發電廠加熱器泄漏原因分析及措施

王林茂 閆發錄

一、加熱器泄漏原因分析

U型管加熱器內部管系泄漏主要分為管子本身泄漏和端口泄漏(管子與管板脹接、焊接處泄漏):

1.管子端口泄漏原因有:

①熱應力過大。加熱器在啟停過程中溫升率、溫降率超過規定,使高加的管子和管板受到較大的熱應力,使管子和管板相聯接的焊縫或脹接處發生損壞,引起端口泄漏:調峰時負荷變化速度太快以及主機或加熱器故障而驟然停運加熱器時,如果汽側停止供汽過快,或汽側停止供汽后,水側仍繼續進入給水,因管子管壁薄,收縮快,管板厚,收縮慢,常導致管子與管板的焊縫或脹接處損壞。這就是規定的溫降率允許值只有1.7℃~2.0℃/min,比溫升率允許值2℃~5℃/min要嚴格的原因。

②管板變形。管子與管板相連,管板變形會使管子的端口發生泄漏。高加管板水側壓力高、溫度低,汽側則壓力低、溫度高,尤其有內置式疏水冷卻段者,溫差更大。如果管板的厚度不夠,則管板會有一定的變形。管板中心會向壓力低、溫度高的汽側鼓凸。在水側,管板發生中心凹陷。在主機負荷變化時,高加汽側壓力和溫度相應變化。尤其在調峰幅度大,調峰速度過快或負荷突變時,在使用定速給水泵的條件下,水側壓力也會發生較大的變化,甚至可能超過高加給水的額定壓力:這些變化會使管板發生變形導致管子端口泄漏或管板發生永久變形。如果高加的進汽門內漏,則在主機運行中停運高加后,會使高加水側被加熱而定容升壓,如水側無安全閥或安全閥失靈,壓力可能升得很高,也會使管板變形。

③堵管工藝不當。一般常用錐形塞焊接堵管。打入錐形塞時用力要適度;捶擊力量太大,引起管孔變形,影響鄰近管子與管板連接處,會造成損壞而使之出現新的泄漏。

④制造質量不良。高加的管板材質是合金鋼,高加的管子材質是低碳鋼,焊接前需要在管板上堆焊一層低碳鋼;往往由于堆焊技術不過關,以致留有焊接缺陷。

2.管子本身泄漏原因:

①沖刷侵蝕。一種原因是當蒸汽的流動速度較高且汽流中含有大直徑的水滴時,管子外壁受汽、水兩相流沖刷,變薄,發生穿孔或受給水壓力而鼓破。另一種原因是受到蒸汽或疏水的直接沖擊。因防沖板材料和固定方式不合理。在運行中破碎或脫落,失去防沖刷保護作用;防沖板面積不夠大,水滴隨高速氣流運動,撞擊防沖板以外的管束;殼體與管束間的距離太小,使入口處的汽流速度很高。

②管子振動。給水溫度過低或機組超負荷等情況下,通過加熱器管子間蒸汽流量和流速超過設計值較多時,具有一定彈性的管束在殼側流體擾動力的作用下會產生振動,當激振力的頻率與管束自然振動頻率或其倍數相吻合時,將引起管束共振,使振幅大大的增加,導致管子與管板的連接處受到反復作用力造成管束損壞。

③管子給水入口端的侵蝕。入口管端的侵蝕損壞只發生在碳鋼加熱器中,是一種侵蝕和腐蝕共同作用的損壞過程:其機理是管壁金屬在表面形成的氧化膜被高紊流度的給水破壞并帶走,金屬材料不斷損失。最終導致管子的破損。有時損壞面可以擴大到管端焊縫甚至管板:給水pH值低(小于9.6)、含氧量高(大于7μg/L)、溫度低(小于260℃)、紊流度大的情況下,容易發生侵蝕。

④腐蝕。當低壓加熱器的管材為銅,低加銅管常因泄漏嚴重而被迫更換。pH值8.5~8.8時,銅的腐蝕率最低,而碳鋼要求pH值不小于9.5。鍋爐給水pH值過高,導致了銅管的腐蝕。

⑤超壓爆管。引起高加水側壓力過高的因素有:一是對配用定速驅動給水泵的系統,如果只根據正常運行時的給水壓力來確定加熱器水側的設計壓力,那么啟動過程中或低負荷運行時,由于鍋爐給水調節門開度較小,給水流量減小,給水泵出口壓力增大,可能使管束承受超過設計值的給水壓力而發生爆管。運行中負荷突降或緊急停爐,熄火后常常發生這種情況。二是在機組運行中高加因故停用時,如果給水進出口閥門關閉嚴密,而進汽閥有泄漏時,被封閉在加熱器管側的給水受到漏入蒸汽的加熱,會使管束的給水壓力大幅度上升。高加水側壓力過高,水側又未安裝安全門時,過高的壓力會使管子鼓脹而變粗開裂。

⑥材質、工藝不良。管子材質不良,管壁厚薄不均,組裝前管子有缺陷,脹口處過脹,管子外側有拉損傷痕等,在加熱器遇到異常工況時,會導致管子大量損壞。換熱U型管子管壁過薄,是結構上造成泄漏的根本原因。

二、措施

1.泄漏發生以后的處理措施。機組停運時,應檢查高加是否泄漏,并想辦法消除。對于端口泄漏,應刮去原有焊縫金屬再進行補焊,并進行適當的熱處理,消除熱應力:對于管子本身泄漏,應先查清管束泄漏的形式及位置,并選用合適的堵管工藝,堵塞管子的兩個端口。無論采用何種堵管工藝,為保證堵管的質量,被堵管的端頭部位一定要經過良好處理,使管板、管孔圓整、清潔,與堵頭有良好的接觸面。在管子與管板連接處有裂紋或沖蝕的情況下,一定要去除端部原管子材料及焊縫金屬,使堵頭與管板緊密接觸。

2.預防措施:

①端口泄漏預防措施。加熱器制造上應有足夠厚度的管板,有良好的管孔加工、堆焊、管子脹接、焊接工藝外,運行上要使加熱器在啟停時的溫升率、溫降率不超過規定,水側要有安全閥防止超壓,檢修上要有正確的堵管工藝。

②管子本身泄漏預防措施:

a.沖刷侵蝕預防措施。限制殼側蒸汽或疏水的流速及防止疏冷段內閃蒸;蒸汽冷卻段出口蒸汽要有足夠的剩余過熱度;防沖板的固定要牢固,面積足夠,材質要好;保持殼側水位正常,禁止低水位或無水位運行。

b.管子振動預防措施。在高加汽側安裝汽側安全門;限制殼側蒸汽或疏水的流速;管子間距要足夠大,這一方面降低了殼側流速,另一方面減小了管子互相碰撞摩擦損壞的可能性:限制管束自由段長度(即跨度)。

c.管子給水入口端的侵蝕預防措施。限制給水流速,停用一列加熱器或加熱器堵管數量較多時,都會使管內流速明顯增大。這時應讓一部分給水經旁路進入鍋爐或降低機組負荷;控制給水含氧量小于7μg/L,控制給水pH值在9.2~9.6。

d.腐蝕預防措施。材料選擇時,使機組變成為無銅系統,這對整個機組的防腐和汽水晶質控制都有利;要有完善的放空氣系統,在管道連接上一般建議不采用逐級串聯的方式,以防不凝結氣體在壓力較低的加熱器中積聚;保證放空氣系統的正常工作,在啟動時,水側、汽側應排凈空氣,給水水質要合格;出廠時要有良好的防腐措施,防止貯運過程中的腐蝕,對碳鋼管加熱器,通常對汽側和水側均采取充氮防腐的辦法;加熱器停用時,通常根據停用時間的長短,分別采用充水、充汽或充氮的防腐措施,在水側適當調節除氧水的pH值,以起保護作用。

e.超壓爆管預防措施。水側應裝設安全閥。

f.材質、工藝不良引起管子泄漏的預防措施。管壁至少應在2.0mm以上以提高抗沖刷能力。組裝前要對每根管子探傷、水壓試驗等檢驗;U型管應熱處理、無直觀缺陷;管板管孔應保持一定的粗糙度、公差和同心度,管孔倒角或倒圓應光滑無毛刺。

g.預防性堵管。進行預防性堵管。建議在堵一部分管的同時在管板上開一定大小的旁路孔.以降低給水流速,減輕腐蝕,此方法在國內外多家電廠采用過,證明可以適當延長加熱器壽命,減少泄漏次數。□ (編輯/劉佳)