徐慶磊，顧瓊彥

(1.上海電氣集團股份有限公司，上海，201199；2.上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機廠，上海，200090)

0 概 述

高壓加熱器(簡稱高加)是回?zé)嵯到y(tǒng)中的核心設(shè)備，利用了汽輪機抽汽加熱鍋爐給水，以提高機組的熱效率，高壓加熱器的投入率是機組經(jīng)濟效率的一項重要指標[1]。隨著火力發(fā)電機組向大容量、高參數(shù)發(fā)展，高加承受的給水壓力及溫度也在大幅度地提高，因此，對設(shè)備運行的可靠性提出了更高的要求。高加一旦發(fā)生事故，不僅會損壞設(shè)備本身、影響機組效率，還會波及設(shè)備周圍的設(shè)施和人身財產(chǎn)安全。對于高加的失效問題，應(yīng)認真對待妥善處理，提高設(shè)計及制造質(zhì)量，加強運行管理水平，才是避免事故發(fā)生的有效途徑。

1 高加泄漏與失效

失效，即是在規(guī)定的時間內(nèi)，設(shè)備因尺寸、形狀或材料性能變化，從而危及了安全或喪失了設(shè)備的運行性能。目前，在國內(nèi)機組中，使用最為廣泛的高加是管殼式換熱器。最常見、且影響比重最為突出的高加失效形式，即為高加換熱管的泄漏失效[2]。高加換熱管的泄漏失效，具有形式多樣、原因復(fù)雜、危害大、難處理等特點，因此，應(yīng)引起足夠的重視。準確判定泄漏位置、及時處置和尋找泄漏原因，才能避免更大的損失。

失效分析的應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，實用性強。利用各種高科技手段，開展失效分析工作的目的，不僅在于查明事故原因、界定事故責(zé)任，更為重要的意義是找出導(dǎo)致失效的誘因，糾正既有的錯誤，并為提升后續(xù)產(chǎn)品的設(shè)計水平和制造質(zhì)量，提供理論與實驗方面的依據(jù)。失效分析的基本流程，如圖1所示。

圖1 失效分析的基本流程

因高加泄漏失效屬于突發(fā)性事故，所以，在現(xiàn)場勘察及資料收集工作的重要性不可低估。在實施失效分析時，應(yīng)本著真實客觀的態(tài)度，盡可能地收集和甄別各種信息，尤其需查驗高加管板端面上的漏點及泄漏處的深度，如實記錄漏點信息，準確定位高加內(nèi)部的泄漏位置，有助于后期的失效分析，從而找出泄漏失效的原因。

2 高加泄漏失效的機理

一旦高加發(fā)生泄漏失效，及時判斷高加的泄漏點尤為重要。若處置得當，不但可以避免次生危害，還可以有效的保證高加的使用壽命[3]。若忽視高加的泄漏問題而繼續(xù)運行，可能將損壞初始泄漏點周圍的換熱管，造成更嚴重的事故。忽視高加長時間泄漏從而造成的危害和后果，如表1所示。

表1忽視泄漏造成的危害和后果

序號發(fā)生泄漏后的狀態(tài)忽視泄漏的后果1高壓水沖刷周圍管束。增加受損換熱管的數(shù)量,加劇泄漏。2高加殼側(cè)水位急劇增高,疏水無法排出。高加滿水,淹沒進汽口,汽水可能灌入汽輪機。3高加長時間泄漏后,直至高加解列。增加汽輪機末幾級的蒸汽流量,增大各級葉片的軸向推力、加劇葉片腐蝕,使汽輪機的功率受限。4高加長時間泄漏后,高加被解列。鍋爐壁溫超過極限值,影響機組運行安全。5高加解列后,高加系統(tǒng)的給水出口溫度降低。為維持負荷需增加燃煤量及風(fēng)機出力,增加了煤耗。同時,增加了機組熱耗率和廠用電量

機組運行時，應(yīng)密切關(guān)注高加的運行狀態(tài)，注意疏水調(diào)節(jié)閥的開度是否變大，并確認換熱管是否發(fā)生了泄漏。高加換熱管泄漏失效的特征，如表2所示。

表2高加泄漏失效的特征

序號高加換熱管泄漏的特征參數(shù)及運行狀態(tài)1水位波動異常,水位高信號報警。/2下端差遠高于正常值,疏水調(diào)節(jié)閥的開度增大。正常高加下端差[4] 一般不大于11°。3事故疏水閥開度增大、全開,有水沖刷的泄漏聲。/4給水溫度降低,給水泵轉(zhuǎn)速增加,給水流量增大。給水漏至殼側(cè)、疏水至除氧器。

眾多研究成果表明，高加泄漏失效的變化率，也有規(guī)律可循，變化率的轉(zhuǎn)變曲線，即為通常所說的浴盆曲線，如圖2所示。根據(jù)相關(guān)理論和曲線變化的特點，高加泄漏失效率隨時間變化所呈現(xiàn)的失效期，可分為早期失效期、偶發(fā)失效期及損耗失效期。

圖2 高加泄漏失效的浴盆曲線

針對高加失效的期限進行分析，早期的失效期也可稱為磨合期，主要是指高加設(shè)備投運之初與機組其他設(shè)備配合的過渡期。磨合期的特點，是失效率先高后低，降低的趨勢很明顯。在磨合期內(nèi)產(chǎn)生失效的主要原因，均為操作不當，或者是產(chǎn)品在設(shè)計及制造過程中存在缺陷。

處于偶發(fā)失效期內(nèi)的設(shè)備，失效率較為穩(wěn)定，失效率的水平低，發(fā)生失效的時間節(jié)點是隨機的。在偶發(fā)期內(nèi)的失效原因，主要是維護保養(yǎng)不當，或是運行管理不到位所造成的。通過改進運行管理、重視保養(yǎng)維護，均可降低偶發(fā)期內(nèi)的失效率。

耗損失效期是指高加進入使用壽命的后期，由于疲勞、腐蝕、沖刷、磨損及老化等原因，引起失效率不斷升高。在耗損失效期內(nèi)的高加，如果無法通過有效的手段降低失效率，適當延長使用壽命，應(yīng)及時更換高加，以免增加機組的運行成本。

電廠投運初期所發(fā)生的高加泄漏失效，是極少數(shù)的，若因嚴重腐蝕造成換熱管大量泄漏，堵管率超過10%的上限[4]、最終將使高加無法繼續(xù)使用。若換熱管泄漏的數(shù)量較少，發(fā)生的事故輕微且可控，經(jīng)妥善處理后，高加仍可正常使用。

3 高加失效案例及預(yù)防措施

案例一，國外某濱海電廠高加換熱管的材質(zhì)，為SA213TP304不銹鋼，因高加換熱管發(fā)生了大面積泄漏，造成高加泄漏失效，影響了機組正常運行。失效分析的結(jié)果表明，高加不銹鋼換熱管發(fā)生了應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕的主要原因，是因凝汽器發(fā)生了泄漏，從而使給水中的氯離子數(shù)量超標。奧氏體不銹鋼在鹵素離子環(huán)境下，極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。在電廠的運行管理中，應(yīng)特別重視對氫電導(dǎo)率的監(jiān)控，或者將換熱管材料更換為對鹵素離子敏感性低的碳素鋼SA556CrC2，避免高加換熱管發(fā)生應(yīng)力腐蝕。

案例二，國內(nèi)某電廠高加換熱管發(fā)生大面積泄漏。該高加在安裝工地停放了較長時間(約2年)，在此期間未采取保護措施。高加安裝后，為去除可能存在的腐蝕物，采用含十八胺等物質(zhì)的酸洗劑，對高加進行酸洗。酸洗后，未能用清水徹底清除酸洗后殘留物質(zhì)。當高加投運后，殘留的化學(xué)物質(zhì)破壞了原本致密的氧化層，使換熱管產(chǎn)生了腐蝕凹坑、點腐蝕，并發(fā)生了大面積的泄漏。

當高加短期停運后，應(yīng)在殼側(cè)充滿蒸汽，并適當?shù)卣{(diào)節(jié)管側(cè)除氧水的pH值，對高加有很好的保護作用。當停機時間較長(超過3個月)，必須提供持久性的保護措施，例如采取充氮或使用其它合適的化學(xué)抑制劑。首先，應(yīng)排凈高加管側(cè)及殼側(cè)的積水，待高加殼側(cè)完全干燥后，再充入干燥的氮氣。充氮壓力應(yīng)符合防護高加的技術(shù)要求。此外，在高加的管側(cè)，應(yīng)加大聯(lián)氨的注入量，將濃度提高至200mg/m3，通過增加氨進行調(diào)節(jié)，控制pH值為10.0[5]。

案例三，國內(nèi)某電廠3號高加的下端差過高，疏水水位的波動異常。該高加的運行時間超過10年，曾多次發(fā)生換熱管泄漏，并陸續(xù)出現(xiàn)下端差過高、疏水水位波動異常等現(xiàn)象。拆解高加后，發(fā)現(xiàn)爆管主要發(fā)生在高加的蒸汽冷卻段(簡稱蒸冷段)和疏水冷卻段(簡稱疏冷段)。查閱電廠的運行記錄，高加的初次爆管就發(fā)生在蒸冷段，該處換熱管的外表面存在明顯的金屬劃痕，可能是異物進入高加殼側(cè)后，并卡在換熱管中間所產(chǎn)生的劃痕。

由于發(fā)現(xiàn)及堵漏不及時，第一根換熱管爆管后，管側(cè)給水的較大動能從斷口處向外釋放，不但損傷了周圍的換熱管，還將蒸冷段的內(nèi)部包殼擊穿。由于產(chǎn)生了泄漏，影響了疏水水位的穩(wěn)定。水位的持續(xù)波動，將使疏冷段內(nèi)部存在汽液兩相流動，更加劇了對換熱管的沖刷，造成疏冷段內(nèi)換熱管泄漏、疏冷段包殼穿孔。至此，疏冷段與外部連通，疏水無法進一步冷卻，只能以接近進汽飽和溫度疏送至下一級加熱器，疏水在管道內(nèi)急劇擴容，引發(fā)了管道振動、疏水調(diào)節(jié)閥開度變大等現(xiàn)象。建議避免在蒸汽管道的密封處使用金屬纏繞墊片，并且應(yīng)在系統(tǒng)沖洗前對高加進行隔離，以免碎屑等異物進入高加內(nèi)部損傷換熱管。預(yù)防高加泄漏失效的具體措施，如表3所示。

表3預(yù)防高加泄漏失效的措施

序號預(yù)防措施操作要求1優(yōu)化換熱結(jié)構(gòu),針對多種復(fù)雜工況進行校核。合理匹配高加換熱區(qū)段,應(yīng)對變負荷工況。2嚴格按圖加工、加強質(zhì)保檢測。保證高加出廠質(zhì)量。3遵守運行水質(zhì)要求,酸洗勿用十八胺。碳鋼pH 9.5以上;不銹鋼pH 9.5。4打開運行排氣口,排除不凝結(jié)氣體。避免腐蝕管束,提升換熱效率。5熱態(tài)調(diào)試水位,維持水位正常穩(wěn)定。低水位或水位波動,汽液兩相流沖刷疏冷段管束。6減少非正常工況(低負荷)運行次數(shù)及時間。過熱段出口蒸汽凝結(jié),汽液兩相流沖刷管束。7嚴格控制高加啟停時溫度變化的速率。升溫不超過3℃/min,降溫不超過2℃/min。

4 結(jié) 語

正確認識高加的泄漏失效現(xiàn)象，及時發(fā)現(xiàn)高加泄漏和妥善處理，至關(guān)重要。提高機組運行的管理水平，做好停運時的保護措施，預(yù)防高加的泄漏事故的發(fā)生，才能提高高加的投運率，確保機組安全高效地運行。