衡各種因素，制定科學合理的運行策略，在全生命周期內實現回熱系統的本質安全。

2.4加強維護管理措施

回熱加熱器作為火電機組的關鍵設備，其維護管理水平直接影響機組的安全經濟運行。從前文分析可知，日常維護不到位是導致回熱加熱器泄漏的重要原因之一。因此，必須建立完善的預防性維護體系，從源頭遏制泄漏隱患。首先，傳熱管束狀態監測尤為關鍵，不僅可以采用渦流檢測、超聲導波等無損檢測技術，對管束的減薄率、裂紋深度等損傷參數進行定期評估，形成量化的健康檔案，而且可以引入基于風險的檢驗(RBI)理念，根據回熱加熱器的失效后果和失效可能性，優化檢修周期和任務，做到有的放矢、精準施策。其次，針對現場發現的泄漏隱患，及時制定整改措施，跟蹤落實到人，建立閉環管理機制。如發現管板附近密封面存在腐蝕痕跡，可采取噴涂金屬陶瓷涂層、更換石墨復合墊片等措施，全面提升防腐防泄密封性能。開展設備大修時，對于高溫疲勞敏感區，如氣封加熱器的抽氣入口彎頭，可增設在線應力監測裝置，實現實時狀態評估。最后，注重總結機組典型缺陷案例，用于指導后續檢修策略優化。可搭建泄漏機理研究平臺，開展物理模擬和數值分析，揭示不同泄漏模式的演化規律，為狀態診斷和壽命預測提供理論支撐。如針對流動加速腐蝕機理，通過流場與傳質過程耦合模擬，得出管壁剪切應力與腐蝕速率的定量關系，據此制定管束更換標準。

3案例分析

3.1 案例背景

以某電廠2號600MW亞臨界火電機組為研究對象。該機組于2010年6月投產，設計燃煤消耗率為 291.86g/(kW?h) ，采用單軸串聯四缸四排汽、一次中間再熱、八級再生抽汽的亞臨界直接空冷凝汽式汽輪機。機組配置3臺高壓加熱器和3臺低壓加熱器，共6臺回熱加熱器，編號依次為1~6#。2021年8月，機組負荷為 420MW ，運行壓力 24.15MPa ，主蒸汽溫度 537^°C ，再熱蒸汽溫度 540^°C ，給水溫度280^°C 。在例行定期檢查中，發現5#低壓加熱器泄漏較為嚴重，當日凝結水電導率為 8.95μS/cm ，比機組正常值高出約 6.5μS/cm 。泄漏發生時，環境溫度 32°C ，相對濕度 78% ，現場巡檢未發現其他異常。該泄漏為5#低壓加熱器首次出現，且水質、環境等外部因素基本正常，須進一步分析內部原因。

3.2 原因排查

針對5#低壓加熱器首次泄漏這一異常情況，運維團隊高度重視，立即采取措施排查原因。首先，對機組運行參數和泄漏部位開展全面檢查。運行數據顯示，泄漏發生前電導率為 3μS/cm ，屬于正常范圍；泄漏時電導率升至 8.95μS/cm ，超出正常值約3倍，初步判斷為新發泄漏。其次，現場檢查發現，泄漏位于加熱器底部，呈霧狀噴濺，初步定位為管板或傳熱管泄漏。最后，為進一步明確泄漏具體位置和原因，組織人員進行管道開孔探傷檢查。探傷結果顯示，泄漏點位于距管板約 350mm 的U型管母材上，泄漏孔徑約為 0.5mm ，周圍管壁減薄嚴重，最薄處僅剩 1.2mm ，具體見表3。

3.3 方案實施

綜合以上信息，判斷系流體振動引起的局部磨損減薄是導致泄漏的根本原因。為盡快消除泄漏隱患，維修團隊采取了在線封堵的應急處置措施。具體操作如下。在泄漏點上下游各 100mm 處，用自鎖式金屬脹環將泄漏管段隔離，并在兩端注入環氧樹脂進行封堵。在線封堵后，運行電導率迅速降至 2.5μS/cm 以下，泄漏得到有效控制。為防止類似泄漏再次發生，還采取了以下預防措施。 ① 對U型管束進行氣動錘擊試驗，測試頻率覆蓋 5～1000Hz ，以查找其他可能的磨損薄弱點。 ② 在U型管轉彎段外側增加防振錐形套，材質選用聚四氟乙烯，減緩顫振對管壁的沖擊。 ③ 優化水質控制方案，給水銅離子含量控制在 15μg/L 以下， pH 值控制在 9.2～ 9.4，進一步降低流體振動與水汽品質波動耦合誘發的加速磨損風險。通過以上措施，5#低壓加熱器的安全性和可靠性得到了顯著提升。

4結語

本研究圍繞 600MW 火電機組汽輪機回熱加熱器的泄漏問題，系統梳理了其主要成因，并結合典型案例提出了涵蓋水質控制、機械防護、運行優化和維護管理的綜合性解決方案。通過實踐驗證，相關措施在延長設備壽命、減少非計劃停運方面取得良好成效，為同類型機組提供了可借鑒的技術路徑。未來研究可進一步融合智能傳感與大數據分析技術，構建基于狀態的預測性維護體系，實現設備健康全生命周期管理，從而全面提升火電機組熱力系統的安全經濟運行水平。

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（欄目編輯：孫焱）