劉 保

（福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建泉州 362251）

0 引言

某廠裝有美國GE 公司MS109FA 燃?xì)?蒸汽單軸聯(lián)合循環(huán)機組，其前置模塊由大連派思燃?xì)庀到y(tǒng)有限公司提供的慣性凝聚式絕對分離器、管殼式性能加熱器、旋風(fēng)分離器以及電加熱器等設(shè)備組成。機組于2009 年商業(yè)運行，運行有十年有余，近期性能加熱器出現(xiàn)了內(nèi)漏，管程的高溫高壓介質(zhì)通過管殼泄漏點進(jìn)入了天然氣側(cè)殼程，造成天然氣溫度下降，導(dǎo)致機組負(fù)荷下降事件。

1 事件背景

2019 年12 月31 日，某廠4#機DCS（集散控制系統(tǒng)）報“性能加熱器外殼水位高”信號報警，檢查性能加熱器液位磁翻板顯示為零，后DCS 又報“性能加熱器外殼水位高高”信號報警，性能加熱器自動退出運行，天然氣溫度降至139 ℃，機組負(fù)荷受限，熱控人員將水位高高信號強制為零，手動投入性能加熱器，并每2 h 進(jìn)行手動疏水一次，天然氣溫度恢復(fù)正常，機組負(fù)荷受限釋放。

機組停運后啟動鍋爐中壓給水泵，保持性能加熱器水側(cè)壓力5.3 MPa，對性能加熱器氣側(cè)進(jìn)行排水檢查，有少許水流出后恢復(fù)正常；停運鍋爐中壓給水泵，打開性能加熱器水側(cè)排空閥，用危險氣體檢測儀檢測排空管口危險氣體，危險氣體檢測儀顯示達(dá)100%LEL（可燃?xì)怏w爆炸下限），確定為性能加熱器內(nèi)漏造成；次日性能加熱器運行發(fā)現(xiàn)疏水袋內(nèi)液位高信號出現(xiàn)由5 h縮短至2 h，判斷漏點有變大趨勢。

2 性能加熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

性能加熱器為管殼式換熱器，其中管程為液體介質(zhì)，殼程為氣體介質(zhì)。兩端半球形封帽分別用40 顆M36×360 mm 螺栓鎖緊，管程采用579 根Φ19 mm×2 mm、L=7400 mm 的換熱管連通，換熱管的材質(zhì)為20G 無縫鋼管，并采用強度焊加貼脹的連接方式固定在管板上（圖1）。換熱管內(nèi)設(shè)計壓力7.6 MPa，換熱管外與性能加熱器容器間設(shè)計壓力4.14 MPa，性能加熱器容量按110%配置設(shè)計。

圖1 換熱管與管板連接

3 性能加熱器漏點處理

3.1 打壓查漏

將性能加熱器兩端半球形封帽拆除，在殼程用氣體打壓到設(shè)計壓力4.14 MPa，用泡沫水封住每一根換熱管的端口，檢查換熱管的泄漏情況；發(fā)現(xiàn)漏點在性能加熱器端面中部的換熱管且離管口約15 mm 位置，泄漏點為長3 mm 的縱向裂紋狀（圖2）。

圖2 性能加熱器換熱管漏點

3.2 換熱管堵漏

用直徑為15 mm 的低碳鋼圓鋼切成兩個約30 mm 的堵頭，將堵頭的一端打磨長度5 mm 的45°坡口，分別放入打磨后的換熱管內(nèi)，用氬弧焊進(jìn)行封堵，在換熱器殼程充入氣體并打壓到設(shè)計壓4.14 MPa，立即進(jìn)行保壓試驗12 h，未見封堵的換熱管泄漏。

4 性能加熱器漏點分析

4.1 換熱管檢查

用高壓水槍將所有的換熱管內(nèi)壁氧化層除去，發(fā)現(xiàn)換熱管的腐蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重，尤其在泄漏點的周圍，腐蝕深度超過1 mm，運行時無法承受工作壓力，在最薄弱部位產(chǎn)生了裂紋。隨機抽取性能加熱器管板上、中、下部的換熱管，檢查發(fā)現(xiàn)上、下部分的換熱管均有不同程度的腐蝕且腐蝕深度超過0.3 mm，中間部位的換熱管腐蝕程度比較嚴(yán)重，尤其在與性能加熱器端蓋進(jìn)出口管水平位置的換熱管腐蝕深度均超過0.5 mm，此處的換熱管在運行中承受系統(tǒng)壓力均有產(chǎn)生裂紋或砂眼的可能性，再次導(dǎo)致性能加熱器內(nèi)漏現(xiàn)象發(fā)生。

4.2 換熱管腐蝕機理

性能加熱器換熱管材料是20G 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其主要用于鍋爐再熱器、水冷壁、省煤器等，含碳量為0.16%～0.24%，抗拉強度為410 MPa，屈服點為230 MPa，長期使用時最高溫度應(yīng)＜450 ℃；機組運行期間換熱管內(nèi)壁充滿鍋爐給水，水的品質(zhì)呈弱堿性，換熱管內(nèi)壁會出現(xiàn)一層致密氧化膜，減慢腐蝕速率；但結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，某廠運行方式為晝起夜停式，加之近兩年機組在網(wǎng)小時數(shù)從3000 h 驟降至1500 h，性能加熱器連續(xù)運行時間縮短，冷態(tài)啟動頻率增加，導(dǎo)致?lián)Q熱管腐蝕速率提高，壽命降低。

從性能加熱器結(jié)構(gòu)分析，其進(jìn)出水管均接在半球形端蓋中心，當(dāng)性能加熱器停運后由于端蓋上的放水閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)，容器內(nèi)低于進(jìn)出口管的部分的介質(zhì)無法放出，導(dǎo)致低于性能加熱器進(jìn)出口管的換熱管始終置于水中，而高于進(jìn)出水管口的換熱管會暴露的空氣中，根據(jù)鐵在潮濕空氣氧化方程式：4Fe+3O2+2xH2O=2Fe2O3·xH2O 得出，在水和空氣相鄰部位的換熱管內(nèi)壁氧化過程速度較快。

由于機組頻繁冷態(tài)啟動，停運時間又較長，性能加熱器水側(cè)壓力往復(fù)建立速率大幅度升高，加速了換熱管內(nèi)壁氧化膜的脫落，導(dǎo)致新的氧化發(fā)生。當(dāng)換熱管壁厚小于最小安全壁厚時，其材料的力學(xué)性能無法滿足系統(tǒng)需求，導(dǎo)致?lián)Q熱管形成漏點，且腐蝕導(dǎo)致的漏點主要以裂紋形式存在，裂紋一旦形成其劣化速率非?？?，導(dǎo)致性能加熱器退出運行，甚至導(dǎo)致機組跳閘。

5 防范措施

5.1 加強保養(yǎng)

當(dāng)機組計劃長期停運時，性能加熱器退出運行后，必須在水溫＞100 ℃時進(jìn)行放水操作，并及時打開排空閥進(jìn)行通風(fēng)干燥，減少換熱管在潮濕環(huán)境中時間，從而降低腐蝕速率。

5.2 防腐處理

在機組大修期間可以對性能加熱器換熱管內(nèi)壁徹底清理，并進(jìn)行鍍鋅處理或者進(jìn)行其他工藝防腐處理等，減小換熱管內(nèi)壁與潮濕環(huán)境的接觸面積，從而降低腐蝕速率。

5.3 改善運行方式

兩班制運行時，性能加熱器退出運行后，及時關(guān)閉水側(cè)排空閥，保證性能加熱器內(nèi)部充滿水或者水蒸汽，盡可能減少換熱管內(nèi)壁與空氣的接觸時間，從而降低腐蝕速率。

6 結(jié)論

某廠S109FA 燃?xì)鈾C組性能加熱器出現(xiàn)換熱管內(nèi)漏現(xiàn)象，主要是性能加熱器管板中間部位的換熱管腐蝕嚴(yán)重，換熱管的力學(xué)性能無法滿足系統(tǒng)需求，在工作壓力下?lián)Q熱管失效，導(dǎo)致形成泄漏點，而上部及下部換熱管也有輕微腐蝕；燃?xì)鈾C組的性能加熱器已運行8 年時間，建議安排對換熱管進(jìn)行全面檢查，尤其是換熱管采用20G 優(yōu)質(zhì)碳素鋼的性能加熱器，防止出現(xiàn)跳機或緊急降負(fù)荷工況。