电厂高加维修技术方案

1、电厂高加维修技术方案要点一 .概述1.火力发电厂的高压给水加热器（以下简称“高加”）是利用汽轮机的抽汽加热锅炉给水的换热装置。电厂配置了给水加热系统以后，可以提高电厂热效率10-12%（高的可达15%左右）节省燃料，并有利于机组安全运行。高加的运行就是利用汽轮机已做部分功的蒸汽来加热锅炉给水。汽轮机在高压缸中间的抽气用作3#和2# 高加设备进汽，在中压缸抽汽可提供1#高加进汽。给水通过蒸汽以及饱和水的加热后，在进入锅炉气包之前已加热到较高的温度，可减少燃煤的加热过程，使锅炉热效率提高。如果高加发生故障而停运，届时给水就改道旁路管道而进入锅炉，没有经过高加加热的水在锅炉中吸收热量增加，因此降低了

2、锅炉的蒸汽蒸发量，造成过热器中的蒸汽过热度提高，有可能造成过热器被损坏；高加停运，汽轮机的膨胀差增大，威胁汽轮机的安全。因此，高加停运可能使电厂发电负荷降低10-15%并且给汽轮机的安全运行造成损害。2.高加简介 高加由水室、管系、壳程筒体等结构组成，通常设计为二段式与三段式两种。一般在小型机组设计成二段式，而大中型高加在结构上允许时，都装设“疏冷段”即按三段式设计。因此，目前的高加结构设计都采用过热段、冷凝段、疏冷段三段结构设计。本案的设计选用三段结构设计。3.高加的结构简介3.1水室的结构：水室有水室筒体、封头、进出水接管、倒拔伍德式密封人孔等组成。3.1.1水室筒体：近年来，高加水室一般

3、采用两种结构形式，一种是直管段式，另一种是半球形式。直管段式直管下部与管板焊接、上部与密封组件焊接，水室空间较大，进出方便，有利于人员维修。一般直管段材料采用20MnMo锻件；半球形水室与管板直接焊接。由于直径超过1200mm的半球形封头已能容纳维修人员在水室内进行检修，而且半球形封头受力好，可减薄钢板厚度或将富余的金属用于开孔补强，同时又能省去圆筒形的短节。一般半球形封头的材料选用Q345R。3.1.2人孔目前人孔的设计结构目前有两种结构。3.1.2.1内压自紧式密封结构：国内外采用此结构的人孔设计结构形式较广泛，一般采用300×400mm椭圆形人孔配上专用工装，可将椭圆人孔盖拿出

4、来以便可更换密封垫。该结构充分利用了内压的自紧力，使预紧的螺栓直径大大减小，一般采用4个M48×4的螺栓即可。在内压超过预紧力时，可利用内压来压紧垫片，内压越高密封的轴向力越大，密封效果越好。3.1.2.2改进伍德式自紧密封结构：这种结构顶盖斜面的分力压紧密封垫。它需要螺栓（如8个M30×3.5或1个M64×4的牵制螺栓进行倒吊牵制达到预紧密封，利用内压力来推动顶盖达到运行工况的密封。当检修时，顶盖可以取出，增大了检修空间。以上两种自紧式密封，使水室的人孔结构简洁，轻巧。较之于平垫或双锥密封的大螺栓连接，结构上要简便许多，节省了大量金属，拆卸顶盖、检修亦方便；占用

5、设备空间要小得多，密封也非常可靠。因此，以上两种自紧式密封结构，已在高加设备设计上占据了绝对的主导地位。采用直管段水室和改进伍德式自紧密封结构，虽然造价交半球形封头高，但检修空间更大。因此，本案设计选用改进伍德式自紧密封结构。3.1.3分程隔板： 分程隔板的盖板一般采用不锈钢，以提高其高温防冲刷磨损的能力及提高热强性。若分程隔板不能密封，势必造成给水未经加热就旁路出口，降低了出水温度同时亦降低了电厂效率。与封头相焊的隔板框架可采用碳钢，一般采用d16mm厚的钢板。3.2管系：管系由管板、换热管、过热段、冷凝段及疏冷段、空气抽出管、折流板等组成。3.2.1管板结构：管板是高加设备中最重要的的零件

6、之一，一般为20MnMo大型碗状锻件，成本较高。3.2.2换热管结构：高加换热管一般采用GB5310-2008优质碳素钢（如20G）或ASME SA-556MC2高压无缝钢管。本案设计结构采用&16×2.5的SA-556MC2冷拔无缝钢管。一般钢管制造厂均可按不同的弯管半径，弯好后供货并且可根据弯曲半径的大小进行弯管段局部消除应力热处理。例如：江苏一公司的国产化高加换热管，它的产品质量已经达到德国或日本的钢管质量水平，因此它已可替代进口管。高加换热管是高加进行传热的重要界面，由于不断受到高温、高压水的冲刷（管内给水流速一般达2m/s）。特别是管板上表面至管内距离为100125

7、mm深度处，给水对管子的冲蚀尤为严重。因此，本案在管口端加设防冲套管，以提高换热管的使用寿命。管子与管板的连接采用预胀、焊接、液压贴胀胀接以减小口部胀接应力。对管子的壁厚公差需相应提出要求，严格按照GB151-1999管壳式换热器的要求进行。一般情况假如负偏差超标，容易造成液压胀管器胀杆前后的O形橡胶圈在升压时由于间隙过大而压力上不去，造成设计的胀度达不到要求；若正偏差超标则会造成胀杆插不进换热管或插入困难。3.2.3过热段、冷凝段、疏冷段3.2.3.1过热段 ： 高温抽气进入过热段包壳内。经过隔板造成蒸汽多道折流后，使过热的蒸汽冷却至高于饱和温度25-30（通常取T2=TS+25）时，出口至

8、冷凝段。在高温蒸汽入口冲击部位应设有不锈钢防冲挡板，蒸汽返回向上流动进入包壳上部半圆形族孔结构，蒸汽气流得到分散以直接冲击换热管。过热段出口高于饱和温度25的蒸汽是为了保持管子壁面的干燥，如果低于饱和温度时会凝结水，在高速的蒸汽带水的冲击下会引起严重冲刷磨损腐蚀。因此需要控制进入冷凝段蒸汽的过热度。过热段内蒸汽的传热系数低，约为冷凝段的28%左右，过热段内蒸汽流速一般不超过25m/s。因此设置过热段结构是为了改善热交换。3.2.3.2冷凝段：对于立式式筒体，在水位线以上均为蒸汽。蒸汽与换热管外壁面相接触，壁面温度低于蒸汽饱和温度，使蒸汽冷凝成水，在外壁面上形成一层液膜。由于在筒体内蒸汽凝结为蒸

9、汽流速不高，此液膜呈层流流动，成为液膜层流放热。由于立式结构液膜距离长，液膜越积越厚，传热效果越差；对于卧式筒体管子水膜流下的距离短、水膜薄、传热效果较好。在相同情况下的单根管子，卧式高加的蒸汽放热系数是立式高加的约为1.7倍，虽然卧式下面管排的水膜亦较厚，但平均传热效果卧式优于立式。但本案由于立式结构已经确定，无回旋余地。3.2.3.3疏冷段：设置疏冷段是为了充分利用余热量提高给水温度；设立疏冷段使疏水出口温度低于饱和温度，并使疏水初出口温度与高加给水温度之差为5.6-8.3。疏冷段是由包壳与疏冷端板组焊而成的密封腔，假如疏冷段泄漏，则饱和水缩短了换热路程，造成给水温度降低，疏水出口温度升高

10、，满足不了下端差的规定值。疏冷端板为保证密封，一般设计厚度为70mm，端板孔径大小与公差与管板相同。一般结构是端板与换热管通过端板厚度70mm之内贴胀30-40mm而达到密封效果。这样需要采用长距离的液压胀杆内伸至需贴胀的部件进行胀接，需要准确定位，否则会造成管子胀破的问题。3.2.4空气抽出管：高加壳内的空气等不凝结气体的积聚与停滞在换热管区域会形成类似绝热层一样影响液膜的热交换以及对金属产生腐蚀。因此布置抽空气管，由蒸汽携带而排放至扩容器、除氧器或凝汽器内。排放量约为0.5%进入高加的蒸汽量。每台高加的空气抽出管应连续地排放空气，并各自单独连接到扩容器、除氧器或凝汽器中而不能将排气管接到下

11、一级高加上，否则造成最后一级高加的空气膜层太大增加，严重影响传热，降低了给水出口温度而电厂效率下降，还将降低管子使用寿命。因此，这样系统设计是错误的。3.2.5折流板：整个管系由拉杆固定折流板后，用螺母固定后并点焊牢固。折流板间距一般在400mm-550mm左右，美国换热器协会HEI表面式给水加热器要求间距不大于600mm，间距太大会造成管系振动。在U形管弯头中心线之外200mm范围内必须予以支撑，否则需对弯头部份进行支撑。3.3壳程筒体：立式结构通常采用两段式结构。过热段壁厚比冷凝段和疏冷段厚一些；支撑采用裙座式支撑。二.高加运行存在的问题1. 管子及管子与管板的泄漏1.1管子及管板胀口泄漏

12、，是高加存在的普遍问题。一般情况下高加泄漏堵管率不能超过10，否则要进行更换。1.2管板以下内部管子泄漏。2. 高压加热器装置密封泄漏高压加热器是通常采用自紧式密封，由于长期运行高压加热器密封间隙处因冲刷腐蚀发生泄漏。3.疏水系统自动调节系统不能正常运行高加疏水系统通常采用汽液两相流疏水自动调节系统。疏水装置自动调节系统阀芯质量差不能正常运行，经常产生汽体跟随疏水一起流过阀体造成汽液同时排出，此时会常低水位运行，或经常性无水位运行，造成高加振动较大或产生疲劳应力，损坏换热管；还会造成疏水管冲刷严重，其碳钢弯头频繁被冲坏。4.水位计及水位讯号装置不能正常运行水位计不能正常运行是热电厂普遍存在的问

13、题，几乎不能投用。有的高加自投运以来一直正常运行，但电接点投运后不久即坏，看不准。有的单位对水位计采用磁反板水位计进行改进，运行效果也不理想。5.水侧保护不可靠热电厂高加危急疏水管道上一次阀门为手动阀门，电动阀不能正常运行。所以，拆除了电动阀，运行中无法检修危急疏水阀。上述35项问题的产生都会造成高加设备运行不稳定，产生负荷变化，对换热管和管板产生交变应力，成为换热管泄漏的隐患。三.存在问题的原因分析以及处理对策本案针对上述高加普遍存在的问题，加以归纳总结，提出以下的针对性措施。1. 关于胀口及钢管泄漏分析通常状况下，胀口泄漏主要原因可归结为不合理的结构和工艺设计、胀接和焊接质量不良及不适当的

14、运行操作方式。而管子本身泄漏，除了管材质量外，主要是冲刷腐蚀、应力腐蚀及振动等原因。1.1由于机组启停频繁：启停时其温度变化率超过规定的允许值，结果使高压加热器内部管子及管板温度急剧变化，从而产生一定的交变热应力，在这种应力的作用下，管子受到疲劳损伤破坏。1.2高压加热器疏水水位不稳定：高压加热器运行时，其疏水水位的热工测量信号与实际的水位不符，即实际水位在要求范围内，而测量的水位信号却反映偏高或偏低，造成所谓的“虚假水位”，当反映偏高时，危急疏水电动门自动开启，导致高加低水位或无水位运行;当反映偏低时，危急疏水电动门自动关闭，疏水水位逐步升高，导致高水位保护动作，危急疏水电动门又再次开启，甚

15、至由于测量水位信号误动而导致高压加热器解列。无论是测量水位反映偏高或偏低，均使得危急疏水电动门频繁开关，使管束受到不应有的冲刷、震动、管板过热，从而加速了管子的损坏程度。其次选用的疏水系统不合理或疏水装置质量较差也会严重导致高压加热器疏水水位不稳定。1.3高加热器危急疏水调节门不严：机组为了提高安全运行可靠性，高压加热器通常装设了危急疏水系统，但由于国产疏水调节门质量不过关，造成内漏，不能保持一定的疏水水位，致使管子长时间受到汽水冲刷振动以及管板过热。1.4高压进汽门不严：高压加热器解列时，由于进汽门不严，仍有部分加热蒸汽漏入，造成管子过热，导致强度降低1.5损坏断裂管子对周围的破坏：高压加热

16、器内损坏断裂的管子端部处于自由状态，在高速气流的冲击下自由摆动，不断碰磨撞击断裂管周围的管子，扩大了周围管子的破裂泄漏。1.6高压加热器给水管子泄漏：高压给水在管子泄漏处高速喷出，将其周围管子呲伤。1.7高压加热器振动蒸汽在加热器管外流动，横向或纵向冲刷和流经管束，是使高压加热器产生振动的主要因素;有的高压加热器水侧由于无排空装置，在投运时，空气排不走，使高压加热发生水冲击，产生振动。1.8高压加热器停运时无防腐措施：高压加热器停运两周以上时，水侧应采用加除氧水进行保护或将高压加热器给水彻底排净;汽侧需采用在温热条件下，用干燥空气进行干燥，使其相对湿度保持在40% 以下，有效地防止腐蚀。但是有

17、的高压加热器投产后一直未采取任何防腐措施，管子受到一定程度的腐蚀。1.9制造质量差：高压加热器设备设计制造时，管板设计太薄，造成变形;管板与管子之间焊接和胀接不好，管口应力过于集中。这样在运行中，极易造成管系泄漏。1.10水质质量超标：水质含氧量、PH值、联氨含量超标。换热管中铁及碳化铁在高温下与氧发生反应，产生化学腐蚀，使换热管泄漏。2.针对上述问题拟采取措施高加的钢管及胀口的泄漏除设计制造本身原因以外与运行的方式和操作方式也有重要的关系，因而对运行工况的控制和操作中的维护显得十分重要。针对冲蚀和振动引起的管束损坏应采取以下对策：2.1不管在任何情况下，为了避免管束中焊缝受到较大的热应力冲击

18、，启动速度不能太快，应控制单台加热器的给水温升小于5min，温降小于2min。2.2选用高质量汽液两相流自动疏水调节装置，避免出现低水位和无水位运行，防止疏水调节阀开度过大，而在疏水冷却段内引起闪蒸和汽水两相流。2.3要监视和控制高加的热力参数，以防冲刷管束并激发振动。2.4对于已发现的管束泄漏，应及早停用检修，防止继续发性冲蚀。2.5应严格控制给水水质，包括含氧量、pH值、联氨含量等防止腐蚀。对于高加系统pH值应控制在9.29.8，含氧量应不大于7ugL。总而言之，高加的运行应严格按照国家水利电力部火力发电厂高压加热器运行维护守则的要求进行运行和维护，否则再好的设计制造都不能达到满意的要求。

19、四.本案高加设计制造技术要点1.依据招标文件原总图尺寸及设计数据，按GB150-2011压力容器及GB151-1999管壳式换热器并参考JB/T8190-1999高压加热器性能试验、JB/T3343-1993高压加热器制造技术条件、美国换热器协会HEI表面式给水加热器以及国家水利电力部火力发电厂高压加热器运行维护守则（83）水电电生字第47号文进行设计、制造、检验。最终提供客户全套竣工图纸、强度设计计算说明书、风险评估报告、用户使用说明书、监检证书等文件并为客户提供设备使用、维修、改造技术培训。2.对核心部件换热管选用美国ASME SA556C2标准。由于美国ASME标准对管材的P、S含量要求

20、为不大于0.035%，而国标GB5310-2008标准对管材的P、S含量要求为不大于0.025%和0.015%，相对比国标对P、S含量的要求更加严格。因此本设计方案采用美国ASME SA556C2标准材料，但对P、S含量订货要求达到国标指标，这样可大大降低管头焊接微裂纹的产生极其裂纹敏感性。目前国内有很多管材厂家可以生产美国ASME标准管材，但采用的原料还是国内的钢坯，因此，提出这样的附加要求是可以做到的；对另一核心部件管板选用NB/T47008-2010承压设备用碳素钢和合金钢锻件标准20MnMo锻件，可保证安全使用。3.制造总体方案上部水室选用直管段水室和改进伍德式自紧密封结构；下部选用三

21、段冷却的壳程结构；把制造合格的壳程管束部分与经过热处理合格的水室部分组对，RT拍片及局部热处理后进行压力试验，合格后监管部门监检备案。4.换热管弯制方案：换热管选用高精度冷拔钢管，逐根进行压力试验和超声检测；管子表面不得有裂纹、斑点、凹坑、重皮、结疤、折叠、刮伤等缺陷；换热管两端表面打磨除锈；换热管弯制采用冷弯，弯制结束后要对弯制部分进行磁粉检测；弯制结束后逐根进行打压试验；一般说，只要通过逐根水压试验，就可以消除换热管本身质量问题。5.管板制造方案：锻件尺寸按轮廓加15mm锻打放量，选用NB/T47008-2010承压设备用碳素钢和合金钢锻件标准20MnMo锻件，锻件进厂后进行化学成分及力学

22、性能复验，严格控制锻件的P、S含量。经复验合格的管板锻件，采用高速数控钻床进行钻孔、二次铰孔、加工坡口。必须严格控制二次铰孔加工的质量，经过铰刀加工过的管孔能够保证尺寸公差及光洁度，使换热管与管孔的间隙保证在可均匀胀接范围内。按GB151-1999管壳式换热器的要求检验钻孔、铰孔 质量。6.管板与管束的焊接方案：6.1总体采用预胀-焊接-贴胀的焊接方案，可有效消除焊后换热管口焊后一次性胀接在管口部位产生的胀接应力。6.2换热管与管板的连接尺寸设计为管头高于管板2mm，不采用平齐的方式，平齐焊接方式管口部集中应力过大，容易产生裂纹。按标准留有2mm的高度有利于焊接成圆弧过渡，减少应力集中。6.3换热管穿好管束检验确认管头高于管板2mm后完成点固，首先进行预胀接，胀度按4-5%进行，使换热管外壁能贴上管孔内壁即可。胀接方式采用液压液袋胀，胀接压力120-140MPa（具体的胀度和胀接压力数据按GB151要求的胀接试验确定）；6.4预胀完成后，对壳程进行充氩气置换空气，确保壳程内氩气占一定比例，最好90%以上，明火熄灭即可。6.5预热200后，采用自动氩弧焊的方式选用自熔焊进行打底；6.6打底完成后进行氨检漏试验，试纸不变色为合格；6.7再