亞臨界機(jī)組高加泄漏故障分析與對(duì)策

于一利（華電國(guó)際萊城發(fā)電廠，山東　萊蕪　271100）

?維護(hù)與修理?

亞臨界機(jī)組高加泄漏故障分析與對(duì)策

于一利
（華電國(guó)際萊城發(fā)電廠，山東萊蕪271100）

針對(duì)火電廠高壓加熱器工作環(huán)境導(dǎo)致鋼管頻繁泄漏問(wèn)題，介紹了高壓加熱器泄漏的現(xiàn)象和對(duì)機(jī)組的影響，對(duì)比高壓加熱器解列前后的參數(shù)變化，提出了高壓加熱器泄漏的預(yù)防措施。避免了事故擴(kuò)大，保證了機(jī)組運(yùn)行。

泄漏；高壓加熱器；投入率；解列；疏水

大型汽輪機(jī)普遍采用給水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)來(lái)提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性，高壓加熱器的投入率是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中非常重要的考核指標(biāo)。近年來(lái)大容量、高參數(shù)等超超臨界機(jī)組的快速發(fā)展，高壓加熱器承受的壓差和溫差越來(lái)越大，在運(yùn)行中還有負(fù)荷突變、旁路切換、快速啟停等因素都會(huì)引起壓力和溫度的大幅變化，導(dǎo)致高壓加熱器管束的熱疲勞、泄漏。

一、高壓加熱器泄漏的現(xiàn)象

1.案例概述

（1）2011年11月04日3號(hào)高壓加熱器檢漏發(fā)現(xiàn)有6根鋼管泄漏。將泄漏的6根及周邊鋼管用專用堵頭進(jìn)行了封堵，共封堵鋼管21根。

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

2.現(xiàn)象分析

（1）高壓加熱器高水位信號(hào)報(bào)警，但是由于高壓加熱器正常疏水調(diào)閥動(dòng)作開(kāi)大，仍能調(diào)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(fā)覺(jué)；嚴(yán)重的話，高壓加熱器事故疏水閥頻繁動(dòng)作或全開(kāi)。

（2）隨著泄漏量的逐步增加，給水側(cè)的給水大量快速漏入汽側(cè)，然后通過(guò)疏水自流至除氧器，嚴(yán)重的會(huì)漏入抽汽管道，引起汽輪機(jī)進(jìn)水。為了穩(wěn)定汽包水位，給水泵轉(zhuǎn)速迅速增加，給水流量快速增大，引起汽包水位的大幅波動(dòng)，如表1所示。

240MW同樣負(fù)荷相同壓力下，解列前比解列后給水泵轉(zhuǎn)速高約250r/min，兩臺(tái)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(dá)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(fù)荷下高壓加熱器解列前后參數(shù)對(duì)比表

（4）就地在給水人空門處傾聽(tīng)，聲音明顯較2號(hào)機(jī)組3號(hào)高壓加熱器大，并有明顯的水流聲。

（5）滿水嚴(yán)重時(shí)抽汽溫度下降，抽汽管道振動(dòng)大，法蘭結(jié)合面處冒汽。

（6）高壓加熱器泄漏后，管道設(shè)備傳熱惡化，引起給水溫度緩慢降低。

表2　部分國(guó)產(chǎn)機(jī)組高壓加熱器解列時(shí)機(jī)組熱耗率增加值

二、高壓加熱器泄漏對(duì)機(jī)組的影響

1.事故擴(kuò)大

高壓加熱器發(fā)生泄漏的危險(xiǎn)后，應(yīng)該立即解列。如果停止不及時(shí)，高壓的給水就會(huì)對(duì)泄漏點(diǎn)附近的管束產(chǎn)生熱沖擊、進(jìn)而導(dǎo)致管束泄漏部位增多，使得泄漏事故范圍擴(kuò)大，所以在發(fā)現(xiàn)高壓加熱器泄漏時(shí)必須緊急解列高壓加熱器進(jìn)行消壓堵漏。

2.機(jī)組參數(shù)異常

在高壓加熱器停運(yùn)檢修過(guò)程中，大量的抽汽返回汽輪機(jī)做功，鍋爐給水的溫度逐漸降低。據(jù)表1可知：給水溫度在高壓加熱器投入時(shí)為268℃，給水溫度在高壓加熱器解列停止后僅為165℃。為保證機(jī)組負(fù)荷，如果鍋爐滿足調(diào)度負(fù)荷，保證額定的蒸汽參數(shù)，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(fēng)機(jī)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(shí)就會(huì)增加減溫水量；使得機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降。表1顯示鍋爐二次風(fēng)溫由283℃降到258℃，鍋爐送風(fēng)溫度下降，影響穩(wěn)定鍋爐燃燒的基礎(chǔ)。

3.機(jī)組不穩(wěn)定

高壓加熱器解列后，使得汽輪機(jī)末幾級(jí)蒸汽流量增大，加劇了葉片的腐蝕；如果機(jī)組負(fù)荷維持不變，仍要滿足調(diào)度負(fù)荷的需要，那么汽輪機(jī)監(jiān)視段壓力都要升高，停用的1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)高壓加熱器抽汽口附近的各級(jí)葉片軸向推力增大，葉片隔板的前后的軸向推力較設(shè)計(jì)值明顯增大，為保證機(jī)組的安全性，勢(shì)必要限制機(jī)組的負(fù)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(jī)組老化、系統(tǒng)閥門不嚴(yán)密、隔離不徹底等問(wèn)題，還會(huì)增加工作冷卻時(shí)間，直接影響了高壓加熱器的投入率，影響機(jī)組整體熱耗率，停用高壓加熱器時(shí)機(jī)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(hào)高壓加熱器運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，對(duì)于同臺(tái)機(jī)組的3臺(tái)高壓加熱器而言，3號(hào)高壓加熱器水側(cè)壓力最高，而汽側(cè)壓力最低，管束壓差大；汽側(cè)溫度在430℃左右，水側(cè)溫度在160℃左右。高壓加熱器投運(yùn)或負(fù)荷變化時(shí)，水、汽側(cè)壓差變化大、溫差變化大，以致管口及管子經(jīng)受熱應(yīng)力。長(zhǎng)期運(yùn)行造成鋼管熱疲勞破損，這個(gè)應(yīng)該是主要原因。

2.存在管束振動(dòng)

進(jìn)汽口等處如果蒸汽流速變化易形成管子振動(dòng)，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(dāng)高壓加熱器內(nèi)某根管子受到?jīng)_刷而泄漏的時(shí)候，泄漏處的高壓鍋爐給水會(huì)以極快的速度、動(dòng)力將附近的換熱設(shè)備沖擊損毀；再一個(gè)，防沖板的質(zhì)量差、品質(zhì)低，在安裝過(guò)程中固定焊接的方式不正確等因素，造成管子在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中被沖刷振動(dòng)、最后導(dǎo)致管子發(fā)生脫落的嚴(yán)重后果。所以蒸汽或疏水的高溫高壓直接沖擊時(shí)，防護(hù)板已經(jīng)起不到防沖刷保護(hù)的作用。

4.高壓加熱器在投運(yùn)或停運(yùn)過(guò)程中操作不當(dāng)

高壓加熱器啟動(dòng)運(yùn)行前暖管遲緩、沒(méi)有提前暖管，在升負(fù)荷快速的投入時(shí)，流經(jīng)加熱器的給水進(jìn)出口溫度的變化率很大；此時(shí)的真空比較高、高溫高壓的汽輪機(jī)抽汽迅速的流入高壓加熱器過(guò)熱疏水段后，對(duì)于較厚的管子進(jìn)行加熱但速率低，但是對(duì)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(jìn)而連接的設(shè)備上面分布了大小不一的熱應(yīng)力，最終使得U型管束變脆、產(chǎn)生劇烈的熱變形，導(dǎo)致管束泄漏。

同樣原理高壓加熱器解列過(guò)程中，高壓加熱器內(nèi)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(chǎn)生熱變形。

5.材質(zhì)、檢修工藝差

管子材質(zhì)差、管壁簿厚不均勻、鋼管本來(lái)就有缺陷，脹口處存在熱應(yīng)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(huán)境發(fā)生惡劣的變化時(shí)，管子可能會(huì)引起大的變形，導(dǎo)致大量的管子破壞；每逢管子泄漏檢修恢復(fù)時(shí)，各廠大量采用錐形塞來(lái)進(jìn)行焊接堵管，進(jìn)行堵漏。工作人員工作不仔細(xì)、捶擊力量不平衡、塞子產(chǎn)生傾斜破裂等后果，使得泄漏點(diǎn)擴(kuò)大的嚴(yán)重后果；在焊接過(guò)程中，如果檢修人員尋找焊縫的位置不準(zhǔn)確、選擇焊塞的尺寸不合適、預(yù)熱部位和預(yù)熱時(shí)間不合適，均會(huì)引起相鄰的管子或是相鄰的管板等連接的部位產(chǎn)生新的破壞，并且發(fā)生不應(yīng)該的新的泄漏，擴(kuò)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(guò)對(duì)高壓加熱器多次堵漏發(fā)現(xiàn)，泄漏鋼管的位置主要集中在過(guò)熱蒸汽冷卻段，位于熱抽汽口的的近端口部位，均是位于過(guò)熱蒸汽冷卻段區(qū)域的隔板附近。大概原因是：機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)高壓加熱器正常投入時(shí)，從汽輪機(jī)來(lái)的大量高溫高壓抽汽，最先經(jīng)過(guò)的是過(guò)熱蒸汽冷卻段進(jìn)行初次加熱，蒸汽冷卻后再進(jìn)入蒸汽凝結(jié)段放熱后凝結(jié)成疏水，最后大量的疏水再經(jīng)過(guò)疏水冷卻段放出最后的熱量，逐級(jí)自流到下一級(jí)加熱器。在整個(gè)加熱過(guò)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(fā)生最劇烈的加熱振動(dòng)，并且由于時(shí)間的延續(xù)管壁磨損的也最嚴(yán)重，最終造成管壁減薄發(fā)生泄漏。

對(duì)高壓加熱器管束進(jìn)行泄漏，封堵管道是一種簡(jiǎn)單又主要的修復(fù)手段。堵管前弄清楚管束泄漏的形式、位置及數(shù)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(diǎn)，必須保證管空或管板空清潔、圓整無(wú)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(zhì)量。

2.高壓加熱器的啟停

由于機(jī)組都是滑參數(shù)啟停，高壓加熱器也是隨機(jī)組同時(shí)啟停。在高壓加熱器啟動(dòng)過(guò)程中，由于疏水會(huì)產(chǎn)生兩項(xiàng)流體的流動(dòng)，流體流速加快，高壓加熱器水位是很難控制的。因此，要對(duì)高壓加熱器進(jìn)行預(yù)熱，由于位置及壓力差比較小，正常疏水閥調(diào)整不穩(wěn)定，于是用事故疏水閥控制好水位、避免無(wú)水位運(yùn)行。等負(fù)荷大于60MW時(shí)，及時(shí)投運(yùn)高壓加熱器就不會(huì)引起水位大幅波動(dòng)的情況了。

啟動(dòng)時(shí)的溫升率上海電氣要求小于1.83℃/min，使得熱應(yīng)力不至于太大。停止時(shí)，都是從1號(hào)到3號(hào)高壓加熱器先停止抽汽，給水最后才切大旁路，給水仍通過(guò)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(guò)高溫的高壓加熱器時(shí)，管道就會(huì)受到冷卻而收縮，于是就在管道和管板結(jié)合面上產(chǎn)生熱應(yīng)力而造成破壞，有時(shí)停機(jī)后加熱器泄漏原因就是溫降率太大引起的。

3.啟動(dòng)空氣管及連續(xù)排汽

高壓加熱器停運(yùn)后，如不采用充氮保護(hù)，空氣肯定就會(huì)進(jìn)入高壓加熱器內(nèi)部汽側(cè)，因此，高壓加熱器啟動(dòng)時(shí)一定要開(kāi)啟啟動(dòng)放氣門，把漏入的不凝結(jié)空氣排出來(lái)，防止聚集在汽側(cè)的某一死角，降低蒸汽在管壁凝結(jié)的放熱強(qiáng)度。正常運(yùn)行時(shí)，高壓加熱器的連續(xù)排汽一定要全開(kāi)，防止不凝結(jié)的氧氣造成管束腐蝕。

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

五、結(jié)語(yǔ)

高壓加熱器泄漏故障是高壓加熱器故障中常發(fā)的故障，也是危險(xiǎn)最大的故障。因此，要在檢修時(shí)認(rèn)真處理、正常運(yùn)行中提前預(yù)防，并能夠在事故未擴(kuò)大前提前發(fā)現(xiàn)并正確停運(yùn)消缺，保證機(jī)組高效可靠的運(yùn)行。參考文獻(xiàn)：

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1671-0711（2015）11-0067-03