高壓加熱器內(nèi)漏原因分析及防治措施

高壓加熱器內(nèi)漏原因分析及防治措施張鵬【摘要】針對馬鋼熱電總廠機組高壓加熱器鋼管發(fā)生漏管現(xiàn)象，從高壓加熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運行維護方面進行分析.通過設(shè)備優(yōu)化，改善運行及檢修工藝等一系列防范措施，以有效保證高加設(shè)備健康水平.【期刊名稱】《冶金動力》【年(卷)，期】2011(000)005【總頁數(shù)】4頁(P38-41)【關(guān)鍵詞】高壓加熱器;泄漏;分析;防治【作者】張鵬【作者單位】馬鋼股份公司熱電總廠，安徽馬鞍山243000【正文語種】中文【中圖分類】TM3111引言汽輪機采用回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)是提高機組運行經(jīng)濟性的重要手段之一。高壓加熱器(以下簡稱高加)是回?zé)嵯到y(tǒng)中的重要輔助設(shè)備，其作用是利用汽輪機的抽汽來加熱鍋爐給水以提高給水溫度，減少發(fā)電機組循環(huán)的冷源損失，從而節(jié)省燃料，提高循環(huán)熱效率。造成高加投運率低和高加損壞的原因是多方面的，根據(jù)統(tǒng)計，在報廢和在線運行高壓加熱器本身故障中，高加熱交換管系泄漏所占比重最大，約占70%以上，因此及時開展對高加泄漏原因的分析，降低高加故障率，提高高加投用率，對提高電廠的安全經(jīng)濟運行水平具有一定的現(xiàn)實意義。2高加運行狀況及存在問題馬鋼熱電總廠2#汽輪發(fā)電機組所配備的高壓加熱器為上海電站輔機廠生產(chǎn)的JG350-I（1#高加）和JG350-H（2#高加）立式U型管高壓加熱器，二流程布置，高加本體分水側(cè)（管側(cè)）及汽側(cè)（殼體）兩個基本部分，水側(cè)由水室及管系組成，汽側(cè)由殼體及支座組成。每臺高加內(nèi)部設(shè)置過熱蒸汽冷卻段和凝結(jié)段兩個區(qū)段，疏水側(cè)配置汽液兩相流裝置。兩臺高加疏水逐級自流至高壓除氧器，并各有一路危急疏水直通高加危急疏水?dāng)U容器。2010年5月以來1#高加相繼頻繁發(fā)生鋼管泄漏故障，其運行周期較以往大幅縮短，不僅影響設(shè)備正常運行，降低機組熱經(jīng)濟性，還嚴重影響到在線生產(chǎn)。（1）2009年以來高加鋼管泄漏情況統(tǒng)計，見表1（2）高加內(nèi)部泄漏點及內(nèi)部解剖宏觀檢查解剖檢查可以看出：高加內(nèi)部漏點堵管位置均位于高加管束外側(cè)，檢查泄漏鋼管管口與管板脹口正常，可以肯定判斷系鋼管管束內(nèi)部泄漏造成高加水位急劇上升，但鋼管內(nèi)部具體泄漏點位置和形狀不明，只能分析懷疑系內(nèi)部高加進汽段有問題。此后利用檢修高加疏水管道彎頭缺陷機會，使用內(nèi)窺鏡對4#高加泄漏鋼管進行檢查，確認內(nèi)部泄漏位置距水室管板310~330mm區(qū)間，位于高加過熱段進汽口處，與預(yù)期分析結(jié)果吻合。為了徹底查找缺陷原因，決定對此高壓加熱器進行解剖性檢查，找出缺陷位置的分布規(guī)律并分析產(chǎn)生缺陷的原因，情況如下：表1為2009年以來高加鋼管泄漏情況統(tǒng)計。序號檢修時間泄漏部位說明12009.5.5管束內(nèi)新漏點本次泄漏在運行中發(fā)現(xiàn)，有3根鋼管漏，共堵管5根22009.6.14~15管束內(nèi)新漏點本次泄漏在運行中發(fā)現(xiàn)，有2根鋼管漏，共堵管7根32009.9.3管束內(nèi)新漏點本次泄漏在運行中發(fā)現(xiàn)，有5根鋼管漏，共堵管12根42010.1.26管束內(nèi)新漏點本次泄漏在運行中發(fā)現(xiàn)，有3根鋼管漏，共堵管15根52010.2.26管束內(nèi)新漏點本次泄漏在運行中發(fā)現(xiàn)，有3根鋼管漏，共堵管18根62010.5.7管束內(nèi)新漏點本次泄漏在運行中發(fā)現(xiàn)，有1根鋼管漏，共堵管19根72010.5.24管束內(nèi)新漏點本次泄漏在運行中發(fā)現(xiàn)，有4根鋼管漏，共堵管23根82010.6.4管束內(nèi)新漏點本次泄漏在運行中發(fā)現(xiàn)，有1根鋼管漏，共堵管24根92010.6.22舊漏點本次泄漏在運行中發(fā)現(xiàn)，有1個舊漏點漏102010.7.5舊漏點本次泄漏在運行中發(fā)現(xiàn)，有1個舊漏點漏112010.7.22舊漏點本次泄漏在運行中發(fā)現(xiàn)，有2個舊漏點漏122010.7.29~8.3管束內(nèi)新漏點本次泄漏在高加停運后發(fā)現(xiàn)，有4根鋼管漏，各漏點周邊另封堵16根，共計堵管44根）換熱管外壁檢查：將殼體與管板的環(huán)縫割開，將殼體與管束分離后對管束進行外觀檢查時，發(fā)現(xiàn)凝結(jié)段換管表面有亮晶晶的黑色顆粒物，過熱段換熱管外表面為暗紅色，切割若干管子進行分析化驗。）將過熱段包殼去除，發(fā)現(xiàn)離管板350~400mm處過熱段蒸汽進口處有嚴重的沖刷現(xiàn)象。）檢查凝結(jié)段上級疏水進口防沖板上方管子有一排4根管子全部沖刷，出現(xiàn)有直徑20mm左右的孔，其中有的管子已經(jīng)沖斷。）對筒體內(nèi)壁檢查，發(fā)現(xiàn)上級疏水管管口位置上方?jīng)_刷留有深15cm長度435mm的痕跡。）筒體內(nèi)汽液兩相流信號管管道吹損有穿通現(xiàn)象。3高加內(nèi)漏頻繁原因分析3.1解剖高加檢查分析（1）換熱管黑顆粒物化驗初步分析系氧化腐蝕所致。過熱段換熱管外表面為暗紅色，此顏色正常。（2）解體發(fā)現(xiàn)高壓加熱器熱交換管有缺陷的位置主要集中在過熱段蒸汽進口區(qū)域及凝結(jié)段上級疏水進口防沖板上方區(qū)域，這與高壓加熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。（高壓加熱器運行時，來自汽輪機的抽汽，先經(jīng)過過熱蒸汽冷卻區(qū)，冷卻其過熱度，然后進入蒸汽凝結(jié)區(qū)凝結(jié)成疏水，疏水再經(jīng)過疏水冷卻區(qū)，進一步放出熱量。在這個過程中，高壓加熱器內(nèi)直接承受高溫蒸汽沖刷最外層的管排最劇烈，上級疏水口處鋼管受到疏水中汽水混合物的沖刷，管壁磨損減薄最嚴重，發(fā)生爆管概率就最高）。（3）從宏觀檢查的結(jié)果還可知，當(dāng)最外層的管排發(fā)生泄漏后，第二層管排將承受高溫蒸汽及已爆管的管內(nèi)給水沖刷，這樣的破壞力更強，沖刷致使管壁受傷變薄存下隱患，，以至投運后不久泄漏，如此循環(huán)形成連續(xù)破壞。從這次解剖的試驗中了解到，這種破壞方式具有一定的普遍性。（4）筒體內(nèi)汽液兩相流信號管管道受損。3.2設(shè)計參數(shù)方面分析高加在超越設(shè)計工況運行時，易發(fā)生管板交變變形，造成管端口泄漏，或使管板發(fā)生永久性變形。同時加熱器進汽量增多將使蒸汽流速增加，將導(dǎo)致?lián)Q熱管振動，嚴重時將使隔板處管子發(fā)生損壞，這樣會大大縮短加熱器的壽命。2#汽輪機在2000年由原先50MW增容改造為60MW，各段抽汽壓力參數(shù)較前均略有變化，為排除高加超負荷運行可能性，對比1#高加改造前后的運行參數(shù)分析見表2。表2高加改造前后的運行參數(shù)分析表設(shè)備參數(shù)管側(cè)壓力/MPa管側(cè)溫度/1殼側(cè)壓力/MPa殼側(cè)溫度/1設(shè)計值16.672152.11350最大值16.67-1.74-工作值13.731851.17322實際運行值12.9~13.9入130,出1821.29310經(jīng)過對照1#高加技術(shù)參數(shù)確認目前高加運行參數(shù)正常，只有殼側(cè)壓力略高，但仍在規(guī)定范圍之內(nèi)，運行工況符合設(shè)計要求。3.3運行角度分析3.3.1溫度變化率的影響加熱器冷態(tài)啟動或者加熱器運行工況發(fā)生變化時，由于管板與管束材料、厚度不同，水側(cè)與汽側(cè)壓力不同，以致管板與管束不同工況下膨脹或收縮也不一樣。根據(jù)制造廠家提供資料，當(dāng)總的溫度變化率》69C/h時熱沖擊不會造成損壞，但是，隨著總的溫度變化的加劇，問題也會相應(yīng)增加，而且隨著溫度變化率的升高，故障也增多。各種溫度變化率的預(yù)計循環(huán)壽命如下：上述表明，當(dāng)溫度變化率限制在＜110C/h,允許進行無限次熱循環(huán)，此時的熱沖擊處在安全范圍內(nèi)，不降低加熱器的預(yù)計壽命。但是，當(dāng)溫度變化率增加到220C/h,加熱器的預(yù)計壽命減少到300000次循環(huán)。如果熱變化率劇增到780C/h。加熱器的壽命急劇縮短為1250次循環(huán)。所以當(dāng)運行中溫度控制變化率超過規(guī)定時將使換熱管承受較大的沖擊，容易導(dǎo)致管束與管板連接焊縫（特別是修補的焊縫）或脹接處的應(yīng)力過大，發(fā)生損壞而造成泄漏。3.3.2水位變化的影響我廠高加疏水方式采用的是逐級疏水，理論分析當(dāng)加熱器水位過低或無水位運行時，將對高加的經(jīng)濟安全運行造成很大危害。這樣在機組負荷變化時高加疏水量同步發(fā)生變化，水位控制不及時則會出現(xiàn)瞬間過低，此時不僅會造成疏水端差的上升，影響加熱器經(jīng)濟性，更甚將導(dǎo)致上一級高加蒸汽通過疏水管道直接進入下級加熱器，處于疏水進口區(qū)的管束受到汽水混流沖蝕性危害，致使管子損壞。另外這還會嚴重沖刷疏水管道及其附件，并產(chǎn)生振動，尤其對疏水管彎頭損害較大。3.3.3故障情況下處理響應(yīng)能力目前運行人員對高加管束是否泄漏存有一定的習(xí)慣性經(jīng)驗判斷，一般會在高加危急疏水閥保護動作開關(guān)幾次時才會將其解列，其實高加管束泄漏類似鍋爐爆管一樣，控制不及時，其泄漏的擴大是迅速的，及早發(fā)現(xiàn)缺陷將減少更大面積的管束損壞。4高加針對性防治措施4.1優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置針對過熱段蒸汽進口處有嚴重的沖刷現(xiàn)象，在蒸汽進口對稱方向再增加兩個進口，方形進口改成鉆若干中10圓孔，以增加進口面積，減少過熱蒸汽的流速。將凝結(jié)段上級疏水進口防沖板材料更換為不銹鋼板，考慮上級疏水反濺到筒體殼體，在上級疏水進入筒體處將原有中108管口擴管為中219，使上級疏水降壓后進入筒體，以保護高加殼體。針對上級疏水口處上方筒體內(nèi)表面長度15cm的沖刷痕跡，先對此處進行補焊，拋光打磨后，在表面再鑲焊一塊不銹鋼板，以提高耐沖刷能力。針對筒體內(nèi)汽液兩相流信號管管道受損，將其更換為不銹鋼管。4.2優(yōu)化檢修工藝檢漏方法改進?，F(xiàn)采用灌水法與內(nèi)窺鏡結(jié)合的方法對泄漏管束進行檢查以確定確切泄漏位置、泄漏鋼管漏口的位置及方向，這對堵管的方案和數(shù)量提供可靠依據(jù)，便于準確分析泄漏原因。同時檢修時注意高加冷卻降溫方法，在對高加灌水前控制好局部的溫降問題。優(yōu)化堵管方案，實施安全堵管法。一般在高加檢查發(fā)現(xiàn)漏點后只對泄漏管束進行堵漏，但實際運行中在泄漏管束周圍的幾根管子可能都已受到漏點噴射出的高壓給水沖刷受傷而存在隱患(圖1中箭頭所指)，現(xiàn)針對原先只對泄漏管束封堵方法改進為對泄漏管束周圍可能已經(jīng)受傷管束同時進行封堵，防止頻繁性泄漏故障，圖列如圖1。圖1泄漏管束圖列加強管束監(jiān)督。結(jié)合大小修對高壓加熱器熱交換管進行定期檢查，尤其是最外面兩層管排，發(fā)現(xiàn)有泄漏、減薄、變形的管子及時采取措施，這樣可以有效避免管排運行中發(fā)生連續(xù)破壞。這對延長高壓加熱器的使用壽命，減少高壓加熱器泄漏尤為重要。同時由于高壓加熱器熱交換管為對稱分布，過熱蒸汽冷卻區(qū)和與之相對的區(qū)域應(yīng)作為重點監(jiān)督、檢驗的部位。4.3加強運行控制控制高加溫升率前所分析，高加溫升率直接影響到高加的使用壽命，因此在投用高加時，注意緩慢開啟高加注水門向高加水側(cè)注水，同時控制給水溫度變化率在合格范圍之內(nèi)。一般給水溫度變化是以加熱器出水溫度變化為準，當(dāng)加熱器啟、停或工況變化時，控制溫度的變化在2^/min，以保證管板和管束有足夠的時間均勻地吸熱或散熱，防止因溫度變化過大對高加熱沖擊造成的損壞。維持高加運行的正常水位運行中必須加強對汽液兩相流工作狀態(tài)監(jiān)控調(diào)整，禁止無水位運行，以減少上級疏水對高加內(nèi)部汽水沖刷。同時針對每臺高加運行工況不同，疏水管道現(xiàn)場布置不同等原因，結(jié)合實際運行工況試驗確定各臺高加最佳水位控制方法，以保證高加安全及提高運行經(jīng)濟性。提高運行人員故障判斷能力通過加強崗位人員專業(yè)培訓(xùn)來提高人員對高加內(nèi)漏的判斷能力，平