发电厂加热器泄漏原因分析及措施

王林茂 闫发录

一、加热器泄漏原因分析

U型管加热器内部管系泄漏主要分为管子本身泄漏和端口泄漏(管子与管板胀接、焊接处泄漏):

1.管子端口泄漏原因有:

①热应力过大。加热器在启停过程中温升率、温降率超过规定,使高加的管子和管板受到较大的热应力,使管子和管板相联接的焊缝或胀接处发生损坏,引起端口泄漏:调峰时负荷变化速度太快以及主机或加热器故障而骤然停运加热器时,如果汽侧停止供汽过快,或汽侧停止供汽后,水侧仍继续进入给水,因管子管壁薄,收缩快,管板厚,收缩慢,常导致管子与管板的焊缝或胀接处损坏。这就是规定的温降率允许值只有1.7℃~2.0℃/min,比温升率允许值2℃~5℃/min要严格的原因。

②管板变形。管子与管板相连,管板变形会使管子的端口发生泄漏。高加管板水侧压力高、温度低,汽侧则压力低、温度高,尤其有内置式疏水冷却段者,温差更大。如果管板的厚度不够,则管板会有一定的变形。管板中心会向压力低、温度高的汽侧鼓凸。在水侧,管板发生中心凹陷。在主机负荷变化时,高加汽侧压力和温度相应变化。尤其在调峰幅度大,调峰速度过快或负荷突变时,在使用定速给水泵的条件下,水侧压力也会发生较大的变化,甚至可能超过高加给水的额定压力:这些变化会使管板发生变形导致管子端口泄漏或管板发生永久变形。如果高加的进汽门内漏,则在主机运行中停运高加后,会使高加水侧被加热而定容升压,如水侧无安全阀或安全阀失灵,压力可能升得很高,也会使管板变形。

③堵管工艺不当。一般常用锥形塞焊接堵管。打入锥形塞时用力要适度;捶击力量太大,引起管孔变形,影响邻近管子与管板连接处,会造成损坏而使之出现新的泄漏。

④制造质量不良。高加的管板材质是合金钢,高加的管子材质是低碳钢,焊接前需要在管板上堆焊一层低碳钢;往往由于堆焊技术不过关,以致留有焊接缺陷。

2.管子本身泄漏原因:

①冲刷侵蚀。一种原因是当蒸汽的流动速度较高且汽流中含有大直径的水滴时,管子外壁受汽、水两相流冲刷,变薄,发生穿孔或受给水压力而鼓破。另一种原因是受到蒸汽或疏水的直接冲击。因防冲板材料和固定方式不合理。在运行中破碎或脱落,失去防冲刷保护作用;防冲板面积不够大,水滴随高速气流运动,撞击防冲板以外的管束;壳体与管束间的距离太小,使入口处的汽流速度很高。

②管子振动。给水温度过低或机组超负荷等情况下,通过加热器管子间蒸汽流量和流速超过设计值较多时,具有一定弹性的管束在壳侧流体扰动力的作用下会产生振动,当激振力的频率与管束自然振动频率或其倍数相吻合时,将引起管束共振,使振幅大大的增加,导致管子与管板的连接处受到反复作用力造成管束损坏。

③管子给水入口端的侵蚀。入口管端的侵蚀损坏只发生在碳钢加热器中,是一种侵蚀和腐蚀共同作用的损坏过程:其机理是管壁金属在表面形成的氧化膜被高紊流度的给水破坏并带走,金属材料不断损失。最终导致管子的破损。有时损坏面可以扩大到管端焊缝甚至管板:给水pH值低(小于9.6)、含氧量高(大于7μg/L)、温度低(小于260℃)、紊流度大的情况下,容易发生侵蚀。

④腐蚀。当低压加热器的管材为铜,低加铜管常因泄漏严重而被迫更换。pH值8.5~8.8时,铜的腐蚀率最低,而碳钢要求pH值不小于9.5。锅炉给水pH值过高,导致了铜管的腐蚀。

⑤超压爆管。引起高加水侧压力过高的因素有:一是对配用定速驱动给水泵的系统,如果只根据正常运行时的给水压力来确定加热器水侧的设计压力,那么启动过程中或低负荷运行时,由于锅炉给水调节门开度较小,给水流量减小,给水泵出口压力增大,可能使管束承受超过设计值的给水压力而发生爆管。运行中负荷突降或紧急停炉,熄火后常常发生这种情况。二是在机组运行中高加因故停用时,如果给水进出口阀门关闭严密,而进汽阀有泄漏时,被封闭在加热器管侧的给水受到漏入蒸汽的加热,会使管束的给水压力大幅度上升。高加水侧压力过高,水侧又未安装安全门时,过高的压力会使管子鼓胀而变粗开裂。

⑥材质、工艺不良。管子材质不良,管壁厚薄不均,组装前管子有缺陷,胀口处过胀,管子外侧有拉损伤痕等,在加热器遇到异常工况时,会导致管子大量损坏。换热U型管子管壁过薄,是结构上造成泄漏的根本原因。

二、措施

1.泄漏发生以后的处理措施。机组停运时,应检查高加是否泄漏,并想办法消除。对于端口泄漏,应刮去原有焊缝金属再进行补焊,并进行适当的热处理,消除热应力:对于管子本身泄漏,应先查清管束泄漏的形式及位置,并选用合适的堵管工艺,堵塞管子的两个端口。无论采用何种堵管工艺,为保证堵管的质量,被堵管的端头部位一定要经过良好处理,使管板、管孔圆整、清洁,与堵头有良好的接触面。在管子与管板连接处有裂纹或冲蚀的情况下,一定要去除端部原管子材料及焊缝金属,使堵头与管板紧密接触。

2.预防措施:

①端口泄漏预防措施。加热器制造上应有足够厚度的管板,有良好的管孔加工、堆焊、管子胀接、焊接工艺外,运行上要使加热器在启停时的温升率、温降率不超过规定,水侧要有安全阀防止超压,检修上要有正确的堵管工艺。

②管子本身泄漏预防措施:

a.冲刷侵蚀预防措施。限制壳侧蒸汽或疏水的流速及防止疏冷段内闪蒸;蒸汽冷却段出口蒸汽要有足够的剩余过热度;防冲板的固定要牢固,面积足够,材质要好;保持壳侧水位正常,禁止低水位或无水位运行。

b.管子振动预防措施。在高加汽侧安装汽侧安全门;限制壳侧蒸汽或疏水的流速;管子间距要足够大,这一方面降低了壳侧流速,另一方面减小了管子互相碰撞摩擦损坏的可能性:限制管束自由段长度(即跨度)。

c.管子给水入口端的侵蚀预防措施。限制给水流速,停用一列加热器或加热器堵管数量较多时,都会使管内流速明显增大。这时应让一部分给水经旁路进入锅炉或降低机组负荷;控制给水含氧量小于7μg/L,控制给水pH值在9.2~9.6。

d.腐蚀预防措施。材料选择时,使机组变成为无铜系统,这对整个机组的防腐和汽水晶质控制都有利;要有完善的放空气系统,在管道连接上一般建议不采用逐级串联的方式,以防不凝结气体在压力较低的加热器中积聚;保证放空气系统的正常工作,在启动时,水侧、汽侧应排净空气,给水水质要合格;出厂时要有良好的防腐措施,防止贮运过程中的腐蚀,对碳钢管加热器,通常对汽侧和水侧均采取充氮防腐的办法;加热器停用时,通常根据停用时间的长短,分别采用充水、充汽或充氮的防腐措施,在水侧适当调节除氧水的pH值,以起保护作用。

e.超压爆管预防措施。水侧应装设安全阀。

f.材质、工艺不良引起管子泄漏的预防措施。管壁至少应在2.0mm以上以提高抗冲刷能力。组装前要对每根管子探伤、水压试验等检验;U型管应热处理、无直观缺陷;管板管孔应保持一定的粗糙度、公差和同心度,管孔倒角或倒圆应光滑无毛刺。

g.预防性堵管。进行预防性堵管。建议在堵一部分管的同时在管板上开一定大小的旁路孔.以降低给水流速,减轻腐蚀,此方法在国内外多家电厂采用过,证明可以适当延长加热器寿命,减少泄漏次数。□ (编辑/刘佳)