高壓加熱器泄漏原因分析及對(duì)策

陳濤,魏勝孌

(四川華電攀枝花三維發(fā)電有限責(zé)任公司,四川攀枝花 617065)

0 引言

四川華電攀枝花三維發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱三維公司)2×150MW汽輪機(jī)采用青島青力鍋爐輔機(jī)有限公司生產(chǎn)的高壓加熱器,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是順置立式布置、大旁路系統(tǒng)、U形傳熱管、大開口并具有自密封結(jié)構(gòu)的雙流程水室,每臺(tái)高壓加熱器設(shè)有過(guò)熱蒸汽冷卻段和蒸汽凝結(jié)段和疏水冷卻段3個(gè)傳熱區(qū)段。來(lái)自汽輪機(jī)的抽汽先經(jīng)過(guò)過(guò)熱蒸汽冷卻段冷卻,再進(jìn)入蒸汽冷凝段凝結(jié)成疏水,然后進(jìn)入疏水冷卻段,疏水經(jīng)疏水調(diào)節(jié)閥控制,由壓力較高的高壓加熱器(以下簡(jiǎn)稱高加)排入壓力較低的高加,而壓力較低的高加疏水也經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制排至低壓加熱器(以下簡(jiǎn)稱低加)或除氧器。

1 高加泄漏的現(xiàn)象

(1)高加水位高信號(hào)報(bào)警。

(2)由于高加泄漏,給水大量漏入汽側(cè),導(dǎo)致給水泵液力偶合器開度增加,給水泵轉(zhuǎn)速增加,電流增大,給水泵入口流量增大。

(3)高加泄漏后由于傳熱惡化造成給水溫度偏低,機(jī)組熱耗率增加。如#11機(jī)組在100MW負(fù)荷下設(shè)計(jì)的高加投入熱耗率比切除時(shí)低186.6 kJ/(kW·h)。

(4)高加端差增大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常值。

2 高加泄漏后對(duì)機(jī)組的影響

(1)高加泄漏后,會(huì)由于泄漏管周圍正常管束受高壓水沖刷、沖擊而導(dǎo)致破壞泄漏,使高加泄漏情況更為嚴(yán)重。

(2)若高加水位急劇升高時(shí)保護(hù)未動(dòng)作,一旦水位淹沒抽汽管進(jìn)口,則會(huì)造成汽輪機(jī)水擊事故。

(3)高加解列后,給水溫度降低。以150MW機(jī)組為例,給水溫度會(huì)由243.86℃降至177.31℃。為保持負(fù)荷不變,則必須增加煤量,增加風(fēng)機(jī)處出力,這樣會(huì)造成爐膛過(guò)熱和汽溫升高,從而導(dǎo)致機(jī)組熱耗率增加。

(4)高加停運(yùn)后,還會(huì)使汽輪機(jī)末幾級(jí)蒸汽流量增加,加劇葉片的腐蝕。

(5)高加停運(yùn)后,還會(huì)使抽汽口的各級(jí)葉片軸向推力增加及鍋爐壁溫超限。為了確保機(jī)組安全,必須限制機(jī)組出力(#11、#12機(jī)組均不超過(guò)140MW)。

(6)高加泄漏消缺時(shí)間較長(zhǎng)(一般為35h),嚴(yán)重影響高加投入率。

3 高加泄漏的原因

三維公司2×150MW汽輪機(jī)#2高加管系發(fā)生的泄漏主要是管口焊縫泄漏和管子本身泄漏。

3.1 管口焊縫泄漏的原因

(1)制造質(zhì)量不佳。高壓加熱器管子與管板間加工、脹管及焊接技術(shù)要求很高。高加管板為20MnMo合金鋼,而U形管材料為SA556CrC2無(wú)縫鋼管,故需要堆焊。由于加工技術(shù)的差異,易造成管板孔眼尺寸公差誤差較大,部分孔、管間隙偏大,降低了管口適應(yīng)機(jī)組變工況運(yùn)行的能力。三維公司#11機(jī)組在2005年安裝打水壓時(shí)即封堵1根管板。

(2)管板變形。由于高加是管板結(jié)構(gòu),當(dāng)管板變形時(shí)容易使管端口發(fā)生泄漏。因?yàn)楦呒铀畟?cè)壓力高、溫度低,而汽側(cè)壓力低、溫度高,兩側(cè)間的機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力疊加,當(dāng)管板剛度及強(qiáng)度不夠時(shí)就會(huì)產(chǎn)生變形,向汽側(cè)鼓凸。因機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰,經(jīng)常處于變工況運(yùn)行狀態(tài)而導(dǎo)致相應(yīng)變形;又因高加進(jìn)汽門關(guān)不嚴(yán),機(jī)組運(yùn)行中停運(yùn)高加時(shí),高加水側(cè)受熱也易造成管板變形,造成焊口泄漏。

(3)熱應(yīng)力過(guò)大。由于高加未安裝測(cè)量管板及筒體溫度的裝置,只能以高加出口水溫計(jì)算溫升率及溫降率。在高加啟、停過(guò)程中,高加的溫升率、溫降率過(guò)大,使高加管板與管連接處受到很大的熱應(yīng)力,焊縫及脹口處易發(fā)生損壞,從而引起端口泄漏。特別是機(jī)組或高加故障需停運(yùn)時(shí),汽側(cè)迅速停止供汽,水側(cè)仍繼續(xù)通水。由于管壁薄、收縮快,而管板厚度大、收縮慢,導(dǎo)致管板焊縫損壞。從2006年統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看,幾乎每次停機(jī)時(shí)2臺(tái)機(jī)組#2高加均有泄漏,原因是停機(jī)或停高加過(guò)程中溫降率過(guò)高。

(4)檢修因素。

1)在#2高加泄漏后,沒有及時(shí)對(duì)泄漏管子周圍進(jìn)行保護(hù)性堵管。

2)加堵后補(bǔ)焊,存在較大的殘余應(yīng)力,易造成焊口泄漏。

3)高加系統(tǒng)缺陷多,檢修頻繁,檢修時(shí)間過(guò)短,高加檢修時(shí)保護(hù)措施不到位,高加啟、停頻繁。

3.2 管子本身泄漏的原因

(1)振動(dòng)。當(dāng)通過(guò)管子間的蒸汽或給水流量超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí),流速也相應(yīng)超過(guò)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,管壁變薄,在給水壓力的作用下破裂。這種現(xiàn)象在負(fù)荷高峰期時(shí)有發(fā)生。由于機(jī)組蒸汽初、終參數(shù)均未達(dá)到設(shè)計(jì)值,只有靠增加主汽流量滿足負(fù)荷要求。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在150 MW時(shí),主汽流量達(dá)480t/h,致使進(jìn)入高加的給水流速增加,加劇對(duì)管束的沖刷。

(2)管子材質(zhì)及工藝不良,廠家組裝時(shí)劃傷管子。

(3)腐蝕。管子的內(nèi)、外壁都會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕。給水中的溶解氧過(guò)高或pH值過(guò)低均會(huì)使管內(nèi)壁受腐蝕,這主要是因?yàn)楦呒釉谶\(yùn)行中空氣未排盡或高加停運(yùn)時(shí)汽側(cè)疏水未排盡。當(dāng)高加停運(yùn)而機(jī)組未停時(shí),由于進(jìn)汽門或空氣門不嚴(yán),不斷有蒸汽凝結(jié)成水。機(jī)組停運(yùn)或高加長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn),若未為采取防腐措施,管內(nèi)外壁都會(huì)受到腐蝕。三維公司機(jī)組在洪水季節(jié)啟、停頻繁,機(jī)組保養(yǎng)工作未得到很好的執(zhí)行。

(4)超壓。

4 采取的措施

4.1 調(diào)整高加端差至最佳值

(1)由于#2高加疏水量最大,壓差小,在低負(fù)荷時(shí)易引起疏水不暢而使水位升高,此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視與檢查,必要時(shí)提前打開危急疏放水門,降低高加水位,維持正常值。

(2)若疏水水位過(guò)低引起端差增大,應(yīng)及時(shí)聯(lián)系熱工人員共同到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行水位調(diào)整。

(3)加熱器中聚集不凝結(jié)氣體,將嚴(yán)重影響傳熱增加端差,應(yīng)合理調(diào)整高加排空氣門的開度。

4.2 保持機(jī)組負(fù)荷變化曲線平穩(wěn)

在機(jī)組啟、停及變工況運(yùn)行中,高加抽汽參數(shù)在不斷變化,為防止因熱應(yīng)力而產(chǎn)生的熱變形,應(yīng)采取相應(yīng)措施。

(1)調(diào)整好鍋爐風(fēng)煤比例。

(2)機(jī)組負(fù)荷變化率應(yīng)按規(guī)程要求進(jìn)行,變壓運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷變化率為3%額定負(fù)荷/min,定壓運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷變化率為5%額定負(fù)荷/min。

(3)機(jī)組甩負(fù)荷及高加緊急停運(yùn)時(shí),應(yīng)立即切斷高加進(jìn)水,同時(shí)快速關(guān)閉進(jìn)汽閥,檢查抽汽逆止門及抽汽電動(dòng)門是否關(guān)嚴(yán)。否則,必須手動(dòng)關(guān)緊抽汽電動(dòng)門,防止給水切斷后蒸汽繼續(xù)進(jìn)入殼體加熱不流動(dòng)給水而引起管子熱變形;切斷給水后可避免抽汽消失后給水快速冷卻管板而引起管口焊縫產(chǎn)生熱應(yīng)力變形。

4.3 高加在投、停運(yùn)時(shí)的注意事項(xiàng)

(1)帶一定負(fù)荷投高加。

1)稍開抽汽管道上的進(jìn)汽門,對(duì)高加進(jìn)行預(yù)熱,利用少量蒸汽的凝結(jié)放熱,使管子和管板逐漸加熱到進(jìn)口給水溫度,暖加熱器時(shí),高加殼體內(nèi)壓力為0.05MPa以下,保持30min,空氣門排盡空氣后關(guān)閉。此時(shí)給水先走旁路,當(dāng)加熱設(shè)備的壁溫接近高加進(jìn)口給水溫度時(shí),方可通水。

2)高加通水。開啟高加注水門和水側(cè)放氣門,出水后關(guān)閉放氣門。當(dāng)注水到工作壓力后,關(guān)閉注水門,此時(shí),檢查水側(cè)壓力是否下降、汽側(cè)水位是否上升,以判斷管子是否泄漏,若泄漏則不能投用。

3)高加通汽。緩慢開啟抽汽門,可先慢,后逐漸加快,控制最大給水溫升為3～5℃/min,保持20 min;按抽汽壓力由低到高的排列順序,對(duì)每臺(tái)高加應(yīng)分幾次將抽汽門全開。

(2)為防止高加投入過(guò)程中產(chǎn)生熱沖擊,高加應(yīng)隨機(jī)投運(yùn)。

1)除氧器啟動(dòng)后,壓力達(dá)0.02MPa,溫度104℃,氧的體積質(zhì)量為15μg/L,啟動(dòng)給水泵向鍋爐供水,打開高加注水門合格后通水。

2)高加通汽。對(duì)于除氧器采用滑壓運(yùn)行的方式,當(dāng)除氧器加熱汽源切換到本機(jī)三段抽汽時(shí),即可開進(jìn)汽門向高加供汽,嚴(yán)格控制高加出水溫度的溫升率在3～5℃/min。

(3)在高加停運(yùn)時(shí),應(yīng)注意給水溫度變化率不大于1.1℃,最大不超過(guò)1.7℃。

4.4 做好高加及其附屬設(shè)備的檢修工作

(1)每次停機(jī)后,首先檢查高加是否泄漏。即使輕微泄漏也應(yīng)及時(shí)堵漏或采取有效措施。定期檢測(cè)疏水、空氣管道特別是彎頭處的厚度,及時(shí)更換缺陷部件以防止運(yùn)行中發(fā)生泄漏。2007年,#11、#12機(jī)組先后全部更換疏水管段及彎頭為不銹鋼管,全部更換高加至除氧器的空氣管段為不銹鋼管。

(2)為縮短檢修及停運(yùn)時(shí)間,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)。

(3)在確定高加泄漏后,拆卸人孔蓋和水室內(nèi)隔板與穩(wěn)流板等裝置,抽出水室內(nèi)積水至管端以下250mm。管端涂以肥皂水,在高加汽側(cè)通以0.8～1.0MPa壓縮空氣。對(duì)管板表面進(jìn)行檢查,可用10倍放大鏡觀察焊縫,若管子本身泄漏,氣流便從該管內(nèi)徑射出,如管端焊縫泄漏,會(huì)有微量氣流沖破該處肥皂水膜而溢出。也可不涂肥皂水而在管板上保留50mm左右深度的水層,根據(jù)氣泡來(lái)確定管子或管端焊縫泄漏位置。

(4)對(duì)于管子本身泄漏而無(wú)法補(bǔ)焊者,可用專門的塞子堵上并焊好。焊條牌號(hào)對(duì)20G管子可用A304。對(duì)于管端焊縫因裂紋、氣孔等缺陷泄漏,而管子本身未損壞者,一般須用專門刀具刮除泄漏焊縫,開出V型或U型坡口,再用A304等焊條補(bǔ)焊。

(5)#11、#12機(jī)組#2高加分別于2007年8月、9月返廠大修,全部更換管芯。

(6)防腐。

1)在高加運(yùn)行中,內(nèi)部空氣應(yīng)排盡,定期化驗(yàn)水質(zhì),保證其合格。

2)停運(yùn)期間的維護(hù)工作應(yīng)按廠家要求進(jìn)行。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)#11、#12機(jī)組#2高加泄漏原因分析及對(duì)檢修、運(yùn)行采取相應(yīng)的改進(jìn)措施,使#11、#12機(jī)組高加的投入率由先前的79.62%,81.98%提高到現(xiàn)在的99.32%,98.43%,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]董衛(wèi)國(guó),徐澤民.火電廠給水加熱器的運(yùn)行、維護(hù)和檢修[M].北京:中國(guó)電力出版社,1997.

[2]趙永民.汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行[M].北京:水利電力出版社,1982.