高压加热器内漏原因分析及防治措施

高压加热器内漏原因分析及防治措施张鹏【摘要】针对马钢热电总厂机组高压加热器钢管发生漏管现象，从高压加热器的内部结构、运行维护方面进行分析.通过设备优化，改善运行及检修工艺等一系列防范措施，以有效保证高加设备健康水平.【期刊名称】《冶金动力》【年(卷)，期】2011(000)005【总页数】4页(P38-41)【关键词】高压加热器;泄漏;分析;防治【作者】张鹏【作者单位】马钢股份公司热电总厂，安徽马鞍山243000【正文语种】中文【中图分类】TM3111引言汽轮机采用回热加热系统是提高机组运行经济性的重要手段之一。高压加热器(以下简称高加)是回热系统中的重要辅助设备，其作用是利用汽轮机的抽汽来加热锅炉给水以提高给水温度，减少发电机组循环的冷源损失，从而节省燃料，提高循环热效率。造成高加投运率低和高加损坏的原因是多方面的，根据统计，在报废和在线运行高压加热器本身故障中，高加热交换管系泄漏所占比重最大，约占70%以上，因此及时开展对高加泄漏原因的分析，降低高加故障率，提高高加投用率，对提高电厂的安全经济运行水平具有一定的现实意义。2高加运行状况及存在问题马钢热电总厂2#汽轮发电机组所配备的高压加热器为上海电站辅机厂生产的JG350-I（1#高加）和JG350-H（2#高加）立式U型管高压加热器，二流程布置，高加本体分水侧（管侧）及汽侧（壳体）两个基本部分，水侧由水室及管系组成，汽侧由壳体及支座组成。每台高加内部设置过热蒸汽冷却段和凝结段两个区段，疏水侧配置汽液两相流装置。两台高加疏水逐级自流至高压除氧器，并各有一路危急疏水直通高加危急疏水扩容器。2010年5月以来1#高加相继频繁发生钢管泄漏故障，其运行周期较以往大幅缩短，不仅影响设备正常运行，降低机组热经济性，还严重影响到在线生产。（1）2009年以来高加钢管泄漏情况统计，见表1（2）高加内部泄漏点及内部解剖宏观检查解剖检查可以看出：高加内部漏点堵管位置均位于高加管束外侧，检查泄漏钢管管口与管板胀口正常，可以肯定判断系钢管管束内部泄漏造成高加水位急剧上升，但钢管内部具体泄漏点位置和形状不明，只能分析怀疑系内部高加进汽段有问题。此后利用检修高加疏水管道弯头缺陷机会，使用内窥镜对4#高加泄漏钢管进行检查，确认内部泄漏位置距水室管板310~330mm区间，位于高加过热段进汽口处，与预期分析结果吻合。为了彻底查找缺陷原因，决定对此高压加热器进行解剖性检查，找出缺陷位置的分布规律并分析产生缺陷的原因，情况如下：表1为2009年以来高加钢管泄漏情况统计。序号检修时间泄漏部位说明12009.5.5管束内新漏点本次泄漏在运行中发现，有3根钢管漏，共堵管5根22009.6.14~15管束内新漏点本次泄漏在运行中发现，有2根钢管漏，共堵管7根32009.9.3管束内新漏点本次泄漏在运行中发现，有5根钢管漏，共堵管12根42010.1.26管束内新漏点本次泄漏在运行中发现，有3根钢管漏，共堵管15根52010.2.26管束内新漏点本次泄漏在运行中发现，有3根钢管漏，共堵管18根62010.5.7管束内新漏点本次泄漏在运行中发现，有1根钢管漏，共堵管19根72010.5.24管束内新漏点本次泄漏在运行中发现，有4根钢管漏，共堵管23根82010.6.4管束内新漏点本次泄漏在运行中发现，有1根钢管漏，共堵管24根92010.6.22旧漏点本次泄漏在运行中发现，有1个旧漏点漏102010.7.5旧漏点本次泄漏在运行中发现，有1个旧漏点漏112010.7.22旧漏点本次泄漏在运行中发现，有2个旧漏点漏122010.7.29~8.3管束内新漏点本次泄漏在高加停运后发现，有4根钢管漏，各漏点周边另封堵16根，共计堵管44根）换热管外壁检查：将壳体与管板的环缝割开，将壳体与管束分离后对管束进行外观检查时，发现凝结段换管表面有亮晶晶的黑色颗粒物，过热段换热管外表面为暗红色，切割若干管子进行分析化验。）将过热段包壳去除，发现离管板350~400mm处过热段蒸汽进口处有严重的冲刷现象。）检查凝结段上级疏水进口防冲板上方管子有一排4根管子全部冲刷，出现有直径20mm左右的孔，其中有的管子已经冲断。）对筒体内壁检查，发现上级疏水管管口位置上方冲刷留有深15cm长度435mm的痕迹。）筒体内汽液两相流信号管管道吹损有穿通现象。3高加内漏频繁原因分析3.1解剖高加检查分析（1）换热管黑颗粒物化验初步分析系氧化腐蚀所致。过热段换热管外表面为暗红色，此颜色正常。（2）解体发现高压加热器热交换管有缺陷的位置主要集中在过热段蒸汽进口区域及凝结段上级疏水进口防冲板上方区域，这与高压加热器的内部结构有关。（高压加热器运行时，来自汽轮机的抽汽，先经过过热蒸汽冷却区，冷却其过热度，然后进入蒸汽凝结区凝结成疏水，疏水再经过疏水冷却区，进一步放出热量。在这个过程中，高压加热器内直接承受高温蒸汽冲刷最外层的管排最剧烈，上级疏水口处钢管受到疏水中汽水混合物的冲刷，管壁磨损减薄最严重，发生爆管概率就最高）。（3）从宏观检查的结果还可知，当最外层的管排发生泄漏后，第二层管排将承受高温蒸汽及已爆管的管内给水冲刷，这样的破坏力更强，冲刷致使管壁受伤变薄存下隐患，，以至投运后不久泄漏，如此循环形成连续破坏。从这次解剖的试验中了解到，这种破坏方式具有一定的普遍性。（4）筒体内汽液两相流信号管管道受损。3.2设计参数方面分析高加在超越设计工况运行时，易发生管板交变变形，造成管端口泄漏，或使管板发生永久性变形。同时加热器进汽量增多将使蒸汽流速增加，将导致换热管振动，严重时将使隔板处管子发生损坏，这样会大大缩短加热器的寿命。2#汽轮机在2000年由原先50MW增容改造为60MW，各段抽汽压力参数较前均略有变化，为排除高加超负荷运行可能性，对比1#高加改造前后的运行参数分析见表2。表2高加改造前后的运行参数分析表设备参数管侧压力/MPa管侧温度/1壳侧压力/MPa壳侧温度/1设计值16.672152.11350最大值16.67-1.74-工作值13.731851.17322实际运行值12.9~13.9入130,出1821.29310经过对照1#高加技术参数确认目前高加运行参数正常，只有壳侧压力略高，但仍在规定范围之内，运行工况符合设计要求。3.3运行角度分析3.3.1温度变化率的影响加热器冷态启动或者加热器运行工况发生变化时，由于管板与管束材料、厚度不同，水侧与汽侧压力不同，以致管板与管束不同工况下膨胀或收缩也不一样。根据制造厂家提供资料，当总的温度变化率》69C/h时热冲击不会造成损坏，但是，随着总的温度变化的加剧，问题也会相应增加，而且随着温度变化率的升高，故障也增多。各种温度变化率的预计循环寿命如下：上述表明，当温度变化率限制在＜110C/h,允许进行无限次热循环，此时的热冲击处在安全范围内，不降低加热器的预计寿命。但是，当温度变化率增加到220C/h,加热器的预计寿命减少到300000次循环。如果热变化率剧增到780C/h。加热器的寿命急剧缩短为1250次循环。所以当运行中温度控制变化率超过规定时将使换热管承受较大的冲击，容易导致管束与管板连接焊缝（特别是修补的焊缝）或胀接处的应力过大，发生损坏而造成泄漏。3.3.2水位变化的影响我厂高加疏水方式采用的是逐级疏水，理论分析当加热器水位过低或无水位运行时，将对高加的经济安全运行造成很大危害。这样在机组负荷变化时高加疏水量同步发生变化，水位控制不及时则会出现瞬间过低，此时不仅会造成疏水端差的上升，影响加热器经济性，更甚将导致上一级高加蒸汽通过疏水管道直接进入下级加热器，处于疏水进口区的管束受到汽水混流冲蚀性危害，致使管子损坏。另外这还会严重冲刷疏水管道及其附件，并产生振动，尤其对疏水管弯头损害较大。3.3.3故障情况下处理响应能力目前运行人员对高加管束是否泄漏存有一定的习惯性经验判断，一般会在高加危急疏水阀保护动作开关几次时才会将其解列，其实高加管束泄漏类似锅炉爆管一样，控制不及时，其泄漏的扩大是迅速的，及早发现缺陷将减少更大面积的管束损坏。4高加针对性防治措施4.1优化内部结构布置针对过热段蒸汽进口处有严重的冲刷现象，在蒸汽进口对称方向再增加两个进口，方形进口改成钻若干中10圆孔，以增加进口面积，减少过热蒸汽的流速。将凝结段上级疏水进口防冲板材料更换为不锈钢板，考虑上级疏水反溅到筒体壳体，在上级疏水进入筒体处将原有中108管口扩管为中219，使上级疏水降压后进入筒体，以保护高加壳体。针对上级疏水口处上方筒体内表面长度15cm的冲刷痕迹，先对此处进行补焊，抛光打磨后，在表面再镶焊一块不锈钢板，以提高耐冲刷能力。针对筒体内汽液两相流信号管管道受损，将其更换为不锈钢管。4.2优化检修工艺检漏方法改进。现采用灌水法与内窥镜结合的方法对泄漏管束进行检查以确定确切泄漏位置、泄漏钢管漏口的位置及方向，这对堵管的方案和数量提供可靠依据，便于准确分析泄漏原因。同时检修时注意高加冷却降温方法，在对高加灌水前控制好局部的温降问题。优化堵管方案，实施安全堵管法。一般在高加检查发现漏点后只对泄漏管束进行堵漏，但实际运行中在泄漏管束周围的几根管子可能都已受到漏点喷射出的高压给水冲刷受伤而存在隐患(图1中箭头所指)，现针对原先只对泄漏管束封堵方法改进为对泄漏管束周围可能已经受伤管束同时进行封堵，防止频繁性泄漏故障，图列如图1。图1泄漏管束图列加强管束监督。结合大小修对高压加热器热交换管进行定期检查，尤其是最外面两层管排，发现有泄漏、减薄、变形的管子及时采取措施，这样可以有效避免管排运行中发生连续破坏。这对延长高压加热器的使用寿命，减少高压加热器泄漏尤为重要。同时由于高压加热器热交换管为对称分布，过热蒸汽冷却区和与之相对的区域应作为重点监督、检验的部位。4.3加强运行控制控制高加温升率前所分析，高加温升率直接影响到高加的使用寿命，因此在投用高加时，注意缓慢开启高加注水门向高加水侧注水，同时控制给水温度变化率在合格范围之内。一般给水温度变化是以加热器出水温度变化为准，当加热器启、停或工况变化时，控制温度的变化在2^/min，以保证管板和管束有足够的时间均匀地吸热或散热，防止因温度变化过大对高加热冲击造成的损坏。维持高加运行的正常水位运行中必须加强对汽液两相流工作状态监控调整，禁止无水位运行，以减少上级疏水对高加内部汽水冲刷。同时针对每台高加运行工况不同，疏水管道现场布置不同等原因，结合实际运行工况试验确定各台高加最佳水位控制方法，以保证高加安全及提高运行经济性。提高运行人员故障判断能力通过加强岗位人员专业培训来提高人员对高加内漏的判断能力，平