火力發(fā)電廠給水加熱器劣化機(jī)理研究

楊耀忠

摘 要：本文首先對(duì)電廠給水加熱器的破壞機(jī)理進(jìn)行了概括性介紹，然后對(duì)給水加熱器的基本結(jié)構(gòu)、功能與相關(guān)運(yùn)行方式進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，最后對(duì)給水加熱器破損的檢測(cè)方法及修補(bǔ)方式進(jìn)行了介紹。本文結(jié)論可作為電廠運(yùn)行人員在監(jiān)測(cè)給水加熱器時(shí)的依據(jù)，預(yù)防給水加熱器事故發(fā)生。

關(guān)鍵詞：給水加熱器；沖刷腐蝕；可靠度分析；劣化機(jī)理

中圖分類號(hào)：TM93文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在電廠中，給水加熱器又稱回?zé)峒訜崞?，其利用汽輪機(jī)中間的抽汽對(duì)給水進(jìn)行預(yù)熱，使給水升溫至某一特定溫度，在送入鍋爐加熱產(chǎn)生高溫高壓蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功，該方法能有效提高蒸汽的產(chǎn)生效率和能源利用效率。

按照給水加熱器所承受的壓力，可將其分為高壓給水加熱器和低壓給水加熱器；如果按照熱交換的方式來(lái)分，又可分為開(kāi)放式給水加熱器和封閉式給水加熱器。在開(kāi)放式給水加熱器中，給水與蒸汽在給水加熱器中混合，直接進(jìn)行熱交換。而封閉式給水加熱器則通過(guò)換熱管與蒸汽進(jìn)行間接熱交換。由于給水加熱器的設(shè)計(jì)功能不同，故其運(yùn)行條件與管殼厚度等參數(shù)也存在差異。給水加熱器的運(yùn)行過(guò)程大致如下：高壓蒸汽由抽汽入口進(jìn)入殼側(cè)，進(jìn)行熱交換后由冷凝水出口流出。給水加熱器殼側(cè)一般采用碳鋼材料，在其抽汽入口處有一塊防止沖擊的不銹鋼板，其目的是避免高壓蒸汽直接沖擊管側(cè)，造成管側(cè)局部沖蝕現(xiàn)象。由于高壓蒸汽會(huì)凝結(jié)成水滴，而水滴以高速撞擊緩沖板后反彈至給水加熱器殼側(cè)，常造成殼側(cè)局部產(chǎn)生沖刷腐蝕現(xiàn)象。

1 沖刷腐蝕現(xiàn)象

給水加熱器的作用是從汽輪機(jī)抽汽至給水加熱器殼側(cè)內(nèi)，通過(guò)換熱管與給水進(jìn)行熱交換，達(dá)到提升給水溫度的目的。為了避免抽汽直接接觸換熱管，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，常在蒸汽入口下方放置沖擊擋板，但卻因此造成了殼側(cè)的沖刷腐蝕現(xiàn)象，由于沖刷腐蝕作用，導(dǎo)致給水加熱器殼側(cè)變薄。沖刷腐蝕是一個(gè)無(wú)法避免的問(wèn)題，給工業(yè)界造成很大困擾。從以往觀察及試驗(yàn) 結(jié)果觀察，沖刷腐蝕所造成的材料磨損可分為機(jī)械性沖蝕的擴(kuò)散現(xiàn)象及化學(xué)腐蝕的溶解相互作用，也成為流動(dòng)加速腐蝕現(xiàn)象。

在一般的碳鋼材料管路中，管壁會(huì)因流體而形成一層氧化層，此氧化層的厚度與管壁材料及流體的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，此作用稱為腐蝕。此時(shí)，如果管路中的流體處于靜滯狀態(tài)，只要外界環(huán)境不變，則氧化造成的腐蝕層最終會(huì)隨時(shí)間漸漸達(dá)到飽和，其厚度不在增加。這時(shí)的氧化層會(huì)對(duì)管壁起保護(hù)作用，隔絕管壁與流體的接觸。但如果有其他機(jī)械力與溶解效應(yīng)作用于氧化層，就會(huì)造成氧化層脫落，導(dǎo)致氧化層變薄。此作用稱為沖蝕。氧化層厚度減少后，管壁又與流體接觸形成氧化層，如此周而復(fù)始的循環(huán)，最后將造成管壁薄化破裂。

2 給水加熱器的劣化機(jī)理

造成殼側(cè)管壁變薄的主要機(jī)理有兩種，其一為腐蝕產(chǎn)物的溶解與傳遞機(jī)制，管壁在水中所生成的氧化物會(huì)因水的化學(xué)特性而自然溶解于管壁與水界面。第二種則為因液態(tài)小水滴不斷沖擊造成，在高壓系統(tǒng)中，水滴以高速?zèng)_擊管壁腐蝕氧化層，進(jìn)而造成管壁薄化現(xiàn)象。

在給水加熱器的設(shè)計(jì)上，為了避免抽入的蒸汽直接沖擊到給水流經(jīng)的熱交換管，常在蒸汽入口處設(shè)置沖擊擋板，以保護(hù)熱交換管路，但此擋板會(huì)將蒸汽中夾帶的水滴反彈，使水滴高速?zèng)_擊殼側(cè)，在這種現(xiàn)象的連續(xù)作用下，使得給水加熱器殼側(cè)發(fā)生沖刷腐蝕現(xiàn)象。以給水加熱器的流動(dòng)狀態(tài)而言，屬于高壓干蒸汽的液滴流系統(tǒng)，故造成管壁薄化的主要機(jī)理為液滴沖擊造成的。

3 無(wú)損檢測(cè)與薄化定量評(píng)估

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可分為視檢法、表面檢測(cè)及整體檢測(cè)等方法。給水加熱器殼側(cè)的檢測(cè)為整體檢測(cè)，主要以超聲檢測(cè)和電渦流檢測(cè)兩種檢測(cè)為主，以目視檢測(cè)為輔。在電廠中，以超聲檢測(cè)為主要檢測(cè)方式，然而超聲檢測(cè)的誤差，根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)可達(dá)到5%以上。因此如何從檢測(cè)數(shù)據(jù)中合理計(jì)算出檢測(cè)薄化率是評(píng)估過(guò)程中必須詳加考慮的重點(diǎn)。

目前國(guó)內(nèi)電廠在給水加熱器檢測(cè)方法上根據(jù)EPRI提出的由檢測(cè)人員在被測(cè)件表面劃上網(wǎng)格線，檢測(cè)人員在網(wǎng)格交叉線點(diǎn)處，利用超聲檢測(cè)儀，測(cè)量改點(diǎn)的厚度。給水加熱器殼側(cè)檢測(cè)范圍與網(wǎng)格大小，基本上采用EPRI所建議的值，但為了更加精確，在給水加熱器周向的檢測(cè)范圍增加到左右各180°，也就是周向360°全部檢測(cè)。其比EPRI建議的檢測(cè)范圍大許多，因此也增加了不少大修時(shí)檢測(cè)的工作量。

根據(jù)EPRI提出的根據(jù)壁厚的超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估薄化量及薄化率有四種方法，分別為：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)比較法，環(huán)狀法，區(qū)域法和移動(dòng)區(qū)域分析法。總的來(lái)說(shuō)上述各種數(shù)據(jù)評(píng)估方法，各有其適用的條件和時(shí)間，其中對(duì)于首次檢測(cè)的直管構(gòu)建，因?yàn)闆](méi)有其他時(shí)間點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，故以環(huán)狀法較為合適。

4 殼側(cè)修補(bǔ)方法介紹

給水加熱器在經(jīng)過(guò)檢測(cè)評(píng)估后，若發(fā)現(xiàn)有薄化現(xiàn)象，則應(yīng)進(jìn)行不同程度的修補(bǔ)，可分為暫時(shí)修補(bǔ)和永久性修補(bǔ)。若發(fā)現(xiàn)有薄化現(xiàn)象發(fā)生，但離停機(jī)大修仍有一段時(shí)間，則進(jìn)行暫時(shí)性修補(bǔ)，其修補(bǔ)方式大致為：在給水加熱器殼側(cè)薄化最嚴(yán)重的部分，以碳鋼材料制造金屬罩子，焊接在薄化部分，以防止在電廠正常運(yùn)行時(shí)期，給水加熱器殼側(cè)破裂導(dǎo)致高壓蒸汽沖出造成意外事件。

如果在大修時(shí)發(fā)現(xiàn)薄化問(wèn)題，則應(yīng)進(jìn)行永久性修補(bǔ)，但根據(jù)給水加熱器壓力的不同，又可分為兩種修補(bǔ)方式，分為高壓給水加熱器的焊道結(jié)合效率為1，且殼體可以拖動(dòng)，人員可以進(jìn)入殼體內(nèi)，該修補(bǔ)的目標(biāo)可達(dá)到設(shè)計(jì)值。再將不銹鋼板進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，以確定補(bǔ)焊厚度超過(guò)設(shè)計(jì)值，并且沒(méi)有裂紋，最后將殼體歸位，進(jìn)行給水增壓檢測(cè)。低壓加熱器焊道結(jié)合效率為0.85，且殼體因固定冷凝器殼壁上，因此人員無(wú)法殼體，故只能根據(jù)厚度測(cè)量值進(jìn)行修補(bǔ)，在利用全新不銹鋼板進(jìn)行更換，在重新檢測(cè)厚度。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)給水加熱器沖刷腐蝕現(xiàn)象的介紹，闡述了管壁變薄的主要原因，分析給水加熱器在運(yùn)行過(guò)程中因液滴撞擊造成的殼壁劣化機(jī)理。在此基礎(chǔ)上對(duì)給水加熱器殼壁無(wú)損檢測(cè)與薄化定量方法進(jìn)行了介紹，最后對(duì)給水加熱器殼側(cè)修補(bǔ)方法進(jìn)行了介紹，以其提高機(jī)組運(yùn)行維護(hù)的效率及有效監(jiān)測(cè)每個(gè)給水加熱器的目的。