汽輪機高壓加熱器堵漏工藝的改進

焦國軍，李 剛，靳衛國，楊杰元，王永生

（華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

汽輪機組高壓加熱器利用汽輪機內已做過一部分功的蒸汽來加熱給水，以減少排汽在凝汽器中的熱損失，提高循環熱效率。高壓加熱器能否正常投入運行，對汽輪機組的經濟性和出力有很大影響。一旦高壓加熱器發生故障，或因嚴重泄漏造成殼側滿水時，有可能造成汽水倒流進入汽輪機，危及機組安全。當高壓加熱器停運時，對機組的熱經濟性影響很大。一般情況下，300MW亞臨界中間一次再熱機組的高壓加熱器事故解列后，將使標準煤耗增加14g/kWh，熱耗增加4.6%［1］，限制出力10%～20%。因此，加熱器的安全穩定運行將直接影響機組的安全經濟性及電廠的經濟效益。

1 高壓加熱器泄漏情況

華能國際電力股份有限公司上安電廠2號機組6號高壓加熱器為倒置立式、U形鋼管、雙流程表面式加熱器，主要由殼體、水室、換熱管、隔板、支撐板、防沖板、包殼等組成，于1998年投運。該高壓加熱器投運以來，頻繁發生泄漏，尤其是近兩年泄漏次數偏多，2010年全年發生泄漏4次，2011年全年發生泄漏3次，堵管率已超過10%。由于機組的6號、7號、8號高壓加熱器各自無小旁路（見圖1），一旦發生泄漏，只能是3臺高壓加熱器同時解列，不僅影響機組負荷和熱經濟性，而且影響機組的安全性。經多次堵漏后，封堵管束越來越多，甚至封堵管束連續成片，管束的抗溫差、壓差沖擊的能力將大大降低，往往會出現越堵越漏的情形，靠傳統的堵漏工藝只能治標，不能治本。

圖1 高壓加熱器熱力系統示意

2 原堵漏工藝存在的問題

6號高壓加熱器是給水系統的第一級加熱器，其工作條件十分惡劣，必須承受給水泵的出口壓力，而且U形管束汽、水兩側存在較大的壓差和溫差，管板式高壓加熱器的管束與管板結合面受很大的溫度沖擊，產生很大的熱應力，所以管束與管板連接處的工作條件最為惡劣，容易發生管束泄漏。高壓加熱器泄漏的原因主要有：高壓加熱器啟停過程中溫升率或溫降率超標，使管子和管板受到較大的熱應力積累，造成管子和管板連接處的焊縫、脹管口處發生損壞；換熱管束的外表面受到高速流動的汽水兩相流的沖刷，當兩相流中有大顆粒的水滴時，將對管系金屬壁面產生撞擊；U形管束在殼側流體擾動力的作用下產生振動；由于堵管或焊接工藝不當，投運后原泄漏管束封堵失效；高壓加熱器疏水大幅度波動，引發交變熱應力等。

高壓加熱器投運時按照由低到高順序投運，6號高壓加熱器最先投運，給水對U形管束造成的沖擊最大；三級加熱器的疏水逐級自流至6號高壓加熱器（如圖1所示），因此該級加熱器的疏水量最大，水位調節性能較7號、8號高壓加熱器差，水位波動幅度大。因此，6號高壓加熱器泄漏在各機組中均較頻繁。

高壓加熱器解列后，注水打壓檢漏，除發現原泄漏區域附近的新漏點外，還發現原封堵管束封焊有多處滲漏。

a.該部位管束位于U形管束外側，受蒸汽給水沖刷較大，而且承受較大的熱應力及振動沖擊；

b.原封堵管封焊處由于多次泄漏反復補焊后，堆焊熔合區存在的應力未釋放，并且熔敷金屬較厚（敷焊厚度達到10mm），面積較大（該泄漏區域管束已達50根），金屬內部組織疏松，應力集中產生缺陷，致使該處產生原封堵焊口處發生滲漏；

c.高壓加熱器設計制造缺陷致使該部位的管板焊口不足以承受如此巨大的溫差及壓差沖擊。

3 堵漏工藝的改進

2011年12月20日，2號機組D級檢修，將2號機組6號高壓加熱器堵漏列為重點項目。由于每焊接一次都會使管板處產生應力，降低管板的抗沖擊性能，連續泄漏區域經多次封堵焊接，此部不能承受汽水兩側長時間的壓差、溫差沖擊。為了徹底消除該部位頻繁泄漏的頑疾，必須對原泄漏管束焊口處進行返修處理，消除原封堵管塞封焊處的應力。為了增強連續成片泄漏區域的強度，對連續泄漏區域的管束利用鋼板封堵，由敷焊鋼板承受管板兩側的壓差和溫差。具體工藝如下：

a.焊接工作開始之前用丙酮將待焊部位清洗干凈。

b.管板焊接及管子出現泄漏需要封焊時，采用熱膨脹系數和物理特性與管子管板相近的J507焊條；

c.對新泄漏管束及周圍換熱管進行保護性封堵，防止泄漏管束附近受損管束在運行中突然泄漏；

d.對原封堵管束處的管塞封焊進行徹底清理，打磨至與管板平齊，釋放原堆焊熔合區的內應力；

e.先將新堵封焊，然后與原封焊泄漏處一起進行大面積的密封焊，焊接高度不高于管板10mm，焊完后，使用扁鏟對焊口進行敲擊，消除應力，打磨平整；

f.按照連續泄露管束區域形狀，加工20mm厚堵板將泄漏點覆蓋，周圍與管板進行密封焊接，如圖2、圖3所示，焊完后，使用扁鏟對焊口進行敲擊，消除應力；

圖2 高壓加熱器入口側

g.焊接結束后進行著色檢查，確保無裂紋；

h.封焊完畢后注水打壓至1.7MPa后無泄漏，恢復安全門與人孔門。

4 改進效果

自2012年1月5日2號機組啟機并網，至2013年2月2號機組停機檢修，打開高壓加熱器人孔，檢查密封堵板焊縫無沖刷及裂紋，注水打壓至1.7 MPa，未發現滲漏管束，堵漏效果良好，該高壓加熱器連續運行14個月無泄漏。實踐證明該堵漏工藝對于遏制高壓加熱器大面積封堵區域的泄漏效果明顯，可提高高壓加熱器投入率，延長設備使用壽命，確保機組安全、經濟運行。

5 結束語

高壓加熱器發生泄漏的原因復雜，不同類型的高壓加熱器產生管束泄漏的原因、位置可能都不相同。但是對于大多數高壓加熱器而言，管束泄漏大多集中于某一區域范圍，而且大多存在“越堵越易漏”頑疾。通過對上安電廠2號機組6號高壓加熱器頻繁泄漏情況進行分析研究，根據實際情況，該堵漏工藝對連續泄漏區域的管束利用鋼板封堵，由敷焊鋼板承受管板兩側的壓差和溫差，有利于消除管板連續成片封堵區域的內應力，提高管板的抗沖擊能力，延長高壓加熱器運行周期，可為處理同類型泄漏問題提供參考。

［1］ 葉 濤.熱力發電廠［M］.2版.北京：中國電力出版社，2006.