高壓加熱器管束泄漏的原因分析和采取的措施

1．引言

高壓給水加熱器主要利用汽輪機(jī)的抽汽來(lái)加熱鍋爐給水,進(jìn)而使得給水達(dá)到所需溫度。設(shè)置高加是為減少循環(huán)的冷源損失, 使蒸汽的熱量得到了充分的利用,提高了整個(gè)循環(huán)的熱效率。增加機(jī)組經(jīng)濟(jì)性及保證機(jī)組的安全運(yùn)行。 如果高加發(fā)生故障造成停運(yùn)，則鍋爐的給水只能通過旁系管道進(jìn)入，就會(huì)大大降低進(jìn)入鍋爐的給水溫度，從而增加燃料耗量，增加發(fā)電成本，降低經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也會(huì)影響鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。

2．高壓加熱器結(jié)構(gòu)及原理 

2.1結(jié)構(gòu)

常用的高壓加熱器為臥式U型高壓加熱器，主要由管側(cè)和殼側(cè)兩大部分組成。包括給水進(jìn)出口、疏水出口、疏水冷卻段、凝結(jié)段、危急疏水出口、上級(jí)疏水進(jìn)口、管束、過熱蒸汽冷卻段、蒸汽進(jìn)口機(jī)給水出口等。

2.2原理

管側(cè)段的流程為：給水首先由給水進(jìn)口流入高壓加熱器的U形管，然后通過疏水冷卻段、凝結(jié)段及過熱蒸汽冷卻段三個(gè)傳熱區(qū)域進(jìn)入水室，再?gòu)慕o水出口流出；殼側(cè)段的流程為：汽輪機(jī)抽汽由蒸汽進(jìn)口進(jìn)入高壓加熱器，然后通過過熱蒸汽冷卻段、凝結(jié)段及疏水冷卻段三個(gè)區(qū)域從疏水出口流出高壓加熱器的殼體部分。 過熱蒸汽冷卻段位于給水出口流程側(cè)，并由包殼板密封，其作用是提高高壓加熱器的給水溫度以使其接近或稍微超過進(jìn)口壓力下的飽和溫度；凝結(jié)段主要利用蒸汽凝結(jié)時(shí)釋放的汽化潛熱來(lái)對(duì)給水進(jìn)行加熱，隔板的作用是使得蒸汽沿高壓加熱器長(zhǎng)度方向均勻分布，并在隔板的導(dǎo)向下流向高壓加熱器尾部；疏水冷卻段位于給水進(jìn)口流程側(cè)，并由包殼板密封，其作用是把離開凝結(jié)段的疏水的熱量傳遞給進(jìn)入高壓加熱器的給水從而使疏水溫度降到飽和溫度以下。 

3．高壓加熱器泄露現(xiàn)象 

高壓加熱器的泄露主要體現(xiàn)在高加水位波動(dòng)異常，高加水位高信號(hào)報(bào)警； 高加端差增大，遠(yuǎn)高于正常值，正常疏水水位無(wú)法保持，給水溫度降低；高加事故疏水閥開度明顯增大甚至打開，內(nèi)部有類似水沖刷的泄露聲；給水泵轉(zhuǎn)速增加，給水流量增大，其原因是由于高加泄露，水側(cè)大量漏入汽通過疏水逐級(jí)自流導(dǎo)入除氧器；相同負(fù)荷工況下，給水流量明顯增大，其原因是由于高加泄露導(dǎo)致傳熱惡化從而造成了給水溫度的降低； 高加運(yùn)行過程中若不是由于保護(hù)誤動(dòng)及高加疏水不暢的原因而發(fā)生突然解裂的現(xiàn)象，則必然是由于泄露導(dǎo)致。 

4．高壓加熱器泄露會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重危害

4.1高加泄露會(huì)導(dǎo)致其泄露管周圍正常的管束受到高壓水的沖刷、沖擊而導(dǎo)致破壞泄露，受損管束數(shù)量增加，從而加劇泄露程度； 

4.2高加泄漏時(shí)隨著水位的急劇增高，若不及時(shí)采取保護(hù)措施，待水位淹沒抽氣管的進(jìn)口，蒸汽帶水將返回到蒸汽管道甚至進(jìn)入汽缸從而造成汽輪機(jī)水擊事故； 

4.3 高加泄露導(dǎo)致解列時(shí)，隨著給水溫度的降低，為保持負(fù)荷不變需增加燃煤量及風(fēng)機(jī)處的出力，從而造成爐膛過熱，汽溫升高，標(biāo)準(zhǔn)煤耗增加，機(jī)組熱耗率增加進(jìn)而引起廠用電量的增加； 

4.4 高加泄露導(dǎo)致停運(yùn)時(shí)會(huì)引起汽輪機(jī)末幾級(jí)蒸汽流量的增加從而加劇葉片的腐蝕，還會(huì)使得鍋爐壁溫度超過極限值，抽汽口各級(jí)葉片軸向推力增加，此時(shí)為保證機(jī)組的安全，就必須降低或限制汽輪機(jī)的功率，若高加泄露時(shí)間過長(zhǎng)，則會(huì)嚴(yán)重影響高加的投入率及電廠的發(fā)電量。 

5. 高壓加熱器泄漏的原因分析

5.1 端口泄漏的主要原因

端口的泄漏主要源于熱應(yīng)力過大、管板變形和制造質(zhì)量不良。

熱應(yīng)力過大：高加正常啟停,或機(jī)組運(yùn)行中高加故障停運(yùn)以及重新啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成高加的溫升率、溫降率過大使高加管與管板連接處受到很大的熱應(yīng)力,焊縫或脹管處很可能發(fā)生損壞,從而引起端口漏泄。

管板變形：管與管板相連接,由于管板發(fā)生變形,會(huì)使管端口發(fā)生漏泄。

制造質(zhì)量不良：高壓加熱器中管子與管板間的脹管或焊接技術(shù)要求很高。高加管板與管子材質(zhì)相當(dāng)重要，它影響管板與管子的焊接。焊接技術(shù)至關(guān)重要，堆焊技術(shù)不過關(guān),會(huì)造成孔眼,降低了端口承受機(jī)組運(yùn)行方式變化的能力。選用高加應(yīng)采用使用業(yè)績(jī)好的廠家和選用各方面質(zhì)量好的產(chǎn)品。

5.2 管本身漏泄的主要原因 

管本身漏泄在于振動(dòng)、腐蝕、超壓等原因。

振動(dòng)：當(dāng)通過管子間的蒸汽流量超過設(shè)計(jì)時(shí),流速也相應(yīng)超過設(shè)計(jì)值,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使管子發(fā)生振動(dòng),有的甚至產(chǎn)生共振現(xiàn)象,管子振動(dòng)使管外壁與隔板的管孔發(fā)生摩擦碰撞,使管壁變薄,在給水壓力的作用下破裂。當(dāng)部分換熱管因泄漏而堵管后，更加劇了工況條件的惡化。 

腐蝕：管的外壁和內(nèi)壁都會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕。給水中的溶解氧過高或pH值過低,都會(huì)使高加管內(nèi)壁受腐蝕。

超壓：高加水側(cè)壓力偏高時(shí),若高加水側(cè)未裝安全門限制水壓,這樣就有可能使管子鼓脹而變粗、開裂，使管束泄漏。

除管子自身的各種問題外，高加惡劣的運(yùn)行環(huán)境也會(huì)加劇管子的破壞，此外在檢修過程中，若沒有及時(shí)對(duì)泄露管子周圍進(jìn)行保護(hù)性的堵管及補(bǔ)焊，則會(huì) 殘 余應(yīng)力過大而導(dǎo)致焊口泄露。

6．高壓加熱器泄露防止措施 

6.1.提高高加運(yùn)行效果的工藝管理，預(yù)防管束泄漏。

通過對(duì)高壓加熱器啟停操作的科學(xué)優(yōu)化,能有效提高了高加的投運(yùn)率,在提高熱效率的同時(shí),保證了高加的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。 

高加投運(yùn)時(shí)，應(yīng)限制蒸汽參數(shù)變化速度，嚴(yán)格控制高加出口給水溫升率，尤其不要因忙于其它操作而忽視高加的調(diào)整，及時(shí)投入疏水自調(diào)，減少溫度變化率對(duì)高加的影響。

通常以出口水溫的變化為判斷依據(jù)。哈爾濱鍋爐廠建議溫升不大于3～5℃/min，溫降不大于1．7℃/min，上海輔機(jī)廠提出的規(guī)定2℃/min和1．2℃/min。作為我國(guó)高加標(biāo)準(zhǔn)的制定單位，其提供的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是具權(quán)威的理論，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)定。

停高加時(shí),如果突然全關(guān)其進(jìn)汽門并繼續(xù)向高加進(jìn)給水,高加的溫降率將嚴(yán)重超過限額。 所以機(jī)組在運(yùn)行中需要立即停高加 ，為防止進(jìn)汽門內(nèi)漏蒸汽使高加內(nèi)的水定容升壓,應(yīng)將水側(cè)的排空氣閥或放水門打開。 

高加冷態(tài)投運(yùn)時(shí),為了不使高加的溫升超過規(guī)定,首先微開抽氣電動(dòng)門加熱加熱器使加熱器溫度與給水溫度差不多, 先投入高壓加熱器水側(cè)，可用手動(dòng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，再慢慢開啟高加進(jìn)汽門。  

6.2做好高加檢查工作

當(dāng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行高加有泄漏跡象時(shí)，即使是很輕微，應(yīng)立即停運(yùn)隔離檢漏，不能因泄漏小而維持運(yùn)行。每次停機(jī)后，先檢查高加是否漏泄，如果發(fā)現(xiàn)漏，即使是輕微，也要及時(shí)堵漏或采取其他有效措施。，以防止在運(yùn)行中發(fā)生漏泄。

6.3 高加的防腐工作

高加在運(yùn)行中，內(nèi)部要排凈空氣。 要定期化驗(yàn)給水品質(zhì)是否合格。在啟動(dòng)時(shí)，汽水側(cè)應(yīng)排凈空氣，不使氣體滯積。高加停運(yùn)期間的防腐工作要按照制造廠家規(guī)定的防腐措施進(jìn)行維護(hù)。

6.4使用新技術(shù)改造系統(tǒng)

新的設(shè)備通?？梢越鉀Q一些固有的問題，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性，所以在做好經(jīng)濟(jì)性評(píng)估時(shí)使用后更新設(shè)備能帶來(lái)較好的效益。 

7.發(fā)生管束泄漏后的檢修處理 

高壓加熱器的管系泄漏中大多是管口泄漏。在出現(xiàn)管系泄漏時(shí)，應(yīng)查明究竟是管子本身漏還是焊縫漏，不應(yīng)草率將管子堵塞，甚至將附近幾根管子都堵塞。若是管口漏，便應(yīng)補(bǔ)焊。

7.1 U形管高加管束的處理

U形管高加管束的泄漏時(shí)，更換管子很困難,堵管是一種主要的修復(fù)手段。在堵管前應(yīng)查清管束泄漏的型式及位置，并據(jù)此選用合適的堵管方式及工藝，一般是將塞子堵上后焊牢。為保證堵管質(zhì)量，高加被堵管的端頭部位一定要經(jīng)過良好的處理，使管孔或管板孔圓整、清潔，與堵頭有良好的接觸面。 

如果管板材質(zhì)為20MnMo，換熱管為SA556GRC2，φ16X2.1碳鋼20MnMo材料需要在預(yù)熱的條件下才能焊接，管板表面堆焊一層含碳量較低的堆焊層的目的就是為了管子管板焊接時(shí)不預(yù)熱而采取的一種工藝措施，因此對(duì)管板的返修要考慮到管板的這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。管板焊接及管子出現(xiàn)泄漏需要補(bǔ)焊和封堵管子時(shí)，首先考慮采用熱膨脹系數(shù)和物理特性與管子管板相近的碳鋼焊材如J507。

7.2工序

將泄漏管口處的管板表面用打磨機(jī)打磨清理，進(jìn)行鉸孔、清理，加工管塞（用20號(hào)低碳鋼），堵塞選用材質(zhì)為#20鋼或Q235-A（A3鋼）．封堵后端部露出５±１mm；焊條牌號(hào)為J507。

焊接順序按不同管位分別進(jìn)行，以減少應(yīng)力集中。每道焊縫焊完后立即進(jìn)行錘擊消除焊接應(yīng)力處理。全部封堵焊縫結(jié)束后，清理焊縫表面，然后可進(jìn)行100％MT磁粉表面檢驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)合格。

7.3焊接的環(huán)境和焊接方法的影響

所有管子和管板必須吹干到不影響和污染焊縫的程度。由于管口不可避免地存在或多或少的入口侵蝕問題，因而管口存在不圓度，表面光潔度也不佳，手工清理不能消除這些缺陷，因此堵管質(zhì)量受到很大影響。

運(yùn)行中出現(xiàn)管束泄漏，高加隔離后，為了搶時(shí)間提高高加投入率，在高溫和潮濕環(huán)境中進(jìn)行焊接，因此出現(xiàn)氣孔、夾雜等缺陷是常事，焊接后應(yīng)力沒能徹底消除，焊接管塞密封焊表面因介質(zhì)溫度和沖蝕，造成臨近管束密封焊口的熔敷層開裂。

避免此類問題發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)管理，建立良好的作業(yè)環(huán)境，來(lái)提高檢修質(zhì)量，減少高加解裂次數(shù)。

8.檢修的注意事項(xiàng)

為縮短檢修及停運(yùn)時(shí)間，加速水室等部件的冷卻，不能用低溫水冷卻，可以通入壓縮空氣，或用風(fēng)機(jī)從高加水室抽出熱空氣，使高加水側(cè)加強(qiáng)通風(fēng)。 

對(duì)于端口漏泄，不能象過去那樣堵塞管子而應(yīng)刮去原有的焊堆再做補(bǔ)焊，但堆焊不宜太多，以防止焊接應(yīng)力損傷鄰近管口的焊縫,對(duì)于管本身泄漏。 

當(dāng)高壓加熱器泄漏后，為避免泄漏沖刷鄰近管束發(fā)生二次損傷，應(yīng)及早隔離處理，對(duì)靠近泄漏管束周邊的一層管子進(jìn)行擴(kuò)大保護(hù)性堵管，防止泄漏沖刷管束而使表面減薄留下潛在泄漏隱患。

9．結(jié)論

投用高壓加熱器，要嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程嚴(yán)格控制高壓加熱器溫升率和溫降率。有泄漏跡象時(shí)，應(yīng)及時(shí)隔離處理，管束減小二次損傷，減少繼發(fā)性沖蝕。嚴(yán)格把好檢修質(zhì)量關(guān)，重視堵管工藝，保證堵管質(zhì)量，是減少頻繁泄漏的關(guān)鍵。同時(shí)，通過對(duì)高加系統(tǒng)的綜合治理，包括裝置更新、系統(tǒng)優(yōu)化、新技術(shù)應(yīng)用等，解決影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性的隱患問題，提高高壓加熱器的投入率和系統(tǒng)的可靠性水平。