300?MW汽轮发电机组高压加热器故障原因分析探讨

张凯波

摘 要：某厂1号机组给水系统串联布置了3台由东方锅炉厂制造的JG-950型卧式加热器，近几年多次发生3号高加泄露事故。高加的作用是利用汽轮机的抽汽来加热锅炉给水，该设备性能的优劣直接影响着发电厂热效率。该文对此类缺陷进行分析、总结，以方便同型机组及时消除、避免类似缺陷的发生。

关键词：高加 管束泄露 堵管 改进措施

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（b）-0087-03

某厂呼热1号机组给水系统串联布置了3台由东方锅炉厂制造的JG-950型卧式加热器。高压加热器由水室、管束和外壳组成，管子同外管板采用胀接和焊接并采用高加大旁路系统。該机组投产至今，共发生7次高加管束泄露导致高加解列的事故，影响机组安全经济运行。

1 设备原理与构成

高加的作用是利用汽轮机的抽汽来加热锅炉给水，保证给水达到所要求的温度，从而提高电厂热效率和保证机组出力。给水回热加热的意义在于采用给水回热以后，减少了进入凝汽器的排汽量，降低了汽轮机冷源损失；另一方面，使工质在锅炉内的平均吸热温度提高，提高了锅炉给水温度，提高汽轮机循环的热效率。

为提高回热系统热经济性，某厂3号高加内设有过热蒸汽冷段、凝结段、疏水冷却段。过热蒸汽冷却段布置在给水出口流程侧，它利用具有一定过热度的加热蒸汽进一步加热较高温度的给水，给水吸收了蒸汽过热部分的热量，其温度可接近或等于、甚至超过加热蒸汽压力下的饱和温度（传热端差可降为负值）。凝结段是利用蒸汽凝结时放出的热量加热给水的。进入该段的蒸汽，根据流体冷却原理、自动平衡，直到由饱和蒸汽冷凝为饱和的凝结水（疏水），并汇集到加热器尾部或底部，然后流向疏水冷却段。

疏水冷却段是把离开凝结段的疏水热量传给进入加热器的给水，从而使疏水温度降到饱和温度以下，疏水冷却段位于给水进口流程侧，并由包壳密闭。疏水温度降低后，当流向下一级压力较低的加热器时，削弱了管内发生汽化的趋势。管板和吸入口（疏水冷却段进口）保持一定的疏水水位，使该段密封。管板的作用是防止凝结段的蒸汽进入疏水冷却段。疏水进入该段后，在一组隔板的引导下弯曲流动，然后从疏出口流出，见图1。

2 高加泄露的主要现象及危害

2.1 高加泄露的主要现象

在高加投运中判断管子是否泄漏，主要看疏水水位、疏水调节阀开度。如果疏水阀开度比该负荷条件下的通常开启度大，并且负荷是稳定的，这就要加强监视。如果疏水水位持续上升，疏水调节阀开到最大仍不能维持正常水位，说明高加管子已泄漏。其主要现象如下。

（1）相同负荷下，给水温度下降。

（2）相同负荷下，给水泵流量异常升高。

（3）相同负荷下，高加正常疏水调门开度较往常增大才能维持水位稳定。

（4）相同负荷下，在上一级高加正常疏水调门开度无变化的情况下，本级高加水位异常升高。

（5）满负荷情况下，高加泄露可能导致汽包水位出现波动。

（6）泄露较大的情况下，可能高加上端差较往常大，下端差较往常小。

（7）就地检查设备，声音异常，有漏流声。

2.2 高加泄露的危害

高加管束泄露往往导致高加解列，其危害表现在3个方面。

首先造成汽轮机转子轴向推力增大，高加解列后，回热系统内的抽汽量大大减少，这部分抽汽将继续留在汽缸内部继续做功，引起机组胀差变化，威胁机组安全运行。其次造成锅炉安全、经济性能降低，高加解列后，给水只能通过大旁路进入锅炉，由于给水温度的降低，导致给水在锅炉内部吸热量增加，燃料消耗加大，机组带相同负荷的情况下，锅炉出力无形中增大，一般情况下，为防止锅炉过热会限负荷运行。最后，在高加管束大量泄露、水位急剧上涨且的情况下，若发生抽汽逆止门不严密、卡涩动作不及时，高加汽侧的水就会顺抽汽管道进入汽轮机，发生汽轮机水击事故。如果高加事故疏水门疏水量不够或卡涩不能联开，其导致的后果不堪设想。

3 高加泄漏的原因

（1）高加管束材质、工艺不良，管子的规格、钢号选用不当，其化学成分、机械性能等指标无法满足现场高温高压的实际生产需求均可能导致高加管束泄露。另外，管壁厚度不均匀也会使管壁冲刷加速。

（2）高加运行工况恶劣，尤以3号高加最为显著，长时间在恶劣工况下运行导致高加泄露几率升高。某厂多次发生3号高加泄露事故，由其技术参数可见（表1），3号高加的运行条件最为恶劣。3号高加汽侧进汽温度最高，而给水温度却又最低，温差最大；另外，给水系统水侧压力各高加相同，3号高加汽侧压力最低，高加管束的内外压差最大。

（3）机组运行过程中，高加投停不当引起的振动、热冲击导致管束泄露。高加管束跨距大，管子细，在运行过程中，壳侧、管侧流体往往会产生较大的扰动力，管束产生受迫振动，当激振频率落入管束自振频率区域内，会引起管束振动变大，造成管束损坏。另外，高加投运前暖管不充分、温升率控制不当等都会造成端板与管束之间产生胀差，热冲击使得管束产生巨大的热应力，严重时发生变形、撕裂。

（4）机组负荷波动，导致抽汽过热度降低，此时蒸汽中往往含有一定水分，由于过热蒸汽冷却段内汽流速度较高，极易导致管束受到冲刷侵蚀。

4 高加泄露的处理

高加系统安全隔离后，确认系统消压，打开高加人孔门开展相关查漏、堵漏工作。在水侧排空口送入一根60 mm的通风软管，将现场的压缩空气送入高加管束内部，送气量由小及大，加快内部通风、降温，达到允许作业温度。

高压加热器查漏的最可靠方法是做气密试验。对U型管管板式高压加热器，先开启水、汽两侧的排空、放水阀，加热器内压力降至零，再缓开人孔，并排除水室内剩水，拆除螺栓连接着的分程隔板，清理管板表面。封闭壳体上所有接口，然后往壳体内充气，按规程要求充气升压。检查人员进入水室内可在管板表面涂肥皂液，如果管内有气体或水冲出，表明该管子损坏。

对管口焊缝缺陷，可用尖头凿子铲去缺陷部位，把管口清理干净并使之干燥，然后对焊缝铲除部分用镍基合金焊条进行补焊。管子破裂缺陷不能用补焊手段来消除，只能用堵管的方法解决。可用低碳钢车制成锥形堵头，堵头小头直径为d-0.1，大头直径为d+0.1（d为管子内径），把堵头打入破裂管的两头，然后与管端焊接牢固。

对于换热管的爆管和泄露必须检测准确，堵管工艺、方法极为重要，堵管操作切不可随意进行。以某厂呼热1号机为例，2011年7月22日，3号高加水位突然升高，高加解列，就地水位计显示高水位，判断为高加管束泄露，系统隔绝后打开水侧人孔发现高加有3个管束爆管泄露，后堵9根管束。2011年08月31日，该机组3号高加正常疏水旁路门打开5圈的情况下，正常疏水调门开到100%，有时还要开启事故疏水调门，在高加查漏试验后，证明3号高加泄漏。此次解体3号高加发现在原堵漏处旁边有两处漏点，经打磨后发现漏点面积扩大，此次堵管12根。2011年12月21日，该机组3号高加再次发生管束泄露事故，解体发现在原堵漏处旁边又有两处漏点，此次堵管两根，影响机组安全稳定运行。

可见对泄露管束进行预防性堵管是非常必要的，即人们常说的“梅花堵”，即在损坏管束周围一圈进行预防性堵管，避免造成高加的持续性泄露，另外堵管必须对称堵管，即分程隔板上部和下部对称。当堵管数超过全部管数的10%时，既增大了给水的压力损失和对管系的冲刷程度，又加快了给水流速，应重新更换管束。

5 预防高加泄漏措施

（1）正常情况下必须做到高加随机启停。

（2）当发现高加管束泄漏时，应尽早停运查漏，避免相邻的管子冲刷、破坏，导致事故扩大。

（3）加强对高加运行状态的分析监督，建立高加运行监督分析台账。

（4）高加管束泄露后，对靠近泄漏管子的一层管子进行预防性堵管，防止泄漏管子外围钢管因冲刷减薄而留下潜在泄漏隐患。

（5）加强设备劣化分析与检修工作管理，每次检修对泄漏管束区进行检测、标定，检查有无劣化趋势并建立高加堵管設备台账。

（6）停机检修过程中，化学监督人员应检查管束的腐蚀、结垢情况，为设备管理、运行提供理论依据。

（7）停机检修过程中，对高加进水三通阀进行检修，便于解列高加。

参考文献

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