亞臨界機組高加泄漏故障分析與對策

于一利（華電國際萊城發電廠，山東　萊蕪　271100）

?維護與修理?

亞臨界機組高加泄漏故障分析與對策

于一利
（華電國際萊城發電廠，山東萊蕪271100）

針對火電廠高壓加熱器工作環境導致鋼管頻繁泄漏問題，介紹了高壓加熱器泄漏的現象和對機組的影響，對比高壓加熱器解列前后的參數變化，提出了高壓加熱器泄漏的預防措施。避免了事故擴大，保證了機組運行。

泄漏；高壓加熱器；投入率；解列；疏水

大型汽輪機普遍采用給水回熱加熱系統來提高機組熱經濟性，高壓加熱器的投入率是經濟指標中非常重要的考核指標。近年來大容量、高參數等超超臨界機組的快速發展，高壓加熱器承受的壓差和溫差越來越大，在運行中還有負荷突變、旁路切換、快速啟停等因素都會引起壓力和溫度的大幅變化，導致高壓加熱器管束的熱疲勞、泄漏。

一、高壓加熱器泄漏的現象

1.案例概述

（1）2011年11月04日3號高壓加熱器檢漏發現有6根鋼管泄漏。將泄漏的6根及周邊鋼管用專用堵頭進行了封堵，共封堵鋼管21根。

（2）2013年5月27日3號高壓加熱器解除隔離放水冷卻后，打開人孔門從汽側注入壓縮空氣檢漏發現有5根鋼管泄漏。將泄漏的5根及周邊鋼管用專用堵頭進行了封堵，共封堵鋼管12根。

2.現象分析

（1）高壓加熱器高水位信號報警，但是由于高壓加熱器正常疏水調閥動作開大，仍能調整高壓加熱器水位正常，所以在高壓加熱器泄漏之初可能不易發覺；嚴重的話，高壓加熱器事故疏水閥頻繁動作或全開。

（2）隨著泄漏量的逐步增加，給水側的給水大量快速漏入汽側，然后通過疏水自流至除氧器，嚴重的會漏入抽汽管道，引起汽輪機進水。為了穩定汽包水位，給水泵轉速迅速增加，給水流量快速增大，引起汽包水位的大幅波動，如表1所示。

240MW同樣負荷相同壓力下，解列前比解列后給水泵轉速高約250r/min，兩臺給水泵的流量之和高于給水母管流量300t/h，即使扣除主、再熱蒸汽使用的減溫水量80t/h，泄漏量也達到了220t/h。

（3）高壓加熱器下端差增大，解列前比解列后高9.4℃。

表1　240MW負荷下高壓加熱器解列前后參數對比表

（4）就地在給水人空門處傾聽，聲音明顯較2號機組3號高壓加熱器大，并有明顯的水流聲。

（5）滿水嚴重時抽汽溫度下降，抽汽管道振動大，法蘭結合面處冒汽。

（6）高壓加熱器泄漏后，管道設備傳熱惡化，引起給水溫度緩慢降低。

表2　部分國產機組高壓加熱器解列時機組熱耗率增加值

二、高壓加熱器泄漏對機組的影響

1.事故擴大

高壓加熱器發生泄漏的危險后，應該立即解列。如果停止不及時，高壓的給水就會對泄漏點附近的管束產生熱沖擊、進而導致管束泄漏部位增多，使得泄漏事故范圍擴大，所以在發現高壓加熱器泄漏時必須緊急解列高壓加熱器進行消壓堵漏。

2.機組參數異常

在高壓加熱器停運檢修過程中，大量的抽汽返回汽輪機做功，鍋爐給水的溫度逐漸降低。據表1可知：給水溫度在高壓加熱器投入時為268℃，給水溫度在高壓加熱器解列停止后僅為165℃。為保證機組負荷，如果鍋爐滿足調度負荷，保證額定的蒸汽參數，鍋爐需要增加燃燒率、增大燃煤量，保證合適的氧量需要增加送引風機的出力。主再熱汽溫升高為維持額定主再熱蒸汽溫度，在燃燒器擺角擺到最低時就會增加減溫水量；使得機組經濟性下降。表1顯示鍋爐二次風溫由283℃降到258℃，鍋爐送風溫度下降，影響穩定鍋爐燃燒的基礎。

3.機組不穩定

高壓加熱器解列后，使得汽輪機末幾級蒸汽流量增大，加劇了葉片的腐蝕；如果機組負荷維持不變，仍要滿足調度負荷的需要，那么汽輪機監視段壓力都要升高，停用的1號、2號、3號高壓加熱器抽汽口附近的各級葉片軸向推力增大，葉片隔板的前后的軸向推力較設計值明顯增大，為保證機組的安全性，勢必要限制機組的負荷。

4.高壓加熱器投入率低

高壓加熱器泄漏，每次順利處理需要40h，如果機組老化、系統閥門不嚴密、隔離不徹底等問題，還會增加工作冷卻時間，直接影響了高壓加熱器的投入率，影響機組整體熱耗率，停用高壓加熱器時機組熱耗的增加了3.6%，如表2所示表示。

三、高壓加熱器泄漏原因分析

1.熱疲勞破損

由于3號高壓加熱器運行環境比較惡劣，對于同臺機組的3臺高壓加熱器而言，3號高壓加熱器水側壓力最高，而汽側壓力最低，管束壓差大；汽側溫度在430℃左右，水側溫度在160℃左右。高壓加熱器投運或負荷變化時，水、汽側壓差變化大、溫差變化大，以致管口及管子經受熱應力。長期運行造成鋼管熱疲勞破損，這個應該是主要原因。

2.存在管束振動

進汽口等處如果蒸汽流速變化易形成管子振動，可能管子與隔板間相互摩擦以致磨損和破壞。

3.沖刷侵蝕

當高壓加熱器內某根管子受到沖刷而泄漏的時候，泄漏處的高壓鍋爐給水會以極快的速度、動力將附近的換熱設備沖擊損毀；再一個，防沖板的質量差、品質低，在安裝過程中固定焊接的方式不正確等因素，造成管子在長時間的運行中被沖刷振動、最后導致管子發生脫落的嚴重后果。所以蒸汽或疏水的高溫高壓直接沖擊時，防護板已經起不到防沖刷保護的作用。

4.高壓加熱器在投運或停運過程中操作不當

高壓加熱器啟動運行前暖管遲緩、沒有提前暖管，在升負荷快速的投入時，流經加熱器的給水進出口溫度的變化率很大；此時的真空比較高、高溫高壓的汽輪機抽汽迅速的流入高壓加熱器過熱疏水段后，對于較厚的管子進行加熱但速率低，但是對較薄的管束加熱快、溫度升高的很快，于是在管束之間引起管束的吸熱不平衡，進而連接的設備上面分布了大小不一的熱應力，最終使得U型管束變脆、產生劇烈的熱變形，導致管束泄漏。

同樣原理高壓加熱器解列過程中，高壓加熱器內上部管束溫降滯后，鋼管與脹口存在的溫差很大，連接部分極易產生熱變形。

5.材質、檢修工藝差

管子材質差、管壁簿厚不均勻、鋼管本來就有缺陷，脹口處存在熱應力、焊接不合適、鋼管表面有明顯的劃痕等，在加熱器的工作環境發生惡劣的變化時，管子可能會引起大的變形，導致大量的管子破壞；每逢管子泄漏檢修恢復時，各廠大量采用錐形塞來進行焊接堵管，進行堵漏。工作人員工作不仔細、捶擊力量不平衡、塞子產生傾斜破裂等后果，使得泄漏點擴大的嚴重后果；在焊接過程中，如果檢修人員尋找焊縫的位置不準確、選擇焊塞的尺寸不合適、預熱部位和預熱時間不合適，均會引起相鄰的管子或是相鄰的管板等連接的部位產生新的破壞，并且發生不應該的新的泄漏，擴大事故后果。

四、高壓加熱器泄漏的處理措施

1.鋼管泄漏

通過對高壓加熱器多次堵漏發現，泄漏鋼管的位置主要集中在過熱蒸汽冷卻段，位于熱抽汽口的的近端口部位，均是位于過熱蒸汽冷卻段區域的隔板附近。大概原因是：機組正常運行時高壓加熱器正常投入時，從汽輪機來的大量高溫高壓抽汽，最先經過的是過熱蒸汽冷卻段進行初次加熱，蒸汽冷卻后再進入蒸汽凝結段放熱后凝結成疏水，最后大量的疏水再經過疏水冷卻段放出最后的熱量，逐級自流到下一級加熱器。在整個加熱過程中離抽汽口近的管束直接承受高溫蒸汽沖刷，于是管束發生最劇烈的加熱振動，并且由于時間的延續管壁磨損的也最嚴重，最終造成管壁減薄發生泄漏。

對高壓加熱器管束進行泄漏，封堵管道是一種簡單又主要的修復手段。堵管前弄清楚管束泄漏的形式、位置及數量。一定要將高壓加熱器被堵管的端頭部位處理好，不存在毛刺等污點，必須保證管空或管板空清潔、圓整無污物，堵頭與鋼管有全面的接觸，選擇合適的堵管方式工藝，保證堵管的質量。

2.高壓加熱器的啟停

由于機組都是滑參數啟停，高壓加熱器也是隨機組同時啟停。在高壓加熱器啟動過程中，由于疏水會產生兩項流體的流動，流體流速加快，高壓加熱器水位是很難控制的。因此，要對高壓加熱器進行預熱，由于位置及壓力差比較小，正常疏水閥調整不穩定，于是用事故疏水閥控制好水位、避免無水位運行。等負荷大于60MW時，及時投運高壓加熱器就不會引起水位大幅波動的情況了。

啟動時的溫升率上海電氣要求小于1.83℃/min，使得熱應力不至于太大。停止時，都是從1號到3號高壓加熱器先停止抽汽，給水最后才切大旁路，給水仍通過加熱器，由于高壓加熱器管壁溫度大于給水溫度的，溫度低的鍋爐給水流過高溫的高壓加熱器時，管道就會受到冷卻而收縮，于是就在管道和管板結合面上產生熱應力而造成破壞，有時停機后加熱器泄漏原因就是溫降率太大引起的。

3.啟動空氣管及連續排汽

高壓加熱器停運后，如不采用充氮保護，空氣肯定就會進入高壓加熱器內部汽側，因此，高壓加熱器啟動時一定要開啟啟動放氣門，把漏入的不凝結空氣排出來，防止聚集在汽側的某一死角，降低蒸汽在管壁凝結的放熱強度。正常運行時，高壓加熱器的連續排汽一定要全開，防止不凝結的氧氣造成管束腐蝕。

高壓加熱器檢漏時，多采用通入壓縮空氣加壓的方法，此時，汽側積聚了滿滿的空氣，投運高壓加熱器時，一定先開啟啟動排汽，放凈空氣、壓力到零后再投運高壓加熱器。避免投運高壓加熱器時，大量的空氣進入凝汽器，造成真空下降，甚至跳機的危險。

五、結語

高壓加熱器泄漏故障是高壓加熱器故障中常發的故障，也是危險最大的故障。因此，要在檢修時認真處理、正常運行中提前預防，并能夠在事故未擴大前提前發現并正確停運消缺，保證機組高效可靠的運行。參考文獻：

［1］楊忠國，霍本茂.超臨界600MW機組高壓加熱器缺陷探討［J］.黑龍江電力，2010，（2）：143-144.

［2］張維科.高壓加熱器換熱管管口泄漏及氦質譜技術在檢漏中的應用［J］.熱力發電，2010.（2）：98-100.

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