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的抽汽來加熱鍋爐給水,進而使得給水達到所需溫度。設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,提高了整個循環(huán)的熱效率。增加機組經(jīng)濟性及保證機組的安全運行。 如果高加發(fā)生故障造成停運，則鍋爐的給水只能通過旁系管道進入，就會大大降低進入鍋爐的給水溫度，從而增加燃料耗量，增加發(fā)電成本，降低經(jīng)濟性，同時也會影響鍋爐和汽輪發(fā)電機組的安全運行。

2．高壓加熱器結構及原理 

2.1結構

常用的高壓加熱器為臥式U型高壓加熱器，主要由管側和殼側兩大部分組成。包括給水進出口、疏水出口、疏水冷卻段、凝結段、危急疏水出口、上級疏水進口、管束、過熱蒸汽冷卻段、蒸汽進口機給水出口等。

2.2原理

管側段的流程為：給水首先由給水進口流入高壓加熱器的U形管，然后通過疏水冷卻段、凝結段及過熱蒸汽冷卻段三個傳熱區(qū)域進入水室，再從給水出口流出；殼側段的流程為：汽輪機抽汽由蒸汽進口進入高壓加熱器，然后通過過熱蒸汽冷卻段、凝結段及疏水冷卻段三個區(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，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口壓力下的飽和溫度；凝結段主要利用蒸汽凝結時釋放的汽化潛熱來對給水進行加熱，隔板的作用是使得蒸汽沿高壓加熱器長度方向均勻分布，并在隔板的導向下流向高壓加熱器尾部；疏水冷卻段位于給水進口流程側，并由包殼板密封，其作用是把離開凝結段的疏水的熱量傳遞給進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)在高加水位波動異常，高加水位高信號報警； 高加端差增大，遠高于正常值，正常疏水水位無法保持，給水溫度降低；高加事故疏水閥開度明顯增大甚至打開，內部有類似水沖刷的泄露聲；給水泵轉速增加，給水流量增大，其原因是由于高加泄露，水側大量漏入汽通過疏水逐級自流導入除氧器；相同負荷工況下，給水流量明顯增大，其原因是由于高加泄露導致傳熱惡化從而造成了給水溫度的降低； 高加運行過程中若不是由于保護誤動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致。 

4．高壓加熱器泄露會導致嚴重危害

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

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

4.3 高加泄露導致解列時，隨著給水溫度的降低，為保持負荷不變需增加燃煤量及風機處的出力，從而造成爐膛過熱，汽溫升高，標準煤耗增加，機組熱耗率增加進而引起廠用電量的增加； 

4.4 高加泄露導致停運時會引起汽輪機末幾級蒸汽流量的增加從而加劇葉片的腐蝕，還會使得鍋爐壁溫度超過極限值，抽汽口各級葉片軸向推力增加，此時為保證機組的安全，就必須降低或限制汽輪機的功率，若高加泄露時間過長，則會嚴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力過大、管板變形和制造質量不良。

熱應力過大：高加正常啟停,或機組運行中高加故障停運以及重新啟動時會造成高加的溫升率、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,會使管端口發(fā)生漏泄。

制造質量不良：高壓加熱器中管子與管板間的脹管或焊接技術要求很高。高加管板與管子材質相當重要，它影響管板與管子的焊接。焊接技術至關重要，堆焊技術不過關,會造成孔眼,降低了端口承受機組運行方式變化的能力。選用高加應采用使用業(yè)績好的廠家和選用各方面質量好的產(chǎn)品。

5.2 管本身漏泄的主要原因 

管本身漏泄在于振動、腐蝕、超壓等原因。

振動：當通過管子間的蒸汽流量超過設計時,流速也相應超過設計值,嚴重時會使管子發(fā)生振動,有的甚至產(chǎn)生共振現(xiàn)象,管子振動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：管的外壁和內壁都會發(fā)生化學腐蝕。給水中的溶解氧過高或pH值過低,都會使高加管內壁受腐蝕。

超壓：高加水側壓力偏高時,若高加水側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，高加惡劣的運行環(huán)境也會加劇管子的破壞，此外在檢修過程中，若沒有及時對泄露管子周圍進行保護性的堵管及補焊，則會 殘 余應力過大而導致焊口泄露。

6．高壓加熱器泄露防止措施 

6.1.提高高加運行效果的工藝管理，預防管束泄漏。

通過對高壓加熱器啟停操作的科學優(yōu)化,能有效提高了高加的投運率,在提高熱效率的同時,保證了高加的長期安全運行。 

高加投運時，應限制蒸汽參數(shù)變化速度，嚴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整，及時投入疏水自調，減少溫度變化率對高加的影響。

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，上海輔機廠提出的規(guī)定2℃/min和1．2℃/min。作為我國高加標準的制定單位，其提供的標準應是具權威的理論，應嚴格執(zhí)行操作規(guī)定。

停高加時,如果突然全關其進汽門并繼續(xù)向高加進給水,高加的溫降率將嚴重超過限額。 所以機組在運行中需要立即停高加 ，為防止進汽門內漏蒸汽使高加內的水定容升壓,應將水側的排空氣閥或放水門打開。 

高加冷態(tài)投運時,為了不使高加的溫升超過規(guī)定,首先微開抽氣電動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，可用手動閥進行調節(jié)，再慢慢開啟高加進汽門。  

6.2做好高加檢查工作

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

6.3 高加的防腐工作

高加在運行中，內部要排凈空氣。 要定期化驗給水品質是否合格。在啟動時，汽水側應排凈空氣，不使氣體滯積。高加停運期間的防腐工作要按照制造廠家規(guī)定的防腐措施進行維護。

6.4使用新技術改造系統(tǒng)

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

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，應查明究竟是管子本身漏還是焊縫漏，不應草率將管子堵塞，甚至將附近幾根管子都堵塞。若是管口漏，便應補焊。

7.1 U形管高加管束的處理

U形管高加管束的泄漏時，更換管子很困難,堵管是一種主要的修復手段。在堵管前應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。 

如果管板材質為20MnMo，換熱管為SA556GRC2，φ16X2.1碳鋼20MnMo材料需要在預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不預熱而采取的一種工藝措施，因此對管板的返修要考慮到管板的這一結構特點。管板焊接及管子出現(xiàn)泄漏需要補焊和封堵管子時，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打磨清理，進行鉸孔、清理，加工管塞（用20號低碳鋼），堵塞選用材質為#20鋼或Q235-A（A3鋼）．封堵后端部露出５±１mm；焊條牌號為J507。

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

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，因此堵管質量受到很大影響。

運行中出現(xiàn)管束泄漏，高加隔離后，為了搶時間提高高加投入率，在高溫和潮濕環(huán)境中進行焊接，因此出現(xiàn)氣孔、夾雜等缺陷是常事，焊接后應力沒能徹底消除，焊接管塞密封焊表面因介質溫度和沖蝕，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，應加強管理，建立良好的作業(yè)環(huán)境，來提高檢修質量，減少高加解裂次數(shù)。

8.檢修的注意事項

為縮短檢修及停運時間，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，或用風機從高加水室抽出熱空氣，使高加水側加強通風。 

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

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

9．結論

投用高壓加熱器，要嚴格執(zhí)行操作規(guī)程嚴格控制高壓加熱器溫升率和溫降率。有泄漏跡象時，應及時隔離處理，管束減小二次損傷，減少繼發(fā)性沖蝕。嚴格把好檢修質量關，重視堵管工藝，保證堵管質量，是減少頻繁泄漏的關鍵。同時，通過對高加系統(tǒng)的綜合治理，包括裝置更新、系統(tǒng)優(yōu)化、新技術應用等，解決影響機組經(jīng)濟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。