某電廠#3高壓加熱器管系泄漏原因分析及預(yù)防

李吉鋒（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

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某電廠#3高壓加熱器管系泄漏原因分析及預(yù)防

李吉鋒
（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

摘 要：本文通過(guò)電廠實(shí)例說(shuō)明腐蝕對(duì)高壓加熱器的影響，分析腐蝕的成因，強(qiáng)調(diào)高壓加熱器停機(jī)保養(yǎng)的重要性，列舉停機(jī)保養(yǎng)的方式方法。

關(guān)鍵詞：高壓加熱器；管系；泄漏；預(yù)防；氧腐蝕

0 引言

某電廠2×350MW超臨界機(jī)組投運(yùn)2年，#1機(jī)組#3高壓加熱器管泄漏，堵管率超過(guò)10%，嚴(yán)重影響換熱效率，只能報(bào)廢；由于發(fā)電機(jī)組3臺(tái)高壓加熱器是連鎖運(yùn)行，更換#3高壓加熱器期間，發(fā)電機(jī)組只能切高壓加熱器運(yùn)行，對(duì)鍋爐效率影響嚴(yán)重，給電廠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。引起如此嚴(yán)重后果的原因，以及如何避免此類事故的產(chǎn)生，都需要我們?cè)谑褂酶邏杭訜崞髟O(shè)備時(shí)高度重視。

1 泄漏情況概述

該電廠#1機(jī)組于2013年6月正式投入商業(yè)運(yùn)行，#2機(jī)組于2013年8月正式投入商業(yè)運(yùn)行，由于電廠電負(fù)荷不高，2臺(tái)機(jī)組多為1運(yùn)1備狀態(tài)，投運(yùn)2年多來(lái)#1機(jī)組運(yùn)行時(shí)間共約1年，剩余1年時(shí)間為停機(jī)備用狀態(tài)，最近一次長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)是從2015年3月至2015年9月，約有6個(gè)月時(shí)間。2015年9月#1機(jī)組帶負(fù)荷180MW時(shí)投入高壓加熱器水側(cè)，在汽側(cè)未投入的情況下發(fā)現(xiàn)#3高壓加熱器疏水水位升高，解列后打開(kāi)#3高壓加熱器人孔檢查發(fā)現(xiàn)#3高壓加熱器換熱管泄漏，泄漏位置主要集中在中間隔板附近，位置分散不具有規(guī)律性；通過(guò)內(nèi)窺鏡檢查換熱管內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)部分換熱管內(nèi)部有一些點(diǎn)狀凸起。封堵泄漏管子后做滲漏檢查，又發(fā)現(xiàn)有其他管子泄漏，繼續(xù)封堵堵管率將超過(guò)10%，達(dá)不到設(shè)計(jì)的換熱效率，只能更換新高壓加熱器。

2 泄漏原因分析

2.1 主要泄漏原因

按照該電廠高壓加熱器的運(yùn)行情況，通過(guò)查閱了高壓加熱器前期的運(yùn)行參數(shù)，發(fā)現(xiàn)1#機(jī)組各臺(tái)高壓加熱器下端差情況良好，均在合理范圍內(nèi)，因此可以排除低水位造成汽液兩相對(duì)換熱管的沖刷這種情況。綜合考慮#3高壓加熱器停運(yùn)接近6個(gè)月，且該電廠并未采用必要的防腐措施，3月份停機(jī)前#3高壓加熱器運(yùn)行良好，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)泄漏情況；因此判斷#3高壓加熱器換熱管受到氧腐蝕是本次泄漏最大可能原因，用內(nèi)窺鏡檢查所查看的換熱管內(nèi)部情況也比較符合氧腐蝕的特征，如圖1和圖2所示。

圖1換熱管內(nèi)窺鏡檢查結(jié)果

圖2溶解氧腐蝕示意圖

2.2 其他影響因素

（1）給水的水質(zhì)對(duì)高壓加熱器也具有重要的影響，給水的pH值和含氧量是十分重要的指標(biāo)，含氧量超標(biāo)首先影響的就是#3高壓加熱器，其次才是#2高壓加熱器和#1高壓加熱器。給水PH值一般對(duì)超臨界機(jī)組應(yīng)≥9.4，給水含氧量應(yīng)不超過(guò)5～7PPb，一般在高于200℃時(shí)，鐵與水反應(yīng)時(shí)候生成Fe3O4，該種物質(zhì)附著于換熱管壁上，形成一種致密的Fe3O4膜，該物質(zhì)性能比較穩(wěn)定，對(duì)換熱管具有一定的保護(hù)作用；而在低于200℃時(shí)，特別是150℃～180℃時(shí)，鐵與水反應(yīng)生成Fe （OH）2，這種物質(zhì)形態(tài)疏松，容易被給水沖走，對(duì)換熱管起不到保護(hù)作用，而使換熱管連續(xù)不斷的發(fā)生這種反應(yīng)，這也恰恰是在運(yùn)行多年以后#3高壓加熱器更容易發(fā)生泄漏的一個(gè)因素。本次#3高壓加熱器發(fā)生泄漏，而1、2號(hào)高壓加熱器沒(méi)有發(fā)生泄漏，可能和此種情況有一定的聯(lián)系。但需要注意的是，F(xiàn)e3O4并不是無(wú)限制的存在下去，在長(zhǎng)期存放過(guò)程中，其會(huì)逐漸與O2反應(yīng)，生成Fe2O3，進(jìn)而失去了對(duì)換熱管的保護(hù)作用。

（2）高壓加熱器的給水溫升、溫降速率對(duì)高壓加熱器換熱管也同樣具有重要的影響。高壓加熱器給水溫升速率（一般要求不大于3℃/min）過(guò)快，會(huì)使高壓加熱器換熱管，尤其蒸汽入口處的換熱管產(chǎn)生很大溫差應(yīng)力，當(dāng)多次的循環(huán)累積后，對(duì)換熱管的損傷到達(dá)一定程度時(shí)便發(fā)生泄漏。給水溫降速率（一般要求不大于2℃/min）過(guò)快，同樣會(huì)對(duì)換熱管產(chǎn)生一定的影響，特別是換熱管管端部分，換熱管壁厚比較薄，冷卻的快，而管板很厚，冷卻的慢，因此換熱管比管板收縮的也快，在管端焊縫處就會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，容易造成管端焊縫開(kāi)裂。高壓加熱器泄漏后，部分電廠為搶修，有的采取管程或殼程注水的方式進(jìn)行高壓加熱器冷卻，其給水溫度降溫速率定遠(yuǎn)大于2℃/min，對(duì)高壓加熱器換熱管及管端定然有一定的影響。

以上為高壓加熱器泄漏的一些常見(jiàn)原因，無(wú)論哪種原因，都是一個(gè)累積的過(guò)程，也許一兩次的超標(biāo)高壓加熱器不會(huì)表現(xiàn)出異常，但多次的累積后，達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)發(fā)生質(zhì)變。

3 此類管系泄漏的預(yù)防措施

高壓給水加熱器的是火力發(fā)電廠回?zé)嵯到y(tǒng)中的重要設(shè)備之一，其安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行除了設(shè)備本身的因素之外，也有賴于其它設(shè)備（比如除氧器、凝汽器等）、熱工控制以及啟停與運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)方面的合作配合。任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)疏漏或者誤操作，都有可能對(duì)高壓加熱器設(shè)備產(chǎn)生不利的影響。下文將從檢修、運(yùn)行維護(hù)、換熱管檢漏與停運(yùn)貯存等四個(gè)方面提供一些預(yù)防措施，希望這些措施能夠有助于防止換熱管子泄漏，保證電廠高壓加熱器設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

（1）檢修措施

正常停運(yùn)情況下，在設(shè)備解列后，無(wú)論在殼側(cè)與管側(cè)均應(yīng)充滿含有一定濃度的防腐液（鈍化水）的水12小時(shí)以上，在生成防銹膜層后將水排除，以防止高壓加熱器腐蝕。

在停機(jī)檢修中和投運(yùn)高壓加熱器之前，對(duì)全部保護(hù)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，定期檢查并試驗(yàn)疏水調(diào)節(jié)閥、給水自動(dòng)旁路裝置、危急疏水和抽汽逆止閥、進(jìn)汽閥的聯(lián)鎖裝置等。保證運(yùn)行中所有保護(hù)裝置能夠正常動(dòng)作，防止由于保護(hù)裝置失靈或者調(diào)節(jié)信號(hào)滯后等原因引起的管子泄漏。

沖洗水位計(jì)和平衡容器等液位測(cè)量管路，確保測(cè)量水位的管路不發(fā)生堵塞，防止因虛假水位影響換熱管是否泄漏判斷。

對(duì)連續(xù)運(yùn)行排氣管進(jìn)行定期檢查，確保排氣管路暢通，以免空氣積聚在換熱管外表面影響高壓加熱器的傳熱效果并引起管子腐蝕。

對(duì)已堵的換熱管堵頭位置進(jìn)行檢查，防止堵管不嚴(yán)導(dǎo)致泄漏，進(jìn)而沖蝕鄰近的管子。

（2）運(yùn)行維護(hù)

在啟動(dòng)運(yùn)行階段，待機(jī)的時(shí)間須足夠長(zhǎng)，以避免各部件中的溫度升高太快，從而避免產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。啟動(dòng)和停運(yùn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制高壓加熱器出水溫度變化率在升負(fù)荷時(shí)不超過(guò)3℃/min，降負(fù)荷時(shí)不超過(guò)2℃/min，并盡可能的低。

正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)注意高壓加熱器水位的變化，防止出現(xiàn)高水位或低水位運(yùn)行。

正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)對(duì)給水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控，防止pH值及含氧量等超標(biāo)，同時(shí)應(yīng)保證高壓加熱器連續(xù)排氣能夠有效排出不凝結(jié)氣體。

當(dāng)確定高壓加熱器管子發(fā)生泄漏時(shí)，應(yīng)將高壓加熱器系統(tǒng)解列，進(jìn)入換熱管泄漏檢修程序，不要讓已經(jīng)泄漏的高壓加熱器再投入運(yùn)行，以免泄漏范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

在停機(jī)時(shí)，應(yīng)注意檢查換熱管管孔內(nèi)是否有雜質(zhì)，若有，應(yīng)及時(shí)清除，避免因有雜質(zhì)導(dǎo)致?lián)Q熱管內(nèi)水流量偏低，而使管子干燒。

高壓加熱器應(yīng)絕對(duì)禁止進(jìn)行酸洗操作，電廠其他設(shè)備進(jìn)行酸洗時(shí)，應(yīng)確保酸洗殘液不能進(jìn)入高壓加熱器內(nèi)。

（3）換熱管檢漏

確定發(fā)生泄漏的管子后，應(yīng)進(jìn)一步確定是管端泄漏還是管子本身泄漏，如果是管子本身發(fā)生泄漏，應(yīng)采取措施確定管子泄漏的具體位置，以便于分析泄漏原因，避免管子再次發(fā)生泄漏。

對(duì)已發(fā)生泄漏的管子，應(yīng)采取堵管處理，并對(duì)與其鄰近的管子進(jìn)行保護(hù)性堵管。堵管程序嚴(yán)格按照相關(guān)堵管工藝進(jìn)行操作，防止由于堵管不當(dāng)導(dǎo)致的二次泄漏。

將已堵管子標(biāo)記在管板布孔圖上，留待后續(xù)泄漏原因分析時(shí)使用。

高壓加熱器泄漏后冷卻，應(yīng)采用空氣進(jìn)行冷卻，不宜采用注水的方式（包括管側(cè)注水及殼側(cè)注水）。

（4）高壓加熱器的停運(yùn)貯存

本實(shí)驗(yàn)于2017年11月～2018年7月在解放軍總醫(yī)院骨科研究所完成。12、48 h內(nèi)的SD乳鼠由中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院動(dòng)物中心提供，經(jīng)中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)管理和使用委員會(huì)審核和批準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)細(xì)胞由48 h內(nèi)的SD乳鼠分離提取脂肪干細(xì)胞，并自行培養(yǎng)。背根神經(jīng)節(jié)從12 h乳鼠椎間孔中獲得并培養(yǎng)。多孔明膠生物微載體由清華大學(xué)提供。

已投運(yùn)的機(jī)組在停運(yùn)期間，采用碳鋼管的高壓加熱器設(shè)備，需進(jìn)行嚴(yán)格的防腐處理和貯存。

（a）短期停運(yùn)（1～3天）

殼側(cè)蒸汽密封：利用流動(dòng)的除氧器啟動(dòng)蒸汽（輔助蒸汽）經(jīng)由高壓加熱器殼程排氣管道進(jìn)入高壓加熱器作蒸汽密封。密封壓力應(yīng)控制在大約0.05MPa～0.1MPa（確保無(wú)負(fù)壓產(chǎn)生）。蒸汽因熱量散失將冷凝，使設(shè)備水位上升，監(jiān)測(cè)水位并當(dāng)水位上升時(shí)打開(kāi)放水閥放水。

殼側(cè)充氮密封：當(dāng)不具備蒸汽密封條件時(shí)，利用源自于氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)的氮?dú)膺M(jìn)行密封；氮?dú)饷芊鈮毫?yīng)控制在大約0.05MPa～0.1MPa，其氮?dú)饧兌炔坏陀?9.5%。

管側(cè)充水貯存：在停運(yùn)情況下水側(cè)應(yīng)充滿除氧水（含氧量5～7PPb以下）。

（b）中等周期停運(yùn)（4～14天）

殼側(cè)貯水保護(hù)：采用充滿除氧水的方法，其含氧量為5～7PPb，pH值在9.2～9.6，聯(lián)胺（N2H4）濃度100～150PPm。

管側(cè)充水貯存：水側(cè)充滿無(wú)壓力含聯(lián)胺（N2H4）100～150PPm，pH值在9.2～9.6的除氧水（含氧量為5～7PPb）。

管側(cè)充氮密封：當(dāng)不具備滿水貯存條件時(shí)采用充氮密封，氮?dú)饷芊鈮毫?yīng)控制在0.05MPa～0.1MPa，氮?dú)獾募兌炔坏陀?9.5%。

（c）長(zhǎng)期停運(yùn)（15天或更長(zhǎng)）

當(dāng)停運(yùn)兩星期以上時(shí)，管側(cè)與殼側(cè)均應(yīng)采用充氮?dú)獗Ｗo(hù)，其方法是將管側(cè)、殼側(cè)排凈積水，待加熱器冷卻后用抽真空或烘干法使設(shè)備完全干燥，然后管側(cè)、殼側(cè)分別充氮，氮?dú)饧兌炔坏陀?9.5%，充氮壓力為0.05MPa～0.1MPa，當(dāng)壓力低于0.05MPa時(shí)，應(yīng)重新充氮。

（d）系統(tǒng)停運(yùn)（與時(shí)間多長(zhǎng)無(wú)關(guān)）

正常停運(yùn)：在設(shè)備解列后，在殼側(cè)與管側(cè)均應(yīng)充滿含有一定濃度防腐液（鈍化水）的水12小時(shí)以上，在生成防銹膜層后將水排除。依正常停運(yùn)的時(shí)間長(zhǎng)短，按a～c所述方法維護(hù)高壓加熱器，以防止高壓加熱器的腐蝕。

緊急停運(yùn)：當(dāng)設(shè)備停運(yùn)后或切換至旁路時(shí)，應(yīng)盡快地開(kāi)始供（充）氮?dú)饣驅(qū)⑹杷欧诺簦ó?dāng)內(nèi)部溫度高于100℃時(shí)）。當(dāng)加熱器壓力降至0.2MPa時(shí)，逐漸保持氮?dú)獯蠹s0.02MPa，在排除水后繼續(xù)充氮密封。當(dāng)溫度降至更低時(shí)打開(kāi)水室，在內(nèi)部溫度仍然較高時(shí)，用空氣干燥它。因?yàn)閮?nèi)部要充滿氮?dú)?，在打開(kāi)水室和開(kāi)始內(nèi)部工作之前進(jìn)行空氣清洗是必要的。由于上述工作是在濕度較小的狀態(tài)下完成的，且在運(yùn)行前水室和管子的內(nèi)表面已形成穩(wěn)定的保護(hù)膜，故不必?fù)?dān)心會(huì)發(fā)生腐蝕問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)國(guó)內(nèi)電廠建設(shè)發(fā)展迅速，電力市場(chǎng)逐漸供大于求，很多機(jī)組只能處于停機(jī)備用狀態(tài)，高壓加熱器等換熱器設(shè)備的防腐貯存顯得尤為重要，希望本文的介紹能夠?qū)﹄姀S設(shè)備的運(yùn)行保護(hù)起到借鑒作用，以減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

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中圖分類號(hào)：TM924

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract:In this paper， the impact of corrosion on the power plant examples of high-pressure heaters， analysis of the causes of corrosion， stress the importance of the high-pressure heater maintenance shutdown， citing ways downtime maintenance.

Keywords:High pressure heater； Piping； leakage； prevention； Oxygen corrosion