超臨界機組運行期間高壓加熱器泄漏分析及水封處理辦法

孔令桐

（漳澤電力蒲洲熱電有限責任公司，山西 永濟 044550）

0 引言

某電廠2×350 MW超臨界機組于2021年2月9日發(fā)現(xiàn)3號機3號高壓加熱器（以下簡稱“高加”）正常疏水調(diào)門、事故疏水調(diào)門跳自動全開，3號高加水位迅速上升至高二值，疏水溫度上升至180℃。單獨解列3號高加后，經(jīng)多方判斷為3號高加水側(cè)泄漏。解列高加系統(tǒng)后又發(fā)現(xiàn)1號高加出口電動門不嚴，導致2號、3號高加溫度維持在140℃，壓力維持在0.2 MPa，無法開啟3號高加人孔門進行檢修，通過用凝結(jié)水對1號、2號高加進行注水形成水封，把1號高加出口電動門漏入高加的水封住，徹底解決了3號高加無法檢修的難題，避免了一次機組非停事件。

1 高壓加熱器的工作原理

高壓加熱器作為一種熱量轉(zhuǎn)換裝置，主要應用于大型火電機組回熱系統(tǒng)，其傳熱性能的優(yōu)劣直接影響機組的經(jīng)濟性與安全性，提高高加的傳熱效率，減小熱量傳遞過程中的不可逆損失，已成為解決能源高效利用的重要措施之一。作為評價物質(zhì)熱量傳遞能力的物理量，具有表征熱量傳遞效率的物理意義，可為高加高效運行提供指導。該裝置由殼體和管系兩大部分組成，在殼體內(nèi)腔上部設置蒸汽凝結(jié)段，下部設置疏水冷卻段，進、出水管頂端設置給水進口和給水出口。當過熱蒸汽由進口進入殼體后即可將上部主螺管內(nèi)的給水加熱，蒸汽凝結(jié)為水后，凝結(jié)的熱水又可將下部疏冷螺管內(nèi)的部分給水加熱，被利用后的凝結(jié)水經(jīng)疏水出口流出體外。本裝置具有能耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、占用面積少、耗用材料省等顯著優(yōu)點，并能夠較嚴格控制疏水水位、疏水流速和縮小疏水端差。其工作原理為：由汽機抽汽來的高壓過熱蒸汽首先進入加熱器的“過熱蒸汽加熱段”，沿“S”型管道流動，并對“U”型管內(nèi)的給水進行對流換熱，被冷卻后的蒸汽再進入“飽和蒸汽冷凝段”繼續(xù)與給水進行冷凝換熱，最后進入“疏水冷卻段”換熱后逐漸成為疏水，其溫度大為降低，熱量大部分用來加熱給水。

給水在“U”型管中被加熱后經(jīng)出水室混合進入上級加熱器或省煤器；正常疏水通過逐級自流方式流至下一級加熱器，事故疏水則直接流至排汽裝置管道疏水擴容器，對應的正常和事故疏水調(diào)節(jié)裝置能自動維持加熱器水位正常[1]。

2 高加泄漏現(xiàn)象及處理

3號高加泄漏后正常疏水調(diào)門、事故疏水調(diào)門跳自動全開，3號高加水位迅速上升至高二值420 mm，疏水溫度上升至180℃，下端差溫度達20℃。高加泄漏后，立即強制“3號機3號高加水位高三值”保護，防止高加解列保護動作。對高加進行查漏試驗，緩慢關閉3號高加正常疏水調(diào)門，發(fā)現(xiàn)3號高加水位漲幅只有幾十毫米，事故疏水調(diào)門稍關，高加水位上漲明顯。單獨解列3號高加后，緩慢關閉3號高加事故疏水調(diào)門至3%，發(fā)現(xiàn)3號高加水位上升明顯，立即開大3號高加事故疏水調(diào)門維持水位正常，判斷確為3號高加水側(cè)泄漏。立即解列高加系統(tǒng)，給水切至旁路運行，高加系統(tǒng)解列后給水溫度下降了100℃，鍋爐排煙溫度下降了15℃，原先在高加中吸收的熱量要在鍋爐中吸收，鍋爐蒸發(fā)段后移，過熱器的蒸發(fā)量減少，同時鍋爐蓄熱導致屏式過熱器、高溫過熱器汽溫急劇升高。高壓缸抽汽量減少導致機組負荷升高，主蒸汽壓力升高，再熱蒸汽流量增加。

3號機高加系統(tǒng)解列后需進行檢修，對系統(tǒng)進行2 d的放水排空，發(fā)現(xiàn)3號高加排汽后壓力、溫度分別降到0.2 MPa、140℃后維持不變，經(jīng)分析判斷為1號高加出口電動門不嚴，給水高溫工質(zhì)從1號高加出口竄進整個高加系統(tǒng)導致3號高加無法正常檢修。通過使用水封法，對高加出口泄漏的給水用凝結(jié)水注入進行降溫，降低高加內(nèi)的溫度，并將冷卻后的混合水放掉，這樣3號高加處的壓力和溫度就下降了[2]。同時重新注入溫度為80℃、壓力為1 MPa的凝結(jié)水由6號低加入口門前放水，增加臨時管路及手動門控制，并從1號高加入口管路放水門后引入主給水管路，利用3臺高加出、入口給水管路安裝高度形成的水封，完全可以將因出口門不嚴漏入高加的給水封住，當3號高加溫度降至50℃以下時[3]，便可以開啟3號高加人孔門進行檢修工作。

3 高壓加熱器泄漏的危害及原因

高加泄漏后會使加熱器水位過低或無水。水位過低，不能浸沒內(nèi)置式疏水冷卻段的疏水入口，蒸汽就會進入疏水冷卻段，影響疏水冷卻段內(nèi)部的傳熱過程。對于需要靠虹吸作用來維持疏水正常流動的正立式加熱器和具有短程全通道疏水冷卻段的臥式加熱器，一旦疏水水位低于疏水冷卻段入口，水封遭到破壞，就喪失了疏水冷卻段的作用，使疏水所含熱量不能得到充分利用，影響熱經(jīng)濟性。各級加熱器之間的疏水一般都是逐級串聯(lián)的。在無水位運行情況下，抽汽壓力較高的一級加熱器中的蒸汽就會通過疏水管道進入下一級抽汽壓力較低的加熱器，取代部分參數(shù)較低的加熱器的蒸汽，使回熱循環(huán)的整體熱效率降低。對有內(nèi)置式疏水冷卻段的加熱器，當水位過低而使疏水入口暴露在蒸汽中時，在入口處形成蒸汽和水的兩相流動，高速流動的混合物會侵蝕疏水冷卻段入口附近的管束、隔板等部件。另外，在水位過低的情況下，疏水冷卻段不能正常工作，由高加排出的疏水過冷度很小，疏水在流動過程中就很容易因壓損而造成疏水在管道內(nèi)閃蒸。閃蒸后形成高速流動的汽水混合物，對管道中的彎頭、閥門等造成嚴重的侵蝕損壞。對采用疏水泵的系統(tǒng)，疏水過冷度不足，還會對疏水泵的汽蝕余量產(chǎn)生不利影響。

檢修發(fā)現(xiàn)這次高加泄漏的主要原因有3：一是3號高加長期低水位運行，校驗保護發(fā)現(xiàn)與實際測量水位測量筒“0”位不一致，影響水位正常監(jiān)視，導致運行人員長時間監(jiān)視水位時誤判，長期控制在較低水位下運行。長時間低水位運行導致U型管不能浸沒，長期受抽汽的沖刷，導致水側(cè)管束泄漏。二是管口焊縫不嚴。制造質(zhì)量不佳或者熱應力導致管板變形都會造成泄漏[4]。三是管道腐蝕、加熱器超壓、檢修工藝不佳、疏水調(diào)整門調(diào)整品質(zhì)差、水位測量裝置故障等都會造成高加泄漏。

4 運行技術(shù)措施

a）檢查高加自動切至旁路，各閥門動作正常，給水流量穩(wěn)定。

b）監(jiān)視主、再熱汽溫、汽壓，過熱度、水煤比的變化。

c）控制機組背壓，除氧器、排汽裝置水位。

d）注意汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)TSI（turbine supervisory instruments）參數(shù)的監(jiān)視。

e）監(jiān)視脫硝系統(tǒng)反應器入口煙溫、噴氨流量、折算值等參數(shù)。

f）提高空預器入口風溫，投入空預器連續(xù)吹灰。

5 高加解列后對機組運行的影響

給水溫度降低，水的預熱增加。原先在高加中吸收的熱量要在鍋爐中吸收，要產(chǎn)生同樣的蒸汽，則需要加入更多的煤、風，水煤比降低。給水溫度降低也導致給水蒸發(fā)量減少，造成過熱器超溫。同時爐膛出口煙溫降低，導致反應器入口煙溫下降，脫硝效率降低，環(huán)保參數(shù)超標[5]。降低機組熱效率，增加鍋爐煤耗，嚴重影響機組安全穩(wěn)定運行。

6 結(jié)束語

該高加此次檢修后，至今已安全運行50 d，運行參數(shù)穩(wěn)定，未發(fā)生二次泄漏，保證了機組運行的安全性和經(jīng)濟性，不僅避免了機組因高加泄漏導致的限負荷和機組非停，同時也避免了由于泄漏部位擴展對人身安全及設備安全可能造成的損失，對超臨界機組類似的故障處理有一定的借鑒作用。