淺談300MW機組高壓加熱器泄漏分析及治理

劉楠，來國慶，周德純，陳飛

（徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221142）

300MW等級亞臨界機組3#高加泄漏問題，在國內火力發電廠并不罕見，國內學者對泄漏原因及防范措施也進行了大量研究，但對于高加的泄漏位置以及泄漏口的形態卻少有針對性調查分析。本文針對某廠320MW亞臨界機組3#高加頻繁泄漏原因進行深入分析，使用無損檢測的方法對換熱管泄漏口位置及形態進行充分檢查，結合高加內部結構及流場特征，得出高加泄漏的確切原因，并制定出治理措施。

1 設備概述

某廠某機組是上海汽輪機廠生產的引進型N320-16.7/538/538，亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、凝汽式汽輪機，采用8段非調整型抽汽，為3高4低1除氧的典型結構。其中3臺高壓加熱器按照給水流向分別為3#高加、2#高加、1#高加，均為上海動力設備有限公司生產，2004年6月投入運行。設備結構示意圖如圖1所示，參數如表1所示。

圖1 高壓加熱器內部結構示意圖

表1 高加設備參數

2 高加泄漏情況

2019年4月10日、2019年10月16日、2020年2月10日、2020年9月7日、2020年11月30日，某廠3#高加連續發生了5次泄漏，泄漏的管束均位于高加進水室最上面一排管束，且互不相鄰。每次泄漏均進行了保護性堵管，泄漏管及相鄰管束全部進行了堵管，泄漏管束及泄漏時間如圖2所示。

圖2 高壓加熱器換熱管泄漏位置示意圖

由于該高加泄漏位置十分集中，均位于高加進水室最上面一排管束，且泄漏間隔有變短趨勢，為了徹底查清換熱管泄漏位置，分析泄漏原因，2020年3月、9月和11月使用內窺鏡對高加泄漏管束進行了檢查，發現泄漏點均位于距離管口4.0～4.2m位置，泄漏處換熱管呈斷裂狀，局部減薄嚴重，如圖3所示。

圖3 高壓加熱器換熱管泄漏口形態圖

3 泄漏原因分析

3.1 泄漏位置確認

根據高加結構圖紙，疏冷段與進出水管板總長度為4.334m(疏冷段包殼3.959m，管板厚度0.375m)，泄漏斷口位置剛好位于在疏水冷卻段進口區最上部，如圖4所示。

圖4 高壓加熱器內部結構圖

3.2 泄漏主要原因分析

高加泄漏原因主要有以下幾種：水位調整不及時、給水品質超標、負荷變化速率過快、溫度變化速率過快、堵漏質量不合格、停機保養不利。但該高壓加熱器自2004年6月運行至今，近兩年才出現頻繁泄漏的現象，且泄漏位置高度一致，除上述常見因素外，應該有其特殊原因。

由于泄漏管道且互不相鄰，不存在相互沖刷，因此堵漏質量沒問題。查詢歷史運行曲線，高加負荷變化速率、溫度變化速率、水位調整基本正常，偶有超標，根據泄漏位置集中在高加進水室最上面一排管束判斷，這些對高加泄漏有影響，但均非主要因素。

為了查明高加泄漏的主要因素，消除高加泄漏隱患，2020年2月對高加部分管束進行了渦流檢測，發現20根管道存在10%左右的均勻減薄，如圖5中實心點所示，1根管道存在局部超過40%的減薄，且減薄位置位于高加進水室最上一排，距離管口4m左右，在支撐板位置，如圖5中編號1。局部嚴重減薄的位置和換熱管斷裂的位置一致，與斷口呈現局部嚴重減薄的現象相符。可以判斷3#高加換熱管斷裂的過程為：由于某種原因導致的高加疏水冷卻段進口區最上部管束與支撐板磨損嚴重，局部減薄，導致泄漏，高壓水沖出換熱管，對換熱管泄漏處造成巨大沖擊力導致管道斷裂。

圖5 高壓加熱器渦流檢測結果圖

對于換熱管的均勻減薄問題，高加U型管材料為SA556GrC2碳鋼，此種系統PH值應控制在9.3～9.6。根據流動加速腐蝕理論（Flow-AcceleratedCorrosion，FAC），碳鋼在弱堿性環境中，表面形成一層Fe3O4氧化層，該氧化層具有滲透性和微溶性，在介質沖刷下加速溶解，其溶解與溫度、pH密切相關，PH值越低，流動腐蝕速率越大。而通過水質報表查詢，該機組PH值每月都存在多次接近標準下限9.3，甚至有9.0，給水PH值偏低加劇了水側腐蝕。

根據疏水冷卻段的結構，如圖6所示，疏冷段進口窄流道、高流速的設計，易使頂部產生渦流、汽蝕、集聚空氣（腐蝕加劇）等，并導致管束振動、磨損。而機組的一些改造使3#高加的疏水流量大幅增加超過了50%，疏水量的大幅增加使得疏冷段進口流速更快，渦流、汽蝕現象更顯著，加劇了管束外部磨損。結合該臺高加自2004年運行以來近期才出現頻繁泄漏的現象，疏水流量的大幅增加導致疏冷段進口管束振動加劇是泄漏的主要因素。

圖6 高壓加熱器疏水冷卻段流場示意圖

4 處理措施及治理效果

4.1 綜合治理措施

根據以上分析，綜合制定了以下措施：

PH值低限運行是造成管壁腐蝕減薄的原因。應嚴格控制PH值在9.4～9.6。

疏冷段窄流道、高流速的設計使頂部產生渦流、汽蝕、集聚空氣（腐蝕加劇）等現象，是導致管束振動、局部嚴重磨損的主要原因。將進入33#高加的上級疏水進行部分旁路，降低本級疏冷段流速，避免管束振動和局部磨損減薄。

該臺高加經過長期的超負荷運行，已存在部分損傷，需嚴格控制高加溫升速率，盡量提高水位，運行中防止水側壓力突升，尤其是高加解列后重新投入高加的過程中。

每次檢修均對高加進行渦流檢測及內窺鏡檢查，跟蹤檢查治理效果，同時對于發現缺陷的管束全部進行堵管，防止缺陷擴大導致泄漏。

U型管存在局部缺陷是造成33#高加泄漏的主要原因。建議擇機全面檢測并封堵存在嚴重減薄的管道，減少泄漏。

4.2 治理效果

經過上述措施的施行，2021年2月高加檢查正常，無局部明顯減薄現象出現，且高加至今運行正常，無泄漏情況出現，有效地遏制了高加泄漏愈加頻繁的現象。

5 結語

針對3#高加頻繁泄漏的問題，采用無損檢測的方法探明了泄漏的具體位置及泄漏點形態，結合無損檢測結果、高加內部結構及流場特征，判斷高加頻繁泄漏的最主要原因為改造導致的高加疏水流量增大，造成疏水冷卻段進口區渦流汽蝕加劇，管道振動磨損斷裂。針對該高加泄漏的根本原因，提出了相關對策，有效解決了高加頻繁泄漏的問題。