某型高加的失效原因及分析

李 晴

(上海電氣電站設備有限公司電站輔機廠，上海 200090)

0 概 述

在某型350 MW機組中，布置有3臺高壓加熱器(簡稱高加)，均為單列臥式表面換熱管管板式結構，高加由蒸汽冷卻段、凝結段、疏水冷卻段組成，殼程介質為蒸汽，管程介質為水。高加投運不滿10年，多次發生了泄漏。特別是3號高加的下端差異常，無法建立疏水水位，疏水端差DCA為20℃，影響了高加的正常運行。為了查明高加泄漏原因，決定讓3號高加返廠進行檢查。以期查明泄漏原因，為今后的設計制造及安裝提供參考，避免類似情況的重復發生。

1 高加安裝時間及運行參數

高加制造完成后被運至現場的時間、安裝時間及投用時間，如表1所示。高加設計參數和運行參數，如表2所示。

為了分析高加的失效原因，需將高加拆解。割開短接筒身后，將殼體筒身抽出，并在短接的汽機側割開檢測窗口，拆除了部分疏冷段包殼，對受損換熱管及疏冷段端板進行取樣。

表1某機組高加的安裝及投運時間(年.月)

高加編號運抵現場設備安裝投用初始泄漏漏管數量/根1號高加2006.32006.62006.12未統計未統計2號高加2006.32006.62006.12未統計未統計3號高加2006.32006.62006.122010.224

注：漏管數量中的24根，含保護性堵管數，堵管率為2.06%。

表2某機組高加THA工況時運行參數

加熱器編號1號高加2號高加3號高加管側設計壓力/ MPa28.0528.0528.05管側設計溫度/℃295265215給水進口壓力/ MPa～16.7～16.7～16.7給水進、出口溫度/℃241.3/274.6201.2/241.3175.8/201.2殼側設計壓力/ MPa7.854.812.07殼側設計溫度/℃420/295360/265470/215抽汽進口壓力/MPa5.76733.42771.5939抽汽進口溫度/℃384.7318.0440.3

高加堵管的分布情況，如見圖1所示。堵管區域主要集中在蒸汽冷卻段和疏水冷卻段。

圖1 在管板端面堵管的分布位置

2 解剖蒸汽冷卻段

在短接的蒸冷段汽機側區域進行開窗檢測，尋獲了較為集中的爆管區。短接上的開窗位置，如圖2所示。經檢查，在蒸冷段內，發現了受損的外包殼、爆管的換熱管及遺落的堵頭。蒸冷段的損壞情況，如圖3所示。隨后，對已爆管的7根換熱管及內外包殼受損處進行取樣，發現換熱管表面有深淺不同的劃痕，可能是有異物進入該區域造成的劃痕。

圖2 短接上的開窗位置

圖3 蒸汽冷區段損壞情況

3 解剖疏水冷卻段

高加管束的剖面圖，如圖4所示。在圖4的換熱管取樣位置，發現該區域的換熱管有爆管現象，但未見換熱管表面有異物及劃痕，經分析，可能因查漏、堵漏不及時，在爆管周圍的換熱管也被損壞。隨后對爆管區換熱管進行取樣，發現換熱管壁厚有不同程度的減薄。進一步打開疏冷段包殼后，發現疏冷段包殼內部的換熱管完好。爆管區的現場圖片，如圖5所示。

圖4 管束剖面圖

圖5 疏冷段爆管區域

4 原因分析

4.1 蒸冷段換熱管的失效原因

蒸冷段內換熱管的爆管區較為集中，其中1根換熱管完全斷裂，其余換熱管的破口圍繞該管子分布，包殼破口位置與換熱管斷裂位置相對應，在換熱管斷口附近的外表面，發現了多處較深的劃痕。由此判斷，在蒸汽管道內存有異物，極有可能是抽汽管道逆止閥的不銹鋼纏繞墊片的碎片，掉入了蒸汽管道。當高加投運時，碎片隨蒸汽進入高加蒸冷段，并遺留在換熱管的間隙中。隨著高加運行時汽流的振動，碎片割傷某根換熱管，因而產生了爆管。因為未及時發現某根換熱管已泄漏，所以，泄漏管周圍的換熱管受到了沖擊，繼而發生周圍換熱管的斷管，造成蒸冷段的內外包殼被相繼擊穿。電廠在6個月內，先后3次堵漏才處置完畢，但在蒸冷段的外包殼上已有孔洞，使未經冷卻的過熱蒸汽外溢，且流速偏大，沖擊了疏冷段入口區域的管束，并引起了疏冷段的水位波動。

4.2 疏冷段換熱管的失效原因

疏冷段換熱管的破壞區，集中在疏冷段端板內排的管孔附近，換熱管疑似被腐蝕或沖刷減薄。根據腐蝕原理可知，在一定溫度及酸堿度的情況下，鐵首先被腐蝕生成軟性的氫氧化亞鐵，然后氧化生成組織堅硬的四氧化三鐵。當溫度低于200℃時，這種轉化過程很緩慢。由于3號高加給水的進出口溫度，均低于200℃，換熱管在未形成較硬的四氧化三鐵前，軟性的氫氧化亞鐵就已被給水沖走，引起換熱管壁厚的減薄，最終發生損壞。

5 結 語

目前，國內高加的換熱管普遍采用碳鋼材質，碳鋼在高于200℃時，耐腐蝕性能良好，但3號高加的給水溫度普遍低于200℃，因此，3號高加極易發生沖蝕現象。運行時，應控制給水的pH值在9.5左右，給水的含氧量不超過7μg/L，可有效地降低換熱管的腐蝕速率。同時，在高加抽氣管的逆止門上，不建議采用不銹鋼纏繞墊片。據統計，最近發生了多起不銹鋼纏繞墊片碎裂的事件，碎片從抽氣管道進入高加管束，引起了換熱管泄漏。