淺談300MW機(jī)組高壓加熱器泄漏分析及治理

劉楠，來國(guó)慶，周德純，陳飛

（徐州華潤(rùn)電力有限公司，江蘇 徐州 221142）

300MW等級(jí)亞臨界機(jī)組3#高加泄漏問題，在國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠并不罕見，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)泄漏原因及防范措施也進(jìn)行了大量研究，但對(duì)于高加的泄漏位置以及泄漏口的形態(tài)卻少有針對(duì)性調(diào)查分析。本文針對(duì)某廠320MW亞臨界機(jī)組3#高加頻繁泄漏原因進(jìn)行深入分析，使用無損檢測(cè)的方法對(duì)換熱管泄漏口位置及形態(tài)進(jìn)行充分檢查，結(jié)合高加內(nèi)部結(jié)構(gòu)及流場(chǎng)特征，得出高加泄漏的確切原因，并制定出治理措施。

1 設(shè)備概述

某廠某機(jī)組是上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的引進(jìn)型N320-16.7/538/538，亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、凝汽式汽輪機(jī)，采用8段非調(diào)整型抽汽，為3高4低1除氧的典型結(jié)構(gòu)。其中3臺(tái)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(dòng)力設(shè)備有限公司生產(chǎn)，2004年6月投入運(yùn)行。設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，參數(shù)如表1所示。

圖1 高壓加熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

表1 高加設(shè)備參數(shù)

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(xù)發(fā)生了5次泄漏，泄漏的管束均位于高加進(jìn)水室最上面一排管束，且互不相鄰。每次泄漏均進(jìn)行了保護(hù)性堵管，泄漏管及相鄰管束全部進(jìn)行了堵管，泄漏管束及泄漏時(shí)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(jìn)水室最上面一排管束，且泄漏間隔有變短趨勢(shì)，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(nèi)窺鏡對(duì)高加泄漏管束進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)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(yán)重，如圖3所示。

圖3 高壓加熱器換熱管泄漏口形態(tài)圖

3 泄漏原因分析

3.1 泄漏位置確認(rèn)

根據(jù)高加結(jié)構(gòu)圖紙，疏冷段與進(jìn)出水管板總長(zhǎng)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(jìn)口區(qū)最上部，如圖4所示。

圖4 高壓加熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(diào)整不及時(shí)、給水品質(zhì)超標(biāo)、負(fù)荷變化速率過快、溫度變化速率過快、堵漏質(zhì)量不合格、停機(jī)保養(yǎng)不利。但該高壓加熱器自2004年6月運(yùn)行至今，近兩年才出現(xiàn)頻繁泄漏的現(xiàn)象，且泄漏位置高度一致，除上述常見因素外，應(yīng)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(zhì)量沒問題。查詢歷史運(yùn)行曲線，高加負(fù)荷變化速率、溫度變化速率、水位調(diào)整基本正常，偶有超標(biāo)，根據(jù)泄漏位置集中在高加進(jìn)水室最上面一排管束判斷，這些對(duì)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(duì)高加部分管束進(jìn)行了渦流檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)20根管道存在10%左右的均勻減薄，如圖5中實(shí)心點(diǎn)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(jìn)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(hào)1。局部嚴(yán)重減薄的位置和換熱管斷裂的位置一致，與斷口呈現(xiàn)局部嚴(yán)重減薄的現(xiàn)象相符?？梢耘袛?#高加換熱管斷裂的過程為：由于某種原因?qū)е碌母呒邮杷鋮s段進(jìn)口區(qū)最上部管束與支撐板磨損嚴(yán)重，局部減薄，導(dǎo)致泄漏，高壓水沖出換熱管，對(duì)換熱管泄漏處造成巨大沖擊力導(dǎo)致管道斷裂。

圖5 高壓加熱器渦流檢測(cè)結(jié)果圖

對(duì)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(tǒng)PH值應(yīng)控制在9.3～9.6。根據(jù)流動(dòng)加速腐蝕理論（Flow-AcceleratedCorrosion，F(xiàn)AC），碳鋼在弱堿性環(huán)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(zhì)沖刷下加速溶解，其溶解與溫度、pH密切相關(guān)，PH值越低，流動(dòng)腐蝕速率越大。而通過水質(zhì)報(bào)表查詢，該機(jī)組PH值每月都存在多次接近標(biāo)準(zhǔn)下限9.3，甚至有9.0，給水PH值偏低加劇了水側(cè)腐蝕。

根據(jù)疏水冷卻段的結(jié)構(gòu)，如圖6所示，疏冷段進(jìn)口窄流道、高流速的設(shè)計(jì)，易使頂部產(chǎn)生渦流、汽蝕、集聚空氣（腐蝕加?。┑龋?dǎo)致管束振動(dòng)、磨損。而機(jī)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(jìn)口流速更快，渦流、汽蝕現(xiàn)象更顯著，加劇了管束外部磨損。結(jié)合該臺(tái)高加自2004年運(yùn)行以來近期才出現(xiàn)頻繁泄漏的現(xiàn)象，疏水流量的大幅增加導(dǎo)致疏冷段進(jìn)口管束振動(dòng)加劇是泄漏的主要因素。

圖6 高壓加熱器疏水冷卻段流場(chǎng)示意圖

4 處理措施及治理效果

4.1 綜合治理措施

根據(jù)以上分析，綜合制定了以下措施：

PH值低限運(yùn)行是造成管壁腐蝕減薄的原因。應(yīng)嚴(yán)格控制PH值在9.4～9.6。

疏冷段窄流道、高流速的設(shè)計(jì)使頂部產(chǎn)生渦流、汽蝕、集聚空氣（腐蝕加劇）等現(xiàn)象，是導(dǎo)致管束振動(dòng)、局部嚴(yán)重磨損的主要原因。將進(jìn)入33#高加的上級(jí)疏水進(jìn)行部分旁路，降低本級(jí)疏冷段流速，避免管束振動(dòng)和局部磨損減薄。

該臺(tái)高加經(jīng)過長(zhǎng)期的超負(fù)荷運(yùn)行，已存在部分損傷，需嚴(yán)格控制高加溫升速率，盡量提高水位，運(yùn)行中防止水側(cè)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(duì)高加進(jìn)行渦流檢測(cè)及內(nèi)窺鏡檢查，跟蹤檢查治理效果，同時(shí)對(duì)于發(fā)現(xiàn)缺陷的管束全部進(jìn)行堵管，防止缺陷擴(kuò)大導(dǎo)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(jī)全面檢測(cè)并封堵存在嚴(yán)重減薄的管道，減少泄漏。

4.2 治理效果

經(jīng)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(xiàn)象出現(xiàn)，且高加至今運(yùn)行正常，無泄漏情況出現(xiàn)，有效地遏制了高加泄漏愈加頻繁的現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)3#高加頻繁泄漏的問題，采用無損檢測(cè)的方法探明了泄漏的具體位置及泄漏點(diǎn)形態(tài)，結(jié)合無損檢測(cè)結(jié)果、高加內(nèi)部結(jié)構(gòu)及流場(chǎng)特征，判斷高加頻繁泄漏的最主要原因?yàn)楦脑鞂?dǎo)致的高加疏水流量增大，造成疏水冷卻段進(jìn)口區(qū)渦流汽蝕加劇，管道振動(dòng)磨損斷裂。針對(duì)該高加泄漏的根本原因，提出了相關(guān)對(duì)策，有效解決了高加頻繁泄漏的問題。