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> &>&国产300MW#3高压加热器泄漏原因分析及预防措施
国产300MW#3高压加热器泄漏原因分析及预防措施
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一、设备概述我厂国产优化改进型300MW汽轮机的高压加热器，采用三台引进福斯特――惠勒公司技术制造的单列卧式表面加热器。高压加热器带有内置式蒸汽冷却段和疏水冷却段，如图一。蒸汽冷却段利用汽轮机抽气的过热段来提高给水温度，使给水温度接近或略高于该加热器压力下的饱和温度。凝结段是利用蒸汽凝结的潜热加热给谁。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下。二、高压加热器泄漏后对机组的影响高压加热器是利用机组中间级后的抽汽，通过加热器传热管束，使给水与抽汽进行热交换，从而加热给水，提高给水温度，是火力发电厂提高经济性的重要手段。由于水侧压力（20MPa）远远高于汽侧压力（4MPa），当传热管束即U型管发生泄漏时，水侧高压给水进入汽侧，造成高加水位升高，传热恶化，具体对机组的影响如下：1.高加泄漏后，会造成泄漏管周围管束受高压给水冲击而泄漏管束增多，泄漏更加严重，必须紧急解列高加进行处理，这样堵焊的管子就更少一些。2.高加泄漏后，由于水侧压力20MPa，远远高于汽侧压力4MPa，这样，当高加水位急剧升高，而水位保护未动作时，水位将淹没抽汽进口管道，蒸汽带水将返回到蒸汽管道，甚至进入中压缸，造成汽轮机水冲击事故。3.高加解列后，给水温度降低，由280℃降低为170℃，从而主蒸汽压力下降，为使锅炉能够满足机组负荷，则必须相应增加燃煤量，增加风机出力，从而造成炉膛过热，气温升高，更重要的是标准煤耗约增加12g/kwh，机组热耗相应增加4.6％，厂用电率增加约0.5％。4.高加停运后，还会使汽轮机末几级蒸汽流量增大，加剧叶片的侵蚀。5.高压加热器的停运，还会影响机组出力，若要维持机组出力不变，则汽轮机监视段压力升高，停用的抽汽口后的各级叶片，隔板的轴向推力增大，为了机组安全，就必须降低或限制汽轮机的功率，从而影响发电量。6.高加泄漏，每次处理顺利时需要30小时，系统不严密时，则工作冷却时间加长，直接影响高加投运率的目标。三高加泄漏的现象1.高加水位高信号报警，泄漏检测仪亦报警，另外还有高加端差增大，远远高于正常值。2.由于高加泄漏，水侧大量漏入汽侧，通过疏水逐级自流入除氧气，为使汽包水位正常，则给水泵转速增加，给水流量增大。3.高加泄漏后，由于传热恶化，则造成给水温度降低。四高加泄漏原因分析1.运行中高加端差调整不及时。300MW机组运行规程规定，高压加热器下端差正常为5.6――8℃。（端差是指高压加热器疏水出口温度与给水进口温度的差值。）由于运行人员责任心不强，在疏水调节装置故障或其他原因造成高加水位大幅度波动的情况下，没有及时发现，未能及时处理，致使高加端差波动较大。2.高加受到的化学腐蚀。300MW机组给水品质规定：给水容氧＜7μg/L,PH值为9.0――9.4.给水容氧超标，将造成高加U型钢管管壁腐蚀而变薄，钢管与管板间的胀口受腐蚀而松弛，经长期运行，寿命逐渐缩短。3.负荷变化速度快给高压加热器带来的热冲击。在机组加减负荷时，负荷变化速度过快，相应抽汽压力、抽汽温度迅速变化，在给水温度还未来得及变化，加热器U型管以及关口焊缝由于受激烈的温度交变热应力而容易损坏，尤其在机组紧急甩负荷或高加紧急解列时，给高压加热器带来的热冲击更大，这样，加热器U型管长期受热疲劳而容易损坏泄漏。4.高压加热器在投入或停运过程操作不当。主要有：（1）高压加热器投运前暖管时间不够，再投运过程中温升率控制不当，这样高温高压的蒸汽进入高压加热器后，对厚实的管板与较薄的管束之间吸热速度不同步，吸热不均匀而产生巨大的热应力，而使得U型管产生热变形。（2）在高加停运时，上侧疏水侧温降滞后，从而形成较大的温差，产生热变形。5.高加每次停运查漏堵焊时，检修质量不过关。主要有：（1）查漏，将泄漏的U型管必须全部找出来，否则堵焊仍然无效；（2）堵焊，即焊接接工艺要精。6.高加停运后保养措施不利。在高加每次停运后，没有按要求采取蒸汽侧充氮和水侧充氨来进行保养。7.高加每次停运后，未进行探伤检测。在高加管板与U型钢管之间的胀口开裂或漏缝的情况下，没有进行探伤检测，给高加下次运行带来隐患。8.在高加U型钢管堵焊时，堵头与木材材质不同，同样给高加运行带来隐患。五、#3高加最易泄漏原因及分析1.由于加热器的疏水是逐级自流的，疏水方向为#1――#2――#3，这样#3高加的疏水量最大，#3高加水位难以控制，很容易形成水位大幅度波动现象。2.三台高加水侧、汽侧技术规范：从上述表中可以看出：#3高加水侧、汽侧工作压力差为20.9MPa，#3高加水侧、汽侧进口温度差为292.6℃，压差、温差均居三台高加之首。3.高加投入时，是由低压到高压的顺序投运的，因此，#3高加是最先投运的，高压给水对U型钢管造成的高压水冲击最大，尤其是U型弯管处受到的冲刷最厉害，频繁冲刷使管壁冲薄。六、#3高压加热器泄漏预防措施1.保证高压加热器传热端差最佳值。（1）由于#3高加的疏水量最大，压差又小，在抽汽压力、抽汽量发生变化以及#3高加基调失灵的情况下导致疏水门关小或关闭，容易引起疏水不畅，使水位升高，此时应加强监视检查，联系热工人员调整，必要时打开危险疏水阀，降低高加水位，维持高加水位正常值。（2）若疏水水位过低引起端差增大，应及时联系生计科及热工人员共同进行现场的水位调整，将端差调至5.6――8℃之间。（3）若加热器中集聚了不凝结气体，将严重影响传热，端差也会上升，因此，须合理调整高加抽空气管上阀门的开度，见附图（二）。（4）若水位明显上升，且给水泵的出力不正常的增大，表明加热器存在泄漏，申请尽快停用加热器，防止泄露喷出的高压水柱冲坏周围的管子，是泄漏管束数目扩大。2.保持机组负荷变化曲线平稳。在机组启动、停用或变负荷过程中，蒸汽温度、蒸汽压力以及锅炉蒸发量在不断变化，从而高加抽汽压力、温度以及抽汽在不断发生变化，高压加热器内由于温度变化而产生膨胀或收缩变形，产生热应力，因此，为防高加热应力而产生的热变形，必须做到以下几点：（1）锅炉要保持燃烧稳定，使炉内受热均匀，火焰中心适当，平衡通风，保持风煤比例协调。（2）机组负荷变化率每分钟不大于3MW，汽压变化率每分钟不大于0.05MPa，温度变化率每小时不大于56℃，保持在每分钟0.5――1℃之间。（3）在机组甩负荷以及高加紧急停运时，应立即切断加热器给水，同时要快速关闭抽汽阀，并检查抽汽逆执阀、抽汽电动门是否关严，否则手动将电动门绞紧，防止切断给水后蒸汽继续进入壳体加热不流动的给水，引起管子热变形，而切断给水后可避免抽汽消失后给水快速冷却管板，引起管口焊缝产生热应力变形。3.高压加热器在投运、停运时注意事项：（1）为防止高加投入过程中产生的热冲击，高加应随机启动投入。（2）在高加故障停运时，应注意控制给水温度变化率不应大于1.1℃/min,最大不应超过1.8℃/min。（3）高加停运时，先停运#1高加，最后停运#3高加。（4）高加投运时，先投入#3高加，最后投入#1高加。（5）高加投入过程中，严格控制给水温度变化率不应大于1.1℃/min，最大不应超过1.8℃/min。4.加强管理，强化培训，创建学习型组织，争创知识性职工，提高运行值班人员的责任心及技术素质，从而在班组间创立一个认真负责，精心操作的良好氛围。
来源：中国电站集控运行技术网
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高压加热器管束爆管原因分析
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　　【摘 要】为提高循环效率而设置的给水加热器，作为发电厂的一种主要辅助设备，其故障直接影响机组的出力。 一般发电机组在高压加热器（简称高加）停运时出力受限 10%左右，导致机组效率降低，发电煤耗增加。本文对高加发生管束爆管原因进行了探讨。 中国论文网 /8/view-4135477.htm　　【关键词】高压加热器；管束爆管；故障 　　根据这些年电厂运行实际案例，造成高加故障停运的最主要因素是高加换热管束的损坏。一旦换热管爆裂，高压给水从破口喷涌而出，在低压室扩容的诱导下，形成巨大的冲击流，对周边换热管造成冲击，这种冲击会造成周围管子的连锁爆管。如不及时处理，会使高加造成严重损坏，甚至使汽轮机发生水冲击，影响机组的安全稳定运行。从管束横截面的分布图分析，见图1-1。 　　主要损坏区域集中在管束上部外围，和下部外围靠近水位面，以及管束中部区域。经过对管束上部损坏换热管进行的深度测量，主要的爆管点分布在过热蒸汽冷却段蒸汽进口区域，见图1-2。 　　这一区域的爆管损坏占了总爆管的50%以上。造成蒸汽进口区外排管损坏的最主要的原因是由于蒸汽的高流速造成的。其形成机理是：蒸汽进口区外排管迎风面换热管受到高温过热蒸汽的直接冲击。正常情况下，换热管外表面会有一层凝结膜，保护换热管免受高温蒸汽的直接冲击。但当蒸汽流速过高，破坏了换热管外表面的凝结膜，将会使管材金属与高温蒸汽直接接触，导致换热管的金属热应力急剧上升，并达到金属材料破坏极限强度值，在管内高压作用下爆管。 　　归纳近年全国各电厂所发生的高加管束爆管现象，主要有以下几种情况： 　　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℃/min，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7μg/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氧化膜的形成。一般认为，蒸汽在260℃以上时，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。（2）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。 　　1.3运行操作不当引起的高加异常 　　1.3.1高加投运不遵守限定的温升率。如果高加能够随机组冷态正常投运，滑启滑停，这是最好的启停模式。问题主要出在高加故障停运检修后热态投入。如果操作不遵守限定的温升率，在短时间内，高加从常温常压迅速上升到高温高压，这种巨大的温度压力冲击，会使高加遭受巨大的伤害。首当其冲的是高加水室内件变形，紧固件损坏，焊缝开裂，造成给水短路。其二是管板承受极大的应力变化，特别是在管子管板焊口处的瞬时应力极大，很容易造成焊口泄漏。而且厚实的管板与较薄的管束之间吸热速度不同步，吸热不均匀而产生巨大的热应力，而使得U型管产生热变形。 　　1.3.2高加水侧投入后，热态工况下，高加的进汽阀门的打开，没有按限定的温升率；或者3个高加的汽侧投入没有按压力从低到高的顺序逐步投入；或者3个高加汽侧同时投入的速度差别太大，造成压力较高的高加先全开进汽阀，压力低的高加进汽阀没有全开。这时都会出现后一级高加超负荷运行。如果上述现象持续时间足够的长，将会造成高加的损坏。 　　1.3.3有的电厂在实际运行中，发现某1个高加的进汽压力偏高，有时高出设计值很多，为了减少高压缸的额外抽汽损失，人为地将高加进汽门的开度限制在75%上，结果造成本级高加壳侧压力下降较多，给水出口温度大幅下降，使后一级高加超负荷运行，进汽量大增，疏水量大增，出现疏水管道振动和高加进汽口处管束损坏的恶果。 　　参考文献： 　　[1] 刘自谦.高压加热器长期运行的可靠性分析.江西电力.1993，第2期. 　　[2] 谢黎明，张宏星.国产300MW汽轮机高压加热器泄漏原因分析及预防措施《宁夏电力》2007 年增刊. 　　[3] 刘瑞梅，王继伟.火力发电厂高压加热器故障分析及对策.锅炉制造.2008，5.
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