高加泄漏引起殼體超壓原因分析及處理

楊茂祝

(神華廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司，廣東臺(tái)山529228)

0 前言

神華廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司600MW亞臨界機(jī)組采用的3#高加是由上海動(dòng)力設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)和制造的臥式表面凝結(jié)型換熱器，型號(hào)為JG-1745-1-1;設(shè)計(jì)壓力:殼側(cè)為 2.07MPa，管側(cè)為27.5MPa，水壓試驗(yàn)為殼側(cè)為 3.11MPa，管側(cè)為41.25MPa。該高加由過(guò)熱蒸汽冷卻段、蒸汽凝結(jié)段及疏水冷卻段3部分組成，臥式滾筒結(jié)構(gòu)，疏水逐級(jí)自流，水位自動(dòng)調(diào)節(jié)。為避免高溫蒸汽對(duì)管板及筒殼的熱沖擊，過(guò)熱蒸汽冷卻段用包殼板、套管和遮熱板密封。所有疏水與蒸汽入口處，均裝設(shè)沖擊板，以保護(hù)管束。

1 高加泄漏及超壓經(jīng)過(guò)

2011年6月以來(lái)持續(xù)的主要輔機(jī)設(shè)備狀態(tài)分析發(fā)現(xiàn)3#高加汽側(cè)內(nèi)部存在汽流沖刷聲音，尤其疏水口處較為明顯。初步檢查水位、出水端差、壓力、溫度等各項(xiàng)參數(shù)正常，疏水端差亦無(wú)明顯偏差。邀請(qǐng)廠家現(xiàn)場(chǎng)查看分析并咨詢上海電站輔機(jī)廠技術(shù)部門，專家建議割開(kāi)上級(jí)疏水管座，用內(nèi)窺鏡檢查是否上級(jí)疏水擋板脫落。2012年1月5日發(fā)現(xiàn)給水流量增大約200t/h，A、B汽泵轉(zhuǎn)速升高，給水流量發(fā)生明顯增大。600MW負(fù)荷時(shí)3#高加正常疏水調(diào)閥已開(kāi)到100%開(kāi)度，同時(shí)伴有危急疏水調(diào)閥開(kāi)啟現(xiàn)象。判斷3#高加鋼管存在泄漏。

夜間進(jìn)行3#高加內(nèi)漏檢查試驗(yàn)，解除水位高保護(hù)，高加汽側(cè)退出后檢查3#高加水位穩(wěn)定在228mm。進(jìn)一步檢查時(shí)因危急疏水調(diào)閥存在水位高閉鎖關(guān)閉無(wú)法操作，運(yùn)行人員關(guān)閉了危急疏水調(diào)閥前電動(dòng)門。5分鐘后，3#高加汽側(cè)壓力開(kāi)始上漲，3#高加汽側(cè)殼體超壓，安全閥動(dòng)作。超壓導(dǎo)致正常疏水調(diào)閥前電動(dòng)門和危急疏水調(diào)閥前電動(dòng)門均發(fā)生過(guò)力矩報(bào)警而無(wú)法打開(kāi)。高加組水側(cè)主路緊急切至旁路，開(kāi)2#高加正常疏水調(diào)閥，開(kāi)2#、3#高加水側(cè)放水門放水泄壓。2小時(shí)后檢修開(kāi)啟3#高加危急疏水調(diào)閥前電動(dòng)門，高加汽側(cè)安全閥停止動(dòng)作，汽側(cè)壓力顯示回落正常。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)高加出口電動(dòng)門閥體側(cè)面平衡管反向，導(dǎo)致高加組隔離后仍有高壓給水不斷竄入3#高加水側(cè)，通過(guò)帶壓堵漏，將平衡管夾扁處理。

高加組解列后對(duì)3#高加進(jìn)行了全面檢查，結(jié)果如下:

(1)殼體金屬金相覆膜檢查無(wú)變化。

(2)高加汽側(cè)超壓造成殼體明顯脹粗變形，短接段、筒身、橢圓封頭減薄，筒體強(qiáng)度校核結(jié)果顯示超過(guò)塑性變形應(yīng)力。

(3)過(guò)熱蒸汽冷卻段包殼與抽汽襯管角焊縫全部開(kāi)裂，與隔板、筒體連接部位脫開(kāi)。

(4)上級(jí)疏水防沖板與殼體4處連接焊縫開(kāi)裂，防沖板與殼體固定壓塊脫開(kāi)。

(5)疏水冷卻段包殼與殼體過(guò)渡的半環(huán)形擋板與筒體連接處焊縫開(kāi)裂。

(6)管束隔板與殼體間隙增大，支撐強(qiáng)度降低。

(7)中部活動(dòng)支承托板與筒身角焊縫拉裂，錯(cuò)位痕跡約20mm。

(8)高加尾部活動(dòng)支承托板與筒身角焊縫拉裂，錯(cuò)位痕跡約5mm。

(9)金屬檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)殼體、管座部分焊口存在裂紋缺陷。

(10)高加汽側(cè)打壓查漏確認(rèn)3#高加進(jìn)水室右上角(面向管板)5根鋼管泄漏。內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)泄漏鋼管均斷裂，兩處斷口深度分別為0.45m和0.85m(距管板)。

2 高加泄漏原因分析

通過(guò)對(duì)3#高加鋼管泄漏檢查情況分析，原因主要有如下幾方面:

(1)安裝質(zhì)量。3#高加鋼管數(shù)量眾多(2336根)，穿管過(guò)程中存在變形、應(yīng)力，很多管子是靠強(qiáng)力推進(jìn)去，裝配時(shí)引起擦傷、憋勁等。尤其疏冷段的鋼管與管板、隔板，因管壁受到擠壓減薄，外徑減小。內(nèi)窺鏡檢查亦發(fā)現(xiàn)鋼管內(nèi)壁存在明顯凹坑、劃痕、環(huán)狀缺陷，為管壁簿厚不均、定距隔板處收縮，承受擠壓應(yīng)力導(dǎo)致。這些缺陷在鋼管運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)導(dǎo)致管子損壞，在高加投運(yùn)后因熱脹冷縮作用而發(fā)生泄漏。

(2)振動(dòng)沖擊。鋼管在管板處存在環(huán)狀收縮缺陷，在疏水沖刷下，容易振動(dòng)斷裂。鋼管與管板、隔板間存在間隙也加劇了管束的振動(dòng)，加之?dāng)喙芪恢迷诟呒邮杷鋮s段出口，水流沖刷作用更為明顯。在水流沖擊作用下鋼管與管板不斷振動(dòng)摩擦，長(zhǎng)期運(yùn)行后導(dǎo)致管壁局部減薄穿孔而發(fā)生鋼管泄漏。

通過(guò)渦流探傷檢測(cè)爆管附近相鄰管子并未發(fā)現(xiàn)管束大范圍減薄現(xiàn)象，結(jié)合內(nèi)窺鏡檢查結(jié)果，參照高加內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖紙核實(shí)爆管點(diǎn)位置，0.45m管子斷裂點(diǎn)在高加汽側(cè)疏水冷卻段靠近管板的第一塊隔板位置附近;0.86m管子斷裂點(diǎn)在管板汽側(cè)管孔出口附近。這兩處斷裂顯然互有關(guān)聯(lián)。其中一根鋼管爆裂后沖刷周邊管束，進(jìn)而造成其他管子泄漏。斷口成因可能是因鋼管受水流沖擊后搖擺斷裂，該斷裂點(diǎn)屬局部現(xiàn)象。因此，3#高加鋼管泄漏主要受長(zhǎng)期震動(dòng)損傷所致，管子與管板、隔板間發(fā)生碰磨穿孔，泄漏后隨水流沖擊作用而斷裂。

(3)水位低。核實(shí)3#高加汽側(cè)液位計(jì)零位標(biāo)高及筒體底邊標(biāo)高，發(fā)現(xiàn)液位計(jì)零位高于筒體底邊110mm，就地液位計(jì)顯示60mm，換算后僅有170mm(以筒體底邊為基準(zhǔn))。查閱說(shuō)明書(shū)、圖紙資料，3#高加標(biāo)記正常水位為321mm(以筒體底邊為基準(zhǔn))，低水位283mm。可見(jiàn)3#高加熱態(tài)水位存在偏差，實(shí)際運(yùn)行水位遠(yuǎn)低于正常值。

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，3#高加水位波動(dòng)至允許最低水位以下，疏水管口部位露出液面，導(dǎo)致蒸汽進(jìn)入疏水口部位，發(fā)生疏水兩相流動(dòng)，這也是運(yùn)行中高加內(nèi)部異音的根本原因。疏水存在兩相流動(dòng)造成疏水口處鋼管沖蝕變薄，同時(shí)加劇振動(dòng)，鋼管與隔板碰磨穿孔而斷裂。

3 處理措施

3#高加汽側(cè)殼體超壓主要原因是運(yùn)行人員擅自改變?cè)囼?yàn)方案，未執(zhí)行關(guān)閉危急疏水調(diào)閥驗(yàn)證水位措施，而是關(guān)閉了危急疏水調(diào)閥前電動(dòng)門。高加汽側(cè)超壓后電動(dòng)門在高壓差作用下發(fā)過(guò)力矩報(bào)警無(wú)法打開(kāi)，最終導(dǎo)致3#高加殼體超壓。可采取以下措施進(jìn)行處理。

3.1 殼體檢查

高加汽側(cè)殼體超壓事故對(duì)高加整體損壞情況較嚴(yán)重，對(duì)高加換熱效率、水位控制、疏水端差、安全可靠性影響較大，需對(duì)高加各部件全面檢查處理。

(1)管座、殼體焊口裂紋缺陷修復(fù)，按照廠家焊接工藝挖補(bǔ)處理，探傷檢驗(yàn)合格。

(2)對(duì)高危部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查，包括管口、管板焊縫檢查，疏水調(diào)閥開(kāi)度、危急疏水調(diào)閥活動(dòng)檢查，疏水管所有彎頭進(jìn)行內(nèi)外兩側(cè)測(cè)厚等，保證設(shè)備的可靠性。

(3)剩余筒體強(qiáng)度校核，重新報(bào)檢取證，由具備壓力容器檢驗(yàn)資質(zhì)單位評(píng)估出具可繼續(xù)使用的合法報(bào)告。

(4)降低襯管，與過(guò)熱蒸汽冷卻段包殼開(kāi)裂焊口焊接修復(fù)。

(5)為防止上級(jí)沖板受沖擊振動(dòng)脫落而砸損管束，對(duì)疏水防沖板間斷焊接固定，用角鐵進(jìn)行固定補(bǔ)強(qiáng)。

(6)因位置受限，3#高加殼體內(nèi)部裂縫、過(guò)熱蒸汽冷卻段包殼與殼體裂口、疏冷段與包殼裂縫、管束隔板與殼體間隙大、支撐強(qiáng)度降低等缺陷無(wú)法修復(fù)處理。經(jīng)評(píng)估，對(duì)3#高加疏水、水位、換熱效率略有影響，對(duì)安全運(yùn)行影響不大，放行驗(yàn)收。

3.2 渦流探傷和內(nèi)窺鏡檢查

對(duì)每一根鋼管進(jìn)行渦流探傷檢查，檢出管壁減薄或損壞等原始缺陷。清洗所有鋼管，并強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)干管子內(nèi)壁。管子內(nèi)部都要用壓縮空氣吹干并清理干凈，防止積水、加藥殘留、鐵銹等影響探傷結(jié)果。標(biāo)記好有異常的鋼管，并復(fù)檢確認(rèn)。

對(duì)所有渦流探傷異常的鋼管進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，其他鋼管抽檢。內(nèi)窺鏡檢查可清晰看到鋼管內(nèi)部影像，尤其管壁上的凹坑、劃痕、焊瘤等缺陷，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理。

3.3 堵管處理

對(duì)泄漏鋼管及檢查異常的鋼管進(jìn)行封堵，對(duì)泄漏部位外圍2圈可被沖刷到的鋼管進(jìn)行擴(kuò)大保護(hù)性封堵。堵頭宜選用與鋼管材質(zhì)相同、熱膨脹系數(shù)相同的專用加工堵頭，避免發(fā)生脫落、松動(dòng)現(xiàn)象，確保堵過(guò)的鋼管不發(fā)生二次泄漏。打磨原有管口，拋光管孔和堵頭，清潔除去所有的鐵銹氧化物、潮氣和油污等異物，用熱風(fēng)筒將管口預(yù)熱后進(jìn)行密封堆焊。多孔堵管時(shí)需磨去受影響管孔間的管孔帶，使其與堵頭頂部平齊，必要時(shí)可進(jìn)行多層堆焊。著色檢查堵管焊縫，不允許有線狀顯示。用同樣方法堵塞U型管的另一端。

3.4 打壓查漏

堵管結(jié)束后，隔離高加汽側(cè)，沖入壓縮空氣進(jìn)行打壓查漏。壓力達(dá)到0.6MPa，用肥皂沫對(duì)所有管系管口及修補(bǔ)堆焊處進(jìn)行檢漏，應(yīng)無(wú)鼓泡漏氣現(xiàn)象。上下水室都要檢漏，即每一根U形管的兩端都要進(jìn)行檢漏，以免錯(cuò)誤判斷。確認(rèn)所有泄漏點(diǎn)處理完畢。

3.5 熱態(tài)水位調(diào)整

3#高加熱態(tài)水位存在較大偏差，經(jīng)聯(lián)系廠家提供高加熱態(tài)水位調(diào)試大綱，編制熱態(tài)水位調(diào)整方案，進(jìn)行了高加水位調(diào)整試驗(yàn)，通過(guò)調(diào)整DCS內(nèi)置高加水位變送器量程達(dá)到修訂高加水位目的，找出高加最小疏水端差時(shí)的水位運(yùn)行最佳區(qū)域，核實(shí)熱態(tài)水位零位基準(zhǔn)，并保持高加最佳熱態(tài)水位運(yùn)行。

試驗(yàn)中依次提高3#高加水位(保持前一個(gè)水位再進(jìn)行下一個(gè)高加水位試驗(yàn))，隨著水位的抬高，高加的疏水端差下降，從運(yùn)行中觀察有了明顯的效果。平均能控制高加疏水端差下降至7℃ ～8℃(原10℃ ～12℃，設(shè)計(jì)值為5.6℃)，不發(fā)生給水溫度下降情況(設(shè)計(jì)高加水位+38mm為疏水剛好觸及管束最低部)。當(dāng)抬高水位而端差變化不大時(shí)，選擇水位低設(shè)置原則。

按照運(yùn)行參數(shù)對(duì)熱耗的定量分析表，如三臺(tái)高加平均疏水端差下降4℃，機(jī)組熱耗約下降3.3kJ/kW·h。該項(xiàng)工作不僅提升了回?zé)嵯到y(tǒng)效率，降低了機(jī)組熱耗，還大幅增強(qiáng)了高加組設(shè)備運(yùn)行安全穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了低水位運(yùn)行原因引起疏水兩相流而導(dǎo)致高加鋼管泄漏問(wèn)題，指出長(zhǎng)周期運(yùn)行后有必要優(yōu)化調(diào)整高加熱態(tài)水位，同時(shí)對(duì)高加汽側(cè)殼體超壓事故處理過(guò)程進(jìn)行了介紹，高加過(guò)熱蒸汽冷卻段、疏水冷卻段全面檢查的各項(xiàng)措施對(duì)同類型事故處理具有一定借鑒意義。

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