高压加热器泄漏原因分析与涡流检测的应用

郭 炜

（大唐阳城发电有限责任公司，山西 晋城 048102）

0 前言

现代大型汽轮机组通常采用回热循环的方式提高给水在锅炉内吸热过程的平均温度，用以提高机组的热经济性。而对于参数较高、容量较大的高压加热器，通常采用大旁路设计，泄漏故障往往导致数台高加整体退出运行，造成高加投入率下降，影响机组运行的经济性。高压加热器在使用过程中出现的故障中绝大多数都为管束泄漏故障，因此对高压加热器的管束进行监管和检查是非常重要的。涡流探伤技术应用于高加管束检漏是一种新兴技术的现场应用，在检测过程中对管束不会产生任何的损坏和影响。对高压加热器进管束进行涡流探伤检查，可以快速高效地检查出泄漏缺陷和隐患。结合检查结果对管束泄漏的原因进行分析，可制定相应的预防措施。

1 高压加热器管束泄漏的原因及危害

1.1 管束泄漏的原因

1.1.1 腐蚀

当给水的水中氧气溶解量超出标准的时候，就会不断地对高压加热器管束的内壁进行侵蚀，逐渐削弱管壁的厚度，同时也会腐蚀管束表面的金属，当管束表面的金属被腐蚀完后，会对表面造成不同程度的破坏，甚至出现沟槽或者凹坑。另外，用于固定和密封管束的圆钢与管束之间胀口的压力也会随之减小，这些原因都会在很大程度上造成高压加热器管束泄漏。

1.1.2 高加投退过程中操作不当

在高压加热器投入使用前，操盘人员都比较重视暖管的时间，如果暖管的时间和规程标准不符合，就会发生高压加热器吸热不均衡的状况，进而造成管束变形，甚至出现管束泄漏。另外，在高压加热器停止使用的时候，上侧疏水温度下降之后形成了较大的温差，在其停止使用以及吸热不均衡而产生管束变形之后没有及时移动到其他回路，再加上冷水侧的冷却速度较快，温差发生的巨大变化造成管束和管板的胀口泄漏。

1.1.3 高压加热器运行过程中，未对上下端差进行合理控制

高压加热器在运行过程中，操盘人员的不恰当调整以及高压加热器的水位自动控制错误又或者疏水调节装置出现问题等都可能造成高加水位的波动幅度过大，进而造成上端差和下端差出现不正常波动，超出了各自的正常范围。使管板变形量超过允许范围，管子胀口开裂导致泄漏故障。

1.1.4 负荷变化过快造成的热冲击

在对机组自身负荷进行调节的过程中，无论负荷增加或减少，操盘人员都应该严格控制负荷变化的速度。究其是主要原因，在负荷变化过程中，倘若速度过快，在很大程度上放大了给水压力变化的速度，使较快的压力变化速度和较慢的水温产生矛盾，进而造成高压加热器的冲击振动，使设备故障概率增大。

1.1.5 管束材料存在问题

在制造过程中，高压加热器的管束材料存在质量缺陷，在使用过程中会造成裂痕、蚀坑等劣化情况，甚至可能会造成管束断裂。这种情况会带来相当严重的后果，不但在很大程度上降低了高压加热器的热效率，增加了燃煤量和耗电量，长此以往，高压加热器会长期受到给水的侵蚀，进而造成高压加热器筒体超压爆炸。

1.1.6 停机保护不当

高加停役达到100 h 以上时，要采用适当的保护措施，以防止停役期间设备腐蚀。根据设备停役时间或防寒防冻需要的不同，保护措施可分为湿法保护、干法保护和充氮保护等，其中充氮保护法较为常用。

1.2 管束泄漏的危害

管束泄漏的危害有4 点。1）在高压加热器发生泄漏后，由于给水压力较大，对周边的管束造成较大的冲击力，继而出现管束泄漏危害，将泄漏的范围逐步扩大。2）在高压加热器发生泄漏危害以后，汽侧疏水以及泄漏入壳侧的给水混合，如果发生水位快速升高，就非常容易窜入抽汽管道，进而出现水冲击，导致整个机组瘫痪。3）当高压加热器管束堵塞会导致给水出口温度降低，温度下降造成主蒸汽温度下降，要想正常运行就必须要提高燃煤量来满足机组负荷的要求，进而造成炉膛内温度过高，在增加耗电量和耗煤量的同时，对节能效益的完成产生消极影响，甚至可能造成炉内管管束泄漏的危害超温损坏。为了防止锅炉炉内管道超温，就必须要降低主蒸汽、再热蒸汽参数，进而降低了汽轮机的功率，影响机组发电量。4）在发生泄漏之后，要想得到完全的处理，需要耗费大量的时间。如果系统存在缺陷，无形当中就增加了加热器的冷却时间，进而降低加热器的效能。

2 涡流探伤技术的应用

2.1 涡流探伤技术的原理

涡流探伤技术是一种无损检测技术，对被检测对象的性能不会带来任何损害和影响，是在电磁感应原理的基础上研究出的一种新型检测技术。与传统的壳侧充卤素检查法、壳侧抽真空检查法相比较，该检测方式具有检查结果准确性高、检查时间灵活等优点。涡流探伤技术的探头是由激励线圈以及测量线圈组成的，将低频率的交流电通入激励线圈中，2 次将激励线圈的能量流穿过管束井壁，并顺着管壁进行传播。利用测量线圈对激励线圈在穿过管束井壁后重返管内的磁场进行检测。利用相同灵敏度的线圈对管束内壁及外壁存在的不足以及管束井壁的厚度进行检测，在检测过程中如果出现缺陷，涡流就会发生变化，线圈的电流产生阻碍作用或者感应电压发生转变，进而将管束存在缺陷的信号反馈出来。

2.2 涡流探伤技术的应用

2017 年，在某厂600 MW 亚临界汽轮机组1 号高加检修中，首次采用远场涡流检测技术对高加管束进行检查。该高压加热器管束规格为φ15.88×2.1，管束材质为SA-556CrC2。远场涡流与常规涡流方法不同的是：远场区域的磁场主要是由激励线圈附近的电磁能量穿出管壁，然后沿管外壁扩散，最后又进入管壁内，感应到检测线圈上。这种检测方式克服了由于趋肤效应而造成导体有效电阻增加的束缚，可以广泛适用于非铁磁性性钢管和铁磁性钢管的检测。通常情况下，探头的摆动不会对检测结果产生影响，该技术可以高效地检测出管束中是否存在蚀坑、孔洞以及是否夹杂了其他杂质，是否存在裂痕等方面的不足。在对81 高压加热器5818 根管束进行的100%涡流检测中，发现了其中11 根管束存在信号幅值超标、壁厚减薄的缺陷。通过对壁厚减薄超标的管束进行了封堵处理，有效控制了81 高压加热器运行中泄漏的风险。

3 控制高压加热器泄漏的措施

3.1 控制给水溶氧量

可靠投运加药系统和除氧器系统，利用化学除氧和除氧器热力除氧，确保给水泵出口溶氧量小于10 ug/L，pH 值（25℃）控制在9.2～9.6。

3.2 高压加热器在投入使用以及停止使用过程中应该注意的问题

为了预防高压加热器在投入使用过程中产生热力冲击，应使用事故疏水系统对壳体和管道充分预暖。在使用过程中或者停止使用时，应该合理控制水温的变化，变化频率应该控制在1.1℃/min ～1.8℃/min 内。高压加热器在停止使用后，根据压力的等级从高到低逐级关闭，在投入使用时则相反。

3.3 确保高压加热器上、下端差处于最佳范围

在运行中，要着重对上下端差进行实时监控，如果出现了由于疏水位过低而造成上下端差加大的状况时，应该及时上报相关人员对其进行检查，同时调整水位，确保上下端差处于标准的范围当中。应该注意的是，如果高加器在运行过程中出现不凝结气体聚集的状况，就会对高压加热器的传热成效产生不良影响，造成上下端差迅速增加，这时需要对高压加热器中连续排空阀的开启程度进行调整，防止不凝结气体在加热器中聚集起来。

3.4 确保高压加热器运行的稳定性

机组负荷在变化过程中，应控制变化频率在0～3 MW/min内，汽压的变化频率控制在0～0.05 MPa/min，同时将温度变化频率控制在57 ℃/h，并且确保温度控制在0.5 ℃/min ～1 ℃/min。在机组出现紧急关闭的时候，应该马上截断抽汽管道和水侧，同时检查抽汽逆止阀门以及电动门是否关闭，避免由于蒸汽的不断涌入而对已经不再流动的给水进行加热，进而造成管束变形。截断给水就是为了防止抽汽消失后，管板的快速冷却而造成管束的焊接处受到变温应力的影响发生变形。

3.5 加强设备制造监造管理

由于高加壳体往往采用焊接连接，在电厂现场检修较为困难，因此加强在生产厂家的监造管理十分必要。应着力监督生产厂家使用合格管材，并对管板与管子的焊接质量进行探伤检查，确保质量可靠。在管口配置合适的防冲刷套管，并在每次检修时进行检查，提高设备可靠性。

3.6 设备停运充氮保护

用氮填充设备或有关组部件的前提是，这些设备或部件必须是完全干燥的，同时系统隔离严密。因此设备充氮后应定时监测压力仪表并及时补充氮气，如果下降过快，需要查明气压下降原因。

4 结语

高压加热器发生泄漏的原因有很多，不仅受到设计及制造质量的影响，在运行过程中温度变化，也会造成变温应力，进而影响高压加热器的正常运行。因此，在投入使用前应该利用涡流探伤技术对高压加热器本身存在的缺陷进行检查，从根源上杜绝泄漏事故的发生，除此之外，该文根据高压加热器运行过程中固有的特点采取相应的预防措施，规避泄漏事故的发生，在运行过程中发生泄漏后及时分析原因，同时采用与之相对应的处理办法，防止泄漏范围的扩大，进而确保高压加热器安全、稳定运行。