（陜西德源府谷能源有限公司，陜西 府谷 719400）

0 引言

陜西德源府谷能源有限公司的高壓加熱器由哈爾濱哈鍋鍋爐有限公司生產制造，臥式高加結構，機組采用單系列、臥式大旁路布置，由3 臺高加及附件組成：即JG-2200-1 高加，JG-2170-2 高加，JG-1650-3 高加和附件。在高加內通過汽輪機抽汽對主給水進行加熱。高加為逐級自流疏水，在正常情況時3 號高加疏水自流至除氧器。危急情況下高加疏水流至排汽裝置，3 臺高加抽汽汽源分別為一段、二段、三段抽汽。機組自2008 投產以來，出現(xiàn)了數(shù)次高加泄漏故障，影響了機組的安全及經(jīng)濟運行，通過與電科院和制造廠家的技術人員溝通討論制定了處理方案和防治措施。

1 高加泄漏現(xiàn)象

2019 年6 月7 日下午，1 號機組總負荷為512 MW，3號高壓加熱器水位波動異常，水位高信號報警，事故放水打開，泄漏檢測儀報警， 3 號高壓加熱器正常疏水調閥開度97%， 危機疏水調門頻繁動作。給水溫度明顯降低，高加殼側內部有水流沖刷聲音，以此判斷，3 號高加熱器殼側U型換熱管發(fā)生泄漏。隨后申請緊急降負荷，關閉高壓加熱器出入口閥門，鍋爐給水倒換為旁路運行，關閉抽汽逆止閥和抽汽電動閥，將機組解列，對系統(tǒng)進行了隔離。

2 泄漏分析判斷

通過對3 號高壓加熱器近段時間的運行參數(shù)進行對比分析， 判斷為3 號高壓加熱器管側泄漏嚴重，詳細分析見表1。

表1 3 號高壓加熱器泄漏分析

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)綜合分析可知，隨著時間的推移，2A/2B汽前泵的流量越來越大，小機轉速排除主汽壓力因素也越來越高。350 MW 負荷時，2A/2B 汽前泵流量增加約300 t/h， 450 MW 負荷時，2A/2B 汽前泵流量增加約400 t/h。3 號高壓加熱器的正常疏水調門開度也隨時間的增加全開，同時2A/2B 的汽前泵電流逐漸增大。

3 高加的結構特點

3 號高壓加熱器是典型的臥式U 型管管板式換熱器，其殼側介質為蒸汽， 管側介質為給水。抽汽在殼側凝結成疏水。蒸汽在高壓加熱器內部對給水的加熱分為過熱蒸汽段、凝結放熱段及疏水冷卻段。#3 高壓加熱器壓熱器三段加熱面積分配合理， 使其疏水逐級自流至除氧器， 能滿足加熱器的正常運行要求。3 號高壓加熱器的殼側及管側均設有超壓保護裝置， 管側入孔門采用自密封結構。在加熱器里在蒸汽入口處和給水入口處均設置有防沖板，防沖板的作用就是為了防止高壓蒸汽和高壓水對管子造成沖蝕。加熱器水室組件包括給水進、出口接管、水室包殼及人孔端蓋等如圖1 所示。

4 高壓加熱器泄漏原因分析

4.1 高溫腐蝕

將機組3 臺高壓加熱器的主要參數(shù)分類列出，進行對比分析。根據(jù)表2 工作參數(shù)的對比可知， 3 號高壓加熱器相比其他2 臺的殼側壓力最低， 進汽量也最少，但是進汽溫度是最高的，給水溫度卻又最低。加熱器的管側設計壓力為28 MPa，而殼側的壓力為2.3 MPa，兩者壓力相差12 倍之多，兩者溫差最大256℃， 所以3 號高加的運行條件最為惡劣。根據(jù)哈爾濱鍋爐廠有限公司提供的圖紙，U型換熱管的材質為SA-556Gr.C2，該材質的使用溫度上限是450℃， 3 號高壓加熱器的加熱蒸汽溫度在機組運行時為420℃~460℃。實際運行的時候會有超溫的時候，U 型換熱管的尺寸為Φ15.88×2.2mm，管壁很薄，腐蝕余量很少。由于3 號高壓加熱器的殼側壓力較低，連續(xù)排空氣壓力與除氧器壓力差較小， 這樣就容易使3 號高壓加熱器無法正常連續(xù)排空氣，導致非凝結氣體的積存，所以在長期超溫的情況管系的腐蝕加速。由此分析得知， 高溫腐蝕是造成我廠3 號高壓加熱器管系泄漏的主要原因。

圖1 3 號高壓加熱器示意圖

表2 高壓加熱器主要參數(shù)對比

4.2 高壓加熱器在投運或停運過程中操作不當

高壓加熱器投運前暖管時間不足，在投運過程中溫升速率超過規(guī)范，換熱管壁厚薄，吸熱快，與換熱管連接的管板厚（δ=620 mm）吸熱慢，兩者在同一時間的熱膨脹系數(shù)不一致，換熱管在膨脹的作用下產生變形。高加停運時，降溫速度過快，高加上部的U 型管束溫降滯后于下部，從而形成較大的溫差，產生熱變形。產生了熱應力，U 型管和管板膨脹量不一致，管子和管板之間的角焊縫或脹接處發(fā)生損壞。設備長時間超負荷運行，會引起管系異常振動和高強度沖蝕，加速管子的損壞。

4.3 沖刷侵蝕

高壓蒸汽從蒸汽入口管進入殼側，高壓蒸汽會被防沖板阻擋并分散進入殼側，因防沖板材料和焊接質量存在問題，在運行中破損或脫落，失去了防沖刷的作用，高壓蒸汽的流速很高，在氣流中會有水滴，U 型管經(jīng)長期的汽、水兩項流沖刷，管壁就會變薄，直至爆裂。圖2 為蒸汽入口下方的U 型管破損照片。殼側的水從疏水吸入口進去疏水包殼，由疏水出口排至除氧器，疏水包殼內有一定的壓力，同在殼側，疏水包殼內壓力和汽側的壓力相差較大，由于疏水包括焊接質量不良等原因，設備運行中會產生振動，振動加速了疏水包殼焊縫的開裂，疏水包殼一但泄漏就會造成殼側汽、水混合，水中含有大量的氣泡，不斷沖蝕著附近的換熱管，出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。

圖2 蒸汽入口管下方管子破損圖

4.4 U型換熱管震動

U 型換熱管在殼側中穿過定位孔板，定位孔板起到支撐和固定固定的作用，當給水溫度過低或者機組超負荷運行時，蒸汽流量和流動速度超就會過設計值，有彈性的管子在就會產生振動，當激振力的頻率與U 型換熱管自然振動頻率一致時，U 型換熱管產生共振，振動幅度大大增加，管子與定位孔板管孔產生摩擦，隨著時間的推移，U 型換熱管管壁變薄，直至破裂。管子與管板連接處也會隨著振動的加劇而超過材料的疲勞持久的極限，致使脹接部分松弛和管端角焊縫發(fā)生泄漏。

4.5 水質腐蝕

3 號高壓加熱器使用的U 型換熱管材質為SA-556Gr.C2 的碳素鋼，碳素鋼在給水中的pH 值過低或者含氧量過高時，會受到腐蝕，管壁變薄。由于凝結水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及給水泵多級水封易破壞等原因致使給水溶氧長期超標（大于7μg/L）， 管壁金屬在表面形成的氧化膜被高紊流度的給水破壞并帶走， 金屬材料不斷損失， 最終導致管子的破損。有時損壞面可以擴大到管端焊縫甚至管板，由此造成了換熱管脹接部分的松弛。

4.6 材質、檢修工藝不良

高壓加熱器在制造廠生產時，U 型換熱管的采購可能會出現(xiàn)壁厚負偏差，或者管子檢測盲區(qū)有缺陷，換熱管子穿管受阻時，出現(xiàn)強力穿管的現(xiàn)象，換熱管表面會出現(xiàn)或深或淺的劃痕，未能及時發(fā)現(xiàn)，就將隱患留在了設備上，這些缺陷在高壓加熱器運行的某一階段就會發(fā)生泄漏。在檢修期間，發(fā)生泄漏會采用焊接堵銷的形式進行堵管處理，當堵銷安裝不合理，堵銷插入管口太深就會把管口擠變形，影響到附近的管孔，使之出現(xiàn)新的泄漏。

5 高加泄漏對機組的影響

當換熱管發(fā)生泄漏時，高壓水會沖損管周圍管束，造成周圍管束爆裂，泄漏愈加嚴重，為減少爆管數(shù)量，應立即將高加進行解列，退出系統(tǒng)運行。管側工作壓力為20 MPa，殼側工作壓力2.3 MPa，兩側的工作壓力相差很大，高加泄漏造成管側的高壓水就會進入到殼側，殼側水位急劇升高，而水位保護器不能及時動作，水位將逐漸淹沒U 型換熱管，換熱面積減少，當水位持續(xù)上升會淹沒蒸汽入口管道，甚至會進入汽輪機缸體內，造成汽輪機水沖擊事故。高加解列退出后，缺少換熱設備，鍋爐給水的溫度不夠，若要達到正常負荷的情況下，就需要提高爐膛的熱量，增加燃煤量，能耗過高不節(jié)能、不經(jīng)濟。高加泄漏直接影響高加投運率。

6 泄漏處理措施

高加泄漏的位置幾乎都在殼側的U 型換熱管，少部分在管板側角焊縫，由于高加的結構不能采用更換U型換熱管的方法，也不能在殼側進行處理。所以處理方式只能在管側（水室），采用堵銷的方式將泄漏的換熱管進行封堵，U 型換熱管管口均在管側，一上一下的2 個管口都要進行封堵。高壓加熱器解列停車，待設備自然冷卻至55℃以下，不可采用強制風冷或拆除設備保溫進行快速降溫，此時解體高加水室入孔裝置，拆除牽制螺栓，取下入孔端蓋。水室內作業(yè)空間狹小，作業(yè)前應采用壓縮空氣或者風扇進行通風，保證作業(yè)人員的安全。水室內部的給水管口上部要做好隔離，拆除管板上的防沖板，查找泄漏的管子。如果是搶修，時間比較短的情況下，可采用殼側打氣壓，在管側管板上涂上肥皂泡進行查漏，否則應采用渦流逐根換熱管進行檢測，檢測到缺陷管、壁厚減薄率超過標準規(guī)定的管、泄露爆管的進行標記，并做好記錄。渦流檢測準確率高，設備維修后不會留下安全隱患。加工足夠量的堵銷，堵銷是個上粗下細的圓柱體，最大直徑為管口內徑增加0.5 mm，最小直徑為管口直徑減少0.5 mm，堵銷上加工膨脹孔，堵銷長度為50 mm 為宜。堵銷材質應選用與換熱管材質相匹配。對于泄漏的管口應進行打磨，去除原始焊縫，堵銷差入管孔，用手錘輕輕砸進，堵銷砸至高出管板2 mm 左右即可，為保證焊接質量推薦使用手工氬弧焊焊接堵銷角焊縫，焊縫要飽滿，焊后做滲透檢測合格。無論使用何種堵管工藝，為了保證堵管的質量，被堵管的端頭部位一定要經(jīng)過良好的處理，使管板、管孔圓整、清潔，與堵頭有良好的接觸面。在管子與管板連接處有裂紋或沖蝕的情況下，一定要去除端部原管子材料及焊縫金屬，使堵頭與管板緊密接觸。圖3為U 型換熱管管口處泄漏點焊接修復完成照片。

圖3 管口處泄漏點焊接修復

7 高壓加熱器泄漏防治措施

7.1 加強質量和成品保護

高壓加熱器在生產制造時，要保證原材料質量過關，保證焊接質量，不能忽視蒸汽擋板和疏水剝殼的焊接質量，在U 型換熱管穿管時，不可用金屬錘擊，以免對管子造成損傷，高壓加熱器整體運輸和安裝期間，要定期檢查高加充氮保護壓力是否正常。根據(jù)施工計劃安排，最后節(jié)點拆除充氮保護裝置，最大程度地保護換熱管不被腐蝕。

7.2 控制運行參數(shù)

設備運行和停車時要嚴格控制升、降溫速率，壓力及溫度的驟變不得超出設計規(guī)定值，防止高壓加熱器內產生熱應力而變形，減少換熱管振動。設備溫度升、降溫速率為：給水溫升小于等于5℃/min，溫降小于等于2℃/min。運行中不斷的調整水位，水位一般在1/3 為宜，不能出現(xiàn)干燒現(xiàn)象。嚴格控制水的pH 值和含氧量，給水pH 值維控制在9.1~9.5 。溶解氧的含量不得超過7 pg/L，如果殼側有氧氣的存在，將會引起U 型換熱管外壁的氧腐蝕，疏水中的Fe離子含量控制在20 μg/L~30 μg/L，減少對換熱管的腐蝕。

7.3 及時發(fā)現(xiàn)和處理事故

當系統(tǒng)發(fā)生異常，如殼側水位明顯上升，給水泵的出力不正常等情況時，說明管系發(fā)生泄漏，一旦確認是換熱管發(fā)生泄漏，應將問題高加申請盡快退出運行，并進行檢漏，如果繼續(xù)運行就會使周圍的換熱管也發(fā)生泄漏，而造成更大的損傷。在機組無負荷及高加緊急停運時，立即切斷高加汽、管側，檢查抽汽逆止閥、電動門是否關嚴，防止蒸汽繼續(xù)進入殼體加熱不流動的給水，引起管子熱變形，而切斷給水可避免抽汽消失后給水快速冷卻管板，引起管口焊縫產生熱應力變形。高加加熱器停運時間過長（超過30 d）應該對高加管側進行防銹處理，如充氮保護。

8 結語

通過高壓加熱器的結構特點得知，在整個系統(tǒng)中，工作環(huán)境最惡劣的就是3 號高壓加熱器，管系內外壓差、溫差最大，所以非常容易發(fā)生管束及管板焊接處泄漏。通過對3 號高加的論述，總結出對高加泄漏的原因、處理方案及防治措施，在整個機組當中，1 號、2 號高壓加熱器也同樣會出現(xiàn)泄漏的情況，只是出現(xiàn)泄漏頻率較少而已。出現(xiàn)泄漏情況主要是由于設備運行的操作不當?shù)染C合因素，加速了泄漏的發(fā)生。因此，采取有效的預防措施及科學的運行方式不僅可以極大程度減少高加的泄露，更能通過高加投運小時數(shù)的增加，提高電廠機組運行的安全穩(wěn)定及經(jīng)濟運行。