某電廠#3高壓加熱器管系泄漏原因分析及預防

李吉鋒（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

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某電廠#3高壓加熱器管系泄漏原因分析及預防

李吉鋒
（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

摘 要：本文通過電廠實例說明腐蝕對高壓加熱器的影響，分析腐蝕的成因，強調高壓加熱器停機保養的重要性，列舉停機保養的方式方法。

關鍵詞：高壓加熱器；管系；泄漏；預防；氧腐蝕

0 引言

某電廠2×350MW超臨界機組投運2年，#1機組#3高壓加熱器管泄漏，堵管率超過10%，嚴重影響換熱效率，只能報廢；由于發電機組3臺高壓加熱器是連鎖運行，更換#3高壓加熱器期間，發電機組只能切高壓加熱器運行，對鍋爐效率影響嚴重，給電廠帶來巨大的經濟損失。引起如此嚴重后果的原因，以及如何避免此類事故的產生，都需要我們在使用高壓加熱器設備時高度重視。

1 泄漏情況概述

該電廠#1機組于2013年6月正式投入商業運行，#2機組于2013年8月正式投入商業運行，由于電廠電負荷不高，2臺機組多為1運1備狀態，投運2年多來#1機組運行時間共約1年，剩余1年時間為停機備用狀態，最近一次長時間停機是從2015年3月至2015年9月，約有6個月時間。2015年9月#1機組帶負荷180MW時投入高壓加熱器水側，在汽側未投入的情況下發現#3高壓加熱器疏水水位升高，解列后打開#3高壓加熱器人孔檢查發現#3高壓加熱器換熱管泄漏，泄漏位置主要集中在中間隔板附近，位置分散不具有規律性；通過內窺鏡檢查換熱管內部，發現部分換熱管內部有一些點狀凸起。封堵泄漏管子后做滲漏檢查，又發現有其他管子泄漏，繼續封堵堵管率將超過10%，達不到設計的換熱效率，只能更換新高壓加熱器。

2 泄漏原因分析

2.1 主要泄漏原因

按照該電廠高壓加熱器的運行情況，通過查閱了高壓加熱器前期的運行參數，發現1#機組各臺高壓加熱器下端差情況良好，均在合理范圍內，因此可以排除低水位造成汽液兩相對換熱管的沖刷這種情況。綜合考慮#3高壓加熱器停運接近6個月，且該電廠并未采用必要的防腐措施，3月份停機前#3高壓加熱器運行良好，沒有發現泄漏情況；因此判斷#3高壓加熱器換熱管受到氧腐蝕是本次泄漏最大可能原因，用內窺鏡檢查所查看的換熱管內部情況也比較符合氧腐蝕的特征，如圖1和圖2所示。

圖1換熱管內窺鏡檢查結果

圖2溶解氧腐蝕示意圖

2.2 其他影響因素

（1）給水的水質對高壓加熱器也具有重要的影響，給水的pH值和含氧量是十分重要的指標，含氧量超標首先影響的就是#3高壓加熱器，其次才是#2高壓加熱器和#1高壓加熱器。給水PH值一般對超臨界機組應≥9.4，給水含氧量應不超過5～7PPb，一般在高于200℃時，鐵與水反應時候生成Fe3O4，該種物質附著于換熱管壁上，形成一種致密的Fe3O4膜，該物質性能比較穩定，對換熱管具有一定的保護作用；而在低于200℃時，特別是150℃～180℃時，鐵與水反應生成Fe （OH）2，這種物質形態疏松，容易被給水沖走，對換熱管起不到保護作用，而使換熱管連續不斷的發生這種反應，這也恰恰是在運行多年以后#3高壓加熱器更容易發生泄漏的一個因素。本次#3高壓加熱器發生泄漏，而1、2號高壓加熱器沒有發生泄漏，可能和此種情況有一定的聯系。但需要注意的是，Fe3O4并不是無限制的存在下去，在長期存放過程中，其會逐漸與O2反應，生成Fe2O3，進而失去了對換熱管的保護作用。

（2）高壓加熱器的給水溫升、溫降速率對高壓加熱器換熱管也同樣具有重要的影響。高壓加熱器給水溫升速率（一般要求不大于3℃/min）過快，會使高壓加熱器換熱管，尤其蒸汽入口處的換熱管產生很大溫差應力，當多次的循環累積后，對換熱管的損傷到達一定程度時便發生泄漏。給水溫降速率（一般要求不大于2℃/min）過快，同樣會對換熱管產生一定的影響，特別是換熱管管端部分，換熱管壁厚比較薄，冷卻的快，而管板很厚，冷卻的慢，因此換熱管比管板收縮的也快，在管端焊縫處就會產生很大的拉應力，容易造成管端焊縫開裂。高壓加熱器泄漏后，部分電廠為搶修，有的采取管程或殼程注水的方式進行高壓加熱器冷卻，其給水溫度降溫速率定遠大于2℃/min，對高壓加熱器換熱管及管端定然有一定的影響。

以上為高壓加熱器泄漏的一些常見原因，無論哪種原因，都是一個累積的過程，也許一兩次的超標高壓加熱器不會表現出異常，但多次的累積后，達到一定程度時就會發生質變。

3 此類管系泄漏的預防措施

高壓給水加熱器的是火力發電廠回熱系統中的重要設備之一，其安全、經濟的運行除了設備本身的因素之外，也有賴于其它設備（比如除氧器、凝汽器等）、熱工控制以及啟停與運行維護等各個方面的合作配合。任何一個環節出現疏漏或者誤操作，都有可能對高壓加熱器設備產生不利的影響。下文將從檢修、運行維護、換熱管檢漏與停運貯存等四個方面提供一些預防措施，希望這些措施能夠有助于防止換熱管子泄漏，保證電廠高壓加熱器設備安全、經濟的運行。

（1）檢修措施

正常停運情況下，在設備解列后，無論在殼側與管側均應充滿含有一定濃度的防腐液（鈍化水）的水12小時以上，在生成防銹膜層后將水排除，以防止高壓加熱器腐蝕。

在停機檢修中和投運高壓加熱器之前，對全部保護裝置進行試驗，定期檢查并試驗疏水調節閥、給水自動旁路裝置、危急疏水和抽汽逆止閥、進汽閥的聯鎖裝置等。保證運行中所有保護裝置能夠正常動作，防止由于保護裝置失靈或者調節信號滯后等原因引起的管子泄漏。

沖洗水位計和平衡容器等液位測量管路，確保測量水位的管路不發生堵塞，防止因虛假水位影響換熱管是否泄漏判斷。

對連續運行排氣管進行定期檢查，確保排氣管路暢通，以免空氣積聚在換熱管外表面影響高壓加熱器的傳熱效果并引起管子腐蝕。

對已堵的換熱管堵頭位置進行檢查，防止堵管不嚴導致泄漏，進而沖蝕鄰近的管子。

（2）運行維護

在啟動運行階段，待機的時間須足夠長，以避免各部件中的溫度升高太快，從而避免產生較大的熱應力。啟動和停運過程中應嚴格控制高壓加熱器出水溫度變化率在升負荷時不超過3℃/min，降負荷時不超過2℃/min，并盡可能的低。

正常運行時，應注意高壓加熱器水位的變化，防止出現高水位或低水位運行。

正常運行時，應對給水水質進行監控，防止pH值及含氧量等超標，同時應保證高壓加熱器連續排氣能夠有效排出不凝結氣體。

當確定高壓加熱器管子發生泄漏時，應將高壓加熱器系統解列，進入換熱管泄漏檢修程序，不要讓已經泄漏的高壓加熱器再投入運行，以免泄漏范圍進一步擴大。

在停機時，應注意檢查換熱管管孔內是否有雜質，若有，應及時清除，避免因有雜質導致換熱管內水流量偏低，而使管子干燒。

高壓加熱器應絕對禁止進行酸洗操作，電廠其他設備進行酸洗時，應確保酸洗殘液不能進入高壓加熱器內。

（3）換熱管檢漏

確定發生泄漏的管子后，應進一步確定是管端泄漏還是管子本身泄漏，如果是管子本身發生泄漏，應采取措施確定管子泄漏的具體位置，以便于分析泄漏原因，避免管子再次發生泄漏。

對已發生泄漏的管子，應采取堵管處理，并對與其鄰近的管子進行保護性堵管。堵管程序嚴格按照相關堵管工藝進行操作，防止由于堵管不當導致的二次泄漏。

將已堵管子標記在管板布孔圖上，留待后續泄漏原因分析時使用。

高壓加熱器泄漏后冷卻，應采用空氣進行冷卻，不宜采用注水的方式（包括管側注水及殼側注水）。

（4）高壓加熱器的停運貯存

本實驗于2017年11月～2018年7月在解放軍總醫院骨科研究所完成。12、48 h內的SD乳鼠由中國人民解放軍總醫院動物中心提供，經中國人民解放軍總醫院動物實驗管理和使用委員會審核和批準。實驗細胞由48 h內的SD乳鼠分離提取脂肪干細胞，并自行培養。背根神經節從12 h乳鼠椎間孔中獲得并培養。多孔明膠生物微載體由清華大學提供。

已投運的機組在停運期間，采用碳鋼管的高壓加熱器設備，需進行嚴格的防腐處理和貯存。

（a）短期停運（1～3天）

殼側蒸汽密封：利用流動的除氧器啟動蒸汽（輔助蒸汽）經由高壓加熱器殼程排氣管道進入高壓加熱器作蒸汽密封。密封壓力應控制在大約0.05MPa～0.1MPa（確保無負壓產生）。蒸汽因熱量散失將冷凝，使設備水位上升，監測水位并當水位上升時打開放水閥放水。

殼側充氮密封：當不具備蒸汽密封條件時，利用源自于氮氣密封系統的氮氣進行密封；氮氣密封壓力應控制在大約0.05MPa～0.1MPa，其氮氣純度不低于99.5%。

管側充水貯存：在停運情況下水側應充滿除氧水（含氧量5～7PPb以下）。

（b）中等周期停運（4～14天）

殼側貯水保護：采用充滿除氧水的方法，其含氧量為5～7PPb，pH值在9.2～9.6，聯胺（N2H4）濃度100～150PPm。

管側充水貯存：水側充滿無壓力含聯胺（N2H4）100～150PPm，pH值在9.2～9.6的除氧水（含氧量為5～7PPb）。

管側充氮密封：當不具備滿水貯存條件時采用充氮密封，氮氣密封壓力應控制在0.05MPa～0.1MPa，氮氣的純度不低于99.5%。

（c）長期停運（15天或更長）

當停運兩星期以上時，管側與殼側均應采用充氮氣保護，其方法是將管側、殼側排凈積水，待加熱器冷卻后用抽真空或烘干法使設備完全干燥，然后管側、殼側分別充氮，氮氣純度不低于99.5%，充氮壓力為0.05MPa～0.1MPa，當壓力低于0.05MPa時，應重新充氮。

（d）系統停運（與時間多長無關）

正常停運：在設備解列后，在殼側與管側均應充滿含有一定濃度防腐液（鈍化水）的水12小時以上，在生成防銹膜層后將水排除。依正常停運的時間長短，按a～c所述方法維護高壓加熱器，以防止高壓加熱器的腐蝕。

緊急停運：當設備停運后或切換至旁路時，應盡快地開始供（充）氮氣或將疏水排放掉（當內部溫度高于100℃時）。當加熱器壓力降至0.2MPa時，逐漸保持氮氣大約0.02MPa，在排除水后繼續充氮密封。當溫度降至更低時打開水室，在內部溫度仍然較高時，用空氣干燥它。因為內部要充滿氮氣，在打開水室和開始內部工作之前進行空氣清洗是必要的。由于上述工作是在濕度較小的狀態下完成的，且在運行前水室和管子的內表面已形成穩定的保護膜，故不必擔心會發生腐蝕問題。

結語

近年來國內電廠建設發展迅速，電力市場逐漸供大于求，很多機組只能處于停機備用狀態，高壓加熱器等換熱器設備的防腐貯存顯得尤為重要，希望本文的介紹能夠對電廠設備的運行保護起到借鑒作用，以減少不必要的經濟損失。

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中圖分類號：TM924

文獻標識碼：A

Abstract:In this paper， the impact of corrosion on the power plant examples of high-pressure heaters， analysis of the causes of corrosion， stress the importance of the high-pressure heater maintenance shutdown， citing ways downtime maintenance.

Keywords:High pressure heater； Piping； leakage； prevention； Oxygen corrosion