火力发电厂高压加热器泄漏原因分析与对策.pdf

第10卷 2008年第3期电 力安全技 术 〔摘要〕针对火力发电厂高压加热器时常发生泄漏的情况，从高压加热器 U形管端口与管板的连接 处和管子自身 2个方面分析了泄漏的原因，并分别提出了相应的预防对策，以确保火力发电厂的安全经济 运行。 〔关键词〕高压加热器；泄漏；原因；对策 高压加热器是火力发电厂的重要辅机设备， 运 行中常因各种原因发生泄漏故障。据统计，表面式 加热器泄漏故障率仅次于锅炉 “四管” ， 占发电厂热 力设备故障的 30 。高压加热器简称高加 故障停 运后会使发电煤耗提高 7 g/ kW . h，故障泄漏严重 时可能引发给水沿抽汽管灌进汽轮机的恶性事故。 1高加泄漏原因分析 高加U形管系泄漏原因主要为管子端口与管板 胀接、焊接处泄漏和管子本身泄漏。 1. 1管口与管板胀接、焊接处泄漏原因 1. 1. 1热应力过大 高加在启停过程中温升率、温降率超过规定， 使高加管子和管板受到较大的热应力， 造成管口和 管板相联接的胀接、焊接处损坏，引起端口泄漏。 调峰时负荷变化速度太快以及主机或高加故障骤然 停运高加时， 如果汽侧解列过快或汽侧解列后水侧 仍继续运行，温降率大于 1. 7～2. 0 ℃/ m i n，管口 与管板的胀接、焊缝处常因冷缩过快而损坏。 1. 1. 2管板变形 U形管口由管板固定，管板变形使管子的端口 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，内置式疏水冷却高加管板水汽两 侧的温差更大。如果管板的厚度不够，在热应力的 作用下， 水侧会发生中心凹陷， 汽测会发生鼓凸。 当 主机负荷变化时，高加汽测压力和温度会相应变 化，尤其当调峰幅度较大、调峰速度过快或负荷突 然变大时，在给水泵定速运行的情况下，给水压力 也会发生较大的变化， 甚至可能超过高加水侧的额 定压力。这些变化会使管板发生变形，甚至永久变 形，并导致管子端口泄漏。当主机在运行中停运高 加时，如果高加进汽门内漏，会使高加水侧被加热 吕林芝 （莱芜发电厂，山东 莱芜271100） 火 力 发 电 厂 高 压 加 热 器 泄 漏 原 因 分 析 与 对 策 而定容升压， 在水侧无安全阀或安全阀失灵的情况 下，压力可能升得很高，也会使管板变形，导致管 子端口泄漏。 1. 1. 3漏管焊堵工艺不当 高加 U 型管泄漏后，一般采用锥形塞焊接封 堵。如果打入锥形塞时捶击力太大，会引起管孔变 形，从而影响邻近管子与管板的联接处，使之出现 新的泄漏。焊接过程中，如果预热、焊接位置及尺 寸不合适，会造成邻近管口与管板连接处的损坏。 采用其他堵管方法，如胀管堵管、爆炸堵管等，如 果工艺不当，也会引起邻近管口的泄漏。 1. 1. 4制造质量不良 高加的管板材质是合金钢，U型管材质是低碳 钢， 按制造工艺标准， 应在管板上焊一层低碳钢， 但 往往因焊接技术不过关，常留有焊接缺陷，存在管 子泄漏的可能。 1. 2管子本身泄漏原因 1. 2. 1冲刷侵蚀 1 管子外壁受抽汽时汽水两相流的冲刷而变 薄，直至发生穿孔或受给水压力作用而鼓破，高加 管壁受到汽水两相流冲刷的主要原因有① 过热 蒸汽在高加冷却段及其出口的过热度达不到设计要 求；② 高加的疏水水位保持过低， 甚至无水位；③ 疏水温度远高于设计值， 当抽汽压力突然降低时发 生疏水定压扩容， 产生的汽水混合物进入下一级高 加，使其管壁受到冲刷。 2 管壁受到蒸汽或疏水的直接冲击。 主要原 因是① 防冲板材料和固定方式不合理， 在运行中 破碎或脱落， 失去保护管壁的作用； ② 防冲刷板面 积不够大，水滴随高速汽流运动，冲击防冲板防护 区域以外的管束；③ 壳体与管束间的距离太小， 造 成入口处的汽流速度太快；④ 当高加某根管子发 Anquanshengchan 安 全 生 产 7 第10 卷 2008年第 3期电 力安全技 术 8 生泄漏时，高压给水从泄漏处以极大的速度冲出， 将邻近管子或隔板冲刷破坏。 1. 2. 2管子振动 当给水温度过低或机组超负荷时， 通过高加管 束间的蒸汽流量和流速均超过设计值较大， 而且有 一定弹性的管束在汽流扰动力的作用下会产生振 动。 当扰动力的频率与管束固有振动频率的倍数相 吻合时，将引起管束共振，使振幅大大增加，导致 管子与管板的连接处受到反复作用力， 最终造成管 束损坏。 管束振动损坏的原因有 1 振动使管子或管 子与管板连接处的应力超过材料的疲劳极限， 使管 子疲劳断裂； （2 振动的管子在支撑隔板的管孔中 与隔板发生摩擦， 使管壁变薄， 最后导致破裂； （3 当振动幅度较大时， 在支撑隔板跨距中间位置的相 邻管子会相互摩擦，使管子磨损或疲劳断裂。 1. 2. 3管子入口端给水侵蚀 管子入口端给水侵蚀损坏只发生在碳钢管束 上，它是一种侵蚀和腐蚀共同作用的损坏过程。其 机理是管内壁表面形成的氧化膜被高紊流度的给水 破坏，造成金属材料不断损失，最终导致管子的破 损。当给水 pH值低于 9. 6、含氧量高于7 μ g/ L、 给水温度低于 260 ℃、紊流度大的情况下，最容易 发生侵蚀。损坏面可扩大至管端焊缝甚至管板。 1. 2. 4腐蚀 高加管束腐蚀的原因有 1 给水含氧量和pH 值超标。 当给水中的含氧量过高或pH值过低时， 会 使高加管子的内壁受到腐蚀。 当汽侧有空气存在时 例如高加在运行中放空气管未投运或工作不正常使 空气排放不完全， 或停运时汽侧疏水未排净 ， 会引 起管束外壁的氧腐蚀。（2 低加铜管发生腐蚀后的 铜沉积会引起点腐蚀，形成点蚀坑 。 （3 蒸汽温度 影响碳钢表面Fe3O 4 氧化膜的形成。一般认为，蒸 汽在260℃以上时， Fe3O 4氧化膜容易破坏，管材易 发生腐蚀。 1. 2. 5超压爆管 引起高加水侧压力过高的原因有 1 配用定 速给水泵的系统， 如果只根据正常运行时的给水压 力来确定高加水侧的设计压力， 那么在启动过程中 或低负荷运行时，由于锅炉给水调节门开度较小， 给水流量减少，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。 （ 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 水侧的给水受到漏入蒸汽的加热， 会使管束的水压 力大幅度上升， 导致爆管。（3 高加水侧压力过高， 又未安装安全门时， 过高的压力会使管子鼓胀而变 粗开裂。 1. 2. 6材质、工艺不良 高加管子存在材质不良、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 等情况时， 一旦遇到异常工况， 管子就会大量损坏。 高加 U形管子管壁过薄，是结构上造成泄漏的根本 原因。 2对策 2. 1运行中发生泄漏的处理 高加在运行中发生泄漏时， 无论送至锅炉的给 水压力、流量降低较快或较慢，漏点处都会受到一 定程度的冲刷，致使泄漏不断扩大。严重时甚至危 及机组安全运行。因此，在发现高加泄漏时要立即 停运，减轻冲刷损坏程度，并解体检漏。 若端口焊接处泄漏， 应刮去原有焊接金属再进 行补焊，并进行适当的热处理，消除热应力；在管 子与管板连接处有裂纹或冲蚀的情况下， 一定要去 除端部焊接金属，使管板孔与管口外壁紧密接触。 若管束泄漏，应分析泄漏原因，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， 堵管端口部位都一定要经过良好处理，使管口圆 整、清洁，与堵头有良好的接触面。 2. 2预防措施 2. 2. 1机组启动时检漏预防 机组每次启动时，可利用锅炉强迫上水的机 会，将高加汽侧水位放至 0，关闭高加汽水两侧疏 水门、 放水门及与低加联络的疏水门， 启动凝结水、 给水系统， 密切注视高加汽水位变化， 若水位上涨， 立即停运，解体检漏处理。 2. 2. 2端口泄漏预防 制造时应保证高加管板有足够的厚度， 采用良 好的管孔加工、堆焊、管子胀接焊工艺。检修时要 有正确的堵管工艺，水侧要安装安全阀以防止超 压。运行中要使高加在启停时的温升率、温降率不 超过规程规定。 2. 2. 3管束泄漏预防 1 冲刷侵蚀预防。 限制汽侧蒸汽或疏水的流 速，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，面积要 Anquanshengchan 安 全 生 产 2 第10卷 2008年第3期电 力安全技 术 〔摘要〕在对国产 600 M W超临界汽轮机的启动基本原理介绍的基础上，对机组实际启动过程中曾 经出现的 2次转速异常升高现象的原因和危害进行了分析，提出相应的解决和改进措施，以提高机组运行 的安全性。 〔关键词〕汽轮机；高中压缸联合启动；转速；控制；异常 国电常州发电有限公司安装的 600 M W超临界 汽轮机为上海汽轮机有限公司与西屋公司联合制造 的N600- 24. 2/ 566/ 566 型超临界压力、一次中间 再热、单轴、三缸、四排汽、双背压、纯凝汽、反 动式汽轮机。机组配置高低压两级串联旁路，高压 旁路容量为 30 BM CR 锅炉最大连续蒸发量 ，低 压旁路容量为 220 BM CR，汽轮机控制系统为 上汽厂配套的数字式电液调节系统 D EH 。 1机组启动原理 机组正常启动时采用高中压进汽量可分别控制 的高中压缸联合启动方式 流量分配比例 K一般为 1，并采用双回路系统，即高压缸高压排汽通 风阀凝汽器回路和中、低压缸凝汽器回 路。 在启动过程中， 高压排汽通风阀处在开启状态， 高压排汽逆止门关闭， 保证高压缸排汽处在低压状 顾朋喜 （国电常州发电有限公司，江苏 常州213033） 600M W超 临 界 汽 轮 机 启 动 中 转 速 异 常 分 析 及 对 策 态，避免高压缸排汽端过热。汽轮机旁路系统原理 如图 1所示。 图 1汽轮机旁路系统原理 汽轮机冲转时，先由中压调门I CV控制汽轮 机转速，高压主汽门 M SV 处于关闭、高压调门 G V处于全开状态。当汽轮机转速升至600 r/ m i n 足够，材质要好；保持汽侧水位正常，禁止低水位 或无水位运行。 2 管子振动预防。 在高加汽侧安装汽侧安全 门；限制汽侧蒸汽或疏水的流速；管束间距要足够 大，这一方面可降低汽侧流速，另一方面也可减少 管子互相碰撞摩擦损坏的可能性。 3 管子给水入口端的侵蚀预防。 限制给水流 速，当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7 μg/ L，控制给水pH值在9. 2～9. 6 之间。 4 腐蚀预防。选择材料时，要使机组成为无 铜系统；要有完善的放空气系统，在管道连接上一 般不要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累；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 均采取冲氮防腐的办法；加热器停用时，通常根据 停用时间的长短，分别采用冲水、冲气或冲氮的防 腐措施，在水侧适当调节除氧水的 pH值，以起保 护作用。 5 超压爆管预防。 水侧应安装安全阀。 6 制造材质、 工艺不良引起管子泄漏的预防。 加强监造，确保管壁厚度至少在 2. 0 m m以上，以 提高抗冲刷能力；组装前要对每根管子进行探伤、 水压试验等检验；U型管应热处理、无直观缺陷； 管板孔精度、公差和同心度应符合技术要求，管孔 倒角或倒圆应光滑无毛刺。 收稿日期5；修回日期5 Anquanshengchan 安 全 生 产 9 2007- 0 - 212007- 10- 2