300?MW汽輪發(fā)電機(jī)組高壓加熱器故障原因分析探討

張凱波

摘 要：某廠1號機(jī)組給水系統(tǒng)串聯(lián)布置了3臺由東方鍋爐廠制造的JG-950型臥式加熱器，近幾年多次發(fā)生3號高加泄露事故。高加的作用是利用汽輪機(jī)的抽汽來加熱鍋爐給水，該設(shè)備性能的優(yōu)劣直接影響著發(fā)電廠熱效率。該文對此類缺陷進(jìn)行分析、總結(jié)，以方便同型機(jī)組及時消除、避免類似缺陷的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：高加 管束泄露 堵管 改進(jìn)措施

中圖分類號：TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0087-03

某廠呼熱1號機(jī)組給水系統(tǒng)串聯(lián)布置了3臺由東方鍋爐廠制造的JG-950型臥式加熱器。高壓加熱器由水室、管束和外殼組成，管子同外管板采用脹接和焊接并采用高加大旁路系統(tǒng)。該機(jī)組投產(chǎn)至今，共發(fā)生7次高加管束泄露導(dǎo)致高加解列的事故，影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 設(shè)備原理與構(gòu)成

高加的作用是利用汽輪機(jī)的抽汽來加熱鍋爐給水，保證給水達(dá)到所要求的溫度，從而提高電廠熱效率和保證機(jī)組出力。給水回?zé)峒訜岬囊饬x在于采用給水回?zé)嵋院螅瑴p少了進(jìn)入凝汽器的排汽量，降低了汽輪機(jī)冷源損失；另一方面，使工質(zhì)在鍋爐內(nèi)的平均吸熱溫度提高，提高了鍋爐給水溫度，提高汽輪機(jī)循環(huán)的熱效率。

為提高回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性，某廠3號高加內(nèi)設(shè)有過熱蒸汽冷段、凝結(jié)段、疏水冷卻段。過熱蒸汽冷卻段布置在給水出口流程側(cè)，它利用具有一定過熱度的加熱蒸汽進(jìn)一步加熱較高溫度的給水，給水吸收了蒸汽過熱部分的熱量，其溫度可接近或等于、甚至超過加熱蒸汽壓力下的飽和溫度（傳熱端差可降為負(fù)值）。凝結(jié)段是利用蒸汽凝結(jié)時放出的熱量加熱給水的。進(jìn)入該段的蒸汽，根據(jù)流體冷卻原理、自動平衡，直到由飽和蒸汽冷凝為飽和的凝結(jié)水（疏水），并匯集到加熱器尾部或底部，然后流向疏水冷卻段。

疏水冷卻段是把離開凝結(jié)段的疏水熱量傳給進(jìn)入加熱器的給水，從而使疏水溫度降到飽和溫度以下，疏水冷卻段位于給水進(jìn)口流程側(cè)，并由包殼密閉。疏水溫度降低后，當(dāng)流向下一級壓力較低的加熱器時，削弱了管內(nèi)發(fā)生汽化的趨勢。管板和吸入口（疏水冷卻段進(jìn)口）保持一定的疏水水位，使該段密封。管板的作用是防止凝結(jié)段的蒸汽進(jìn)入疏水冷卻段。疏水進(jìn)入該段后，在一組隔板的引導(dǎo)下彎曲流動，然后從疏出口流出，見圖1。

2 高加泄露的主要現(xiàn)象及危害

2.1 高加泄露的主要現(xiàn)象

在高加投運(yùn)中判斷管子是否泄漏，主要看疏水水位、疏水調(diào)節(jié)閥開度。如果疏水閥開度比該負(fù)荷條件下的通常開啟度大，并且負(fù)荷是穩(wěn)定的，這就要加強(qiáng)監(jiān)視。如果疏水水位持續(xù)上升，疏水調(diào)節(jié)閥開到最大仍不能維持正常水位，說明高加管子已泄漏。其主要現(xiàn)象如下。

（1）相同負(fù)荷下，給水溫度下降。

（2）相同負(fù)荷下，給水泵流量異常升高。

（3）相同負(fù)荷下，高加正常疏水調(diào)門開度較往常增大才能維持水位穩(wěn)定。

（4）相同負(fù)荷下，在上一級高加正常疏水調(diào)門開度無變化的情況下，本級高加水位異常升高。

（5）滿負(fù)荷情況下，高加泄露可能導(dǎo)致汽包水位出現(xiàn)波動。

（6）泄露較大的情況下，可能高加上端差較往常大，下端差較往常小。

（7）就地檢查設(shè)備，聲音異常，有漏流聲。

2.2 高加泄露的危害

高加管束泄露往往導(dǎo)致高加解列，其危害表現(xiàn)在3個方面。

首先造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向推力增大，高加解列后，回?zé)嵯到y(tǒng)內(nèi)的抽汽量大大減少，這部分抽汽將繼續(xù)留在汽缸內(nèi)部繼續(xù)做功，引起機(jī)組脹差變化，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。其次造成鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)性能降低，高加解列后，給水只能通過大旁路進(jìn)入鍋爐，由于給水溫度的降低，導(dǎo)致給水在鍋爐內(nèi)部吸熱量增加，燃料消耗加大，機(jī)組帶相同負(fù)荷的情況下，鍋爐出力無形中增大，一般情況下，為防止鍋爐過熱會限負(fù)荷運(yùn)行。最后，在高加管束大量泄露、水位急劇上漲且的情況下，若發(fā)生抽汽逆止門不嚴(yán)密、卡澀動作不及時，高加汽側(cè)的水就會順抽汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)，發(fā)生汽輪機(jī)水擊事故。如果高加事故疏水門疏水量不夠或卡澀不能聯(lián)開，其導(dǎo)致的后果不堪設(shè)想。

3 高加泄漏的原因

（1）高加管束材質(zhì)、工藝不良，管子的規(guī)格、鋼號選用不當(dāng)，其化學(xué)成分、機(jī)械性能等指標(biāo)無法滿足現(xiàn)場高溫高壓的實(shí)際生產(chǎn)需求均可能導(dǎo)致高加管束泄露。另外，管壁厚度不均勻也會使管壁沖刷加速。

（2）高加運(yùn)行工況惡劣，尤以3號高加最為顯著，長時間在惡劣工況下運(yùn)行導(dǎo)致高加泄露幾率升高。某廠多次發(fā)生3號高加泄露事故，由其技術(shù)參數(shù)可見（表1），3號高加的運(yùn)行條件最為惡劣。3號高加汽側(cè)進(jìn)汽溫度最高，而給水溫度卻又最低，溫差最大；另外，給水系統(tǒng)水側(cè)壓力各高加相同，3號高加汽側(cè)壓力最低，高加管束的內(nèi)外壓差最大。

（3）機(jī)組運(yùn)行過程中，高加投停不當(dāng)引起的振動、熱沖擊導(dǎo)致管束泄露。高加管束跨距大，管子細(xì)，在運(yùn)行過程中，殼側(cè)、管側(cè)流體往往會產(chǎn)生較大的擾動力，管束產(chǎn)生受迫振動，當(dāng)激振頻率落入管束自振頻率區(qū)域內(nèi)，會引起管束振動變大，造成管束損壞。另外，高加投運(yùn)前暖管不充分、溫升率控制不當(dāng)?shù)榷紩斐啥税迮c管束之間產(chǎn)生脹差，熱沖擊使得管束產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，嚴(yán)重時發(fā)生變形、撕裂。

（4）機(jī)組負(fù)荷波動，導(dǎo)致抽汽過熱度降低，此時蒸汽中往往含有一定水分，由于過熱蒸汽冷卻段內(nèi)汽流速度較高，極易導(dǎo)致管束受到?jīng)_刷侵蝕。

4 高加泄露的處理

高加系統(tǒng)安全隔離后，確認(rèn)系統(tǒng)消壓，打開高加人孔門開展相關(guān)查漏、堵漏工作。在水側(cè)排空口送入一根60 mm的通風(fēng)軟管，將現(xiàn)場的壓縮空氣送入高加管束內(nèi)部，送氣量由小及大，加快內(nèi)部通風(fēng)、降溫，達(dá)到允許作業(yè)溫度。

高壓加熱器查漏的最可靠方法是做氣密試驗(yàn)。對U型管管板式高壓加熱器，先開啟水、汽兩側(cè)的排空、放水閥，加熱器內(nèi)壓力降至零，再緩開人孔，并排除水室內(nèi)剩水，拆除螺栓連接著的分程隔板，清理管板表面。封閉殼體上所有接口，然后往殼體內(nèi)充氣，按規(guī)程要求充氣升壓。檢查人員進(jìn)入水室內(nèi)可在管板表面涂肥皂液，如果管內(nèi)有氣體或水沖出，表明該管子損壞。

對管口焊縫缺陷，可用尖頭鑿子鏟去缺陷部位，把管口清理干凈并使之干燥，然后對焊縫鏟除部分用鎳基合金焊條進(jìn)行補(bǔ)焊。管子破裂缺陷不能用補(bǔ)焊手段來消除，只能用堵管的方法解決。可用低碳鋼車制成錐形堵頭，堵頭小頭直徑為d-0.1，大頭直徑為d+0.1（d為管子內(nèi)徑），把堵頭打入破裂管的兩頭，然后與管端焊接牢固。

對于換熱管的爆管和泄露必須檢測準(zhǔn)確，堵管工藝、方法極為重要，堵管操作切不可隨意進(jìn)行。以某廠呼熱1號機(jī)為例，2011年7月22日，3號高加水位突然升高，高加解列，就地水位計顯示高水位，判斷為高加管束泄露，系統(tǒng)隔絕后打開水側(cè)人孔發(fā)現(xiàn)高加有3個管束爆管泄露，后堵9根管束。2011年08月31日，該機(jī)組3號高加正常疏水旁路門打開5圈的情況下，正常疏水調(diào)門開到100%，有時還要開啟事故疏水調(diào)門，在高加查漏試驗(yàn)后，證明3號高加泄漏。此次解體3號高加發(fā)現(xiàn)在原堵漏處旁邊有兩處漏點(diǎn)，經(jīng)打磨后發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)面積擴(kuò)大，此次堵管12根。2011年12月21日，該機(jī)組3號高加再次發(fā)生管束泄露事故，解體發(fā)現(xiàn)在原堵漏處旁邊又有兩處漏點(diǎn)，此次堵管兩根，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

可見對泄露管束進(jìn)行預(yù)防性堵管是非常必要的，即人們常說的“梅花堵”，即在損壞管束周圍一圈進(jìn)行預(yù)防性堵管，避免造成高加的持續(xù)性泄露，另外堵管必須對稱堵管，即分程隔板上部和下部對稱。當(dāng)堵管數(shù)超過全部管數(shù)的10%時，既增大了給水的壓力損失和對管系的沖刷程度，又加快了給水流速，應(yīng)重新更換管束。

5 預(yù)防高加泄漏措施

（1）正常情況下必須做到高加隨機(jī)啟停。

（2）當(dāng)發(fā)現(xiàn)高加管束泄漏時，應(yīng)盡早停運(yùn)查漏，避免相鄰的管子沖刷、破壞，導(dǎo)致事故擴(kuò)大。

（3）加強(qiáng)對高加運(yùn)行狀態(tài)的分析監(jiān)督，建立高加運(yùn)行監(jiān)督分析臺賬。

（4）高加管束泄露后，對靠近泄漏管子的一層管子進(jìn)行預(yù)防性堵管，防止泄漏管子外圍鋼管因沖刷減薄而留下潛在泄漏隱患。

（5）加強(qiáng)設(shè)備劣化分析與檢修工作管理，每次檢修對泄漏管束區(qū)進(jìn)行檢測、標(biāo)定，檢查有無劣化趨勢并建立高加堵管設(shè)備臺賬。

（6）停機(jī)檢修過程中，化學(xué)監(jiān)督人員應(yīng)檢查管束的腐蝕、結(jié)垢情況，為設(shè)備管理、運(yùn)行提供理論依據(jù)。

（7）停機(jī)檢修過程中，對高加進(jìn)水三通閥進(jìn)行檢修，便于解列高加。

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