600MW超临界汽轮机高压加热器泄漏原因分析及处理-高建伟

1、论 文 申报工种 电厂汽轮机运行值班员姓 名： 高建伟身份证号：所在单位 神华神东电力店塔发电公司日 期： 2012 年 7 月24日技师专业技术总结报告工种:电厂汽轮机运行值班员姓 名： 高建伟身份证号：培训单位：神东电力公司教育培训中心鉴定单位：神东电力公司职业技能鉴定站日 期： 2012 年7月 24 日600MW 超临界汽轮机高压加热器泄漏原因分析及处理高建伟(神华神东电力公司店塔发电有限公司B厂, 陕西 神木 719300 )摘 要:某厂600MW 超临界机组在商业运行2年后, 3号高压加热器出现了管系严

2、重泄漏。分析了造成3号高压加热器漏泄的各种因素, 指出了管系的高温腐蚀和热冲击是造成高压加热器漏泄的主要原因。对此, 从运行中的监视维护、高加的启停操作等方面提出了针对性的解决方案和预防措施, 并对泄漏管进行了封堵，以及严控水质和采取正确的启停操作，以防较大的热冲击，同时建议将高加管束更换为耐高温管，从而有效地防止了漏管的蔓延, 确保了高压加热器的安全稳定及经济运行。关键词:超临界汽轮机 高压加热器 管系漏泄 原因分析 处理1 引言某电厂一期工程安装2600MW 超临界燃煤汽轮发电机组。汽轮机为上海汽轮机制造有限公司生产的N600一24 .2/566/566型超临界、中间再热、反动、凝汽式汽轮

3、机。机组热力系统采用单元制方式,共设有八段非调整抽汽分别供给三台高压加热器、一台除氧器和四台低压加热器。三台高压加热器均为东方锅炉集团有限公司制造的单列卧式表面U型管管板式结构加热器。高压加热器带有内置式蒸汽冷却段和疏水冷却段, 结构如图1所示。蒸汽冷却段利用汽轮机抽气的过热段来提高给水温度, 使给水温度接近或略高于该加热器压力下的饱和温度。凝结段是利用蒸汽凝结的潜热加热给水。疏水冷却段是把离开凝结段的疏水热量传给进入加热器的给水, 使疏水温度降到饱和温度下, 从而提高机组的热经济性。投入商业运行2年后, 3号高压加热器发生了发生管系泄漏。为此,从3号高压加热器的结构特点和泄漏情况及运行条件等

4、几方面对漏泄原因进行了认真分析, 提出了解决方案和防范措施，为同类型机组高压加热器泄漏处理提供了有益借鉴。2高加的投入意义汽轮机采用回热加热系统是提高机组运行经济性的重要手段之一。回热加热系统的运行可靠性和运行性能的高低，直接影响整套机组的运行经济性，加热器的投入率是经济指标中重要的一项考核指标。随着火力发电厂机组向大容量高参数发展，高压加热器（以下简称高加）承受的给水压力和温度相应提高；在运行中还将受到机组负荷突变、给水泵故障、旁路切换等引起的压力和温度的骤变，这些都会给高加带来损害。为此，除了在高加的设计、制造和安装时必须保证质量外，还要在运行维护等方面采取必要的措施，才能确保高加的长期安

5、全运行。3泄漏现象与原因分析某日，3号高压加热器水位高信号报警, 泄漏检测仪亦报警, 3 号高压加热器正常疏水调门开度96%接近全开, 危急疏水调门频繁动作。给水泵转速增加,电流、给水流量增大。3 号高压加热器出口给水温度显著降低, 据此分析判断, 3 号高压加热器水侧管系发生泄漏。3.1高压加热器结构特点3 号高压加热器采用为卧式U 型管管板式安装结构, 壳侧为蒸汽, 管侧为给水。抽汽在壳侧凝结成疏水。蒸汽在高压加热器内部对给水的加热分为过热蒸汽段、凝结放热段及疏水冷却段。3号高加压热器三段加热面积分配合理, 使其疏水逐级自流至除氧器, 能满足加热器的正常运行要求。3号高压加热器的壳侧及水侧

6、均设有超压保护装置,水侧入孔门采用自密封结构。在加热器里均设置有不锈钢防冲板, 它可使进入壳侧水和蒸汽不至于直接冲击管束, 以免使管子受到冲蚀。防冲板均布置于加热器壳体的各个进口处。加热器水室组件包括给水进口接管、出口接管、 排气接管、安全阀、化学清洗接头和引导水流按规定流动的分隔板以及带密封垫圈的人孔盖、人孔座或密封盖等。加热器的壳体为钢板焊接构件, 加热器的管板与管口采用爆炸焊工艺, 这种焊接工艺的可靠性比较高。U 型管系采用进口材质556SAGrCZ。其结构如图l所示。3.2 泄漏分析判断通过对3号高压加热器近段时间运行参数的对比分析, 判断为3号高水侧泄漏严重, 详细分析如表1所示:由

7、表1综合分析得知: 2A、2B 汽前泵流量随时间推移, 流量越来越大, 小机转速排除主汽压力因素也越来越高。340MW 负荷2A、2B汽前泵流量增加约300t/h, 45OMW 负荷2A、2B汽前泵流量增加约400t/h。3号高压加热器正常疏水调门开度随时间延伸逐渐开大。同时2A、2B 汽前泵电流逐渐增大。3. 3 泄漏原因分析3.3 .1高温腐蚀3台高压加热器的技术参数如表2所示:从表2运行条件的对比可以看出, 3号高压加热器汽侧压力最低, 进汽量最少, 进汽温度最高,给水温度却又最低。加热器的水侧工作压力达到29 MPa , 最大压力高达34 MPa , 因而3号高压加热器管系的内外压差、

8、温差最大, 运行条件最为恶劣。尤其3号高压加热器的进汽温度已超过管系所能承受的温度极限,。从制造厂家的技术资料看, 进口U 型管的材质556SAGrCZ仅相当于国产的20号钢, 而20号钢的最高使用温度为430。但3号高压加热器的进汽温度在机组运行时为430 一460。由于3号高压加热器的汽侧压力低, 另外，3号高压加热器的连续排空气压力与除氧器压力差较小, 这样就容易使3号高压加热器的连续排空气无法正常流畅实现, 导致非凝结气体的积存而产生管系腐蚀。由此分析得知, 高温腐蚀是造成3号高压加热器管系泄漏的主要原因。3.3.2 化学腐蚀600MW 超临界机组给水品质规定:给水容氧7g/L, 造成

9、了3号高压加热器U 型钢管管壁腐蚀而变薄, 钢管与管板间的胀口受腐蚀而松弛, 经长期运行加速了3号高压加热器管系腐蚀泄漏。3.3.3 负荷变化快造成较大热冲击在机组加减负荷时, 负荷变化速度过快, 相应抽汽压力。抽汽温度迅速变化, 在给水温度变化相应滞后, 3号高压加热器U 型管以及关口焊缝由于受激烈的温度交变热应力而容易损坏, 尤其在机组紧急甩负荷或高压加热器紧急解列时, 给3号高压加热器带来的热冲击更大, 这样, 3 号高压加热器U 型管长期受热疲劳, 也是其泄漏的主要原因。3.3.4 投停操作不当高压加热器投运前暖管不充分, 在投运过程中温升率控制不当, 这样高温高压的蒸汽进入高压加热器

10、后, 对厚实的管板与较薄的管束之间吸热速度不同步, 吸热不均匀而产生巨大的热应力, 而使得U 型管产生热变形。高压加热器投入时, 是由低压到高压的顺序投运的, 因此, 3 号高压加热器是最先投运的, 高压给水对U 型钢管造成的高压水冲击最大, 尤其是U 型弯管处受到的冲刷最厉害, 频繁冲刷使管壁冲薄。在高压加热器停运时, 上侧疏水侧温降滞后, 从而形成较大的温差, 产生热变形。高压加热器停运后保养措施不利, 在高压加热器每次停运后, 没有严格采取蒸汽侧充氮和水侧充氨来进行保养。3.3.5 管子振动高压加热器疏水冷却段中壳体侧疏水的紊流速度比较大, 因而产生的激振力也比较大, 尤其是当低水位或无

11、水位运行时, 汽水混合物流速高, 更易引起管束振动。疏水调节阀开度如过大, 在疏水冷却段内则易引起闪蒸。过热蒸汽冷却段是发生管束损坏可能性最大的区域, 当汽流速度大幅度增加, 如高压加热器超负荷或入口水温降低, 高压加热器的抽汽量增加从而使汽流速度大大增加。由于振动使管子或管子与管板连接处的应力超过材料的疲劳持久极限, 而使管子疲劳断裂。3.3.6 给水泵出口压力过高由于给水泵出口压力过高，导致高加管束长期处于高压及高速流体的冲刷下漏管率达20以上，致使高加长期不能投入，使得给水温度下降60多度，严重影响了电厂的经济效益。发生高加管束漏管，少则要管堵两三根，多则十几根，且普遍有停机后再启动时发

12、生漏管现象。目前厂家一般处理办法是在检修中查漏后加堵，这样，在未完全明了泄漏是胀口漏还是管子本身泄漏的情况下，就会把原应加以补焊的管子都堵死。3.3.7钢管及胀口泄漏管子及胀口泄漏，也是各厂均存在的普遍问题。胀口泄漏主要原因可归结为不合理的结构和工艺设计、胀接和焊接质量不良以及不适当的运行操作方式。而管子本身泄漏，除了管材质量外，也有上面提到的冲蚀、腐蚀及振动等原因。国内高压加热器的管系泄漏中大多是管口泄漏。在出现管系泄漏时，应查明究竟是管子本身漏还是焊缝漏，不应草率将管子堵塞，甚至将附近几根管子都堵塞。若是管口漏，便应补焊。这关键在于焊工必须认真严格地执行工艺规定，克服条件艰苦的困难，耐心仔

13、细地操作，焊补时切忌带水、汽操作，也不能贪图方便，不铲去小漏量焊缝原有焊渣而直接补焊。对于管子泄漏，由于改动设计结构和系统有很大的限制，因而对运行工况的控制和操作中的维护显得十分重要。针对冲蚀和振动引起的管束损坏应采取以下对策：（1）应避免低水位和无水位运行，防止疏水调节阀开度过大，而在疏水冷却段内引起闪蒸和汽水两相流。（2）要监视和控制高加的热力参数，以防冲刷管束并激发振动。（3）对于已发现的管束泄漏，应及早停用检修，防止继发性冲蚀。 （4）应严格控制给水品质，包括含氧量、pH值等防止腐蚀。对无铜的系统pH值应控制在9298，有铜系统则在88左右，含氧量应不大于0005gl。（5）应保证放空

14、气系统的正常工作和采取有效的防腐措施，通常可根据停用时间长短及具备的条件，采用充水、充气和充氨的方法。（6）对U形管高加管束的泄漏，堵管是一种主要的修复手段。在堵管前应查清管束泄漏的型式及位置，并据此选用合适的堵管方式及工艺。为保证堵管质量，高加被堵管的端头部位一定要经过良好的处理，使管孔或管板孔圆整、清洁，与堵头有良好的接触面。4 处理及控制防范措施4.1 封堵泄漏钢管机组高压加热器停运后, 在其3号高压加热器水室温度许可进人后, 首先向汽侧通入压缩空气,在水侧管板上用肥皂水刷涂水室管板表面, 检查肥皂泡破裂的情况来判断加热器漏管的位置及根数。检查发现3号加U 型管中上部有几根管泄漏严重。为

15、了防止已损伤但尚未漏泄的管子继续漏泄, 在其漏管外围的1圈至2圈未漏的20根管子也堵上了。经厂家和电科院测试, 所堵25 根管子并不影响3号高压加热器通流冷却面积和安全经济运行, 因高压加热器钢管有10%富裕度。堵管所用的堵头均为空心堵头, 可有效防止堵头应力不均造成脱落。4.2 保持机组负荷变化曲线平稳在机组启动、停用或变负荷过程中, 蒸汽温度、蒸汽压力以及锅炉蒸发量在不断变化, 从而高压加热器抽汽压力、温度以及抽汽在不断发生变化, 高压加热器内由于温度变化而产生膨胀或收缩变形,产生热应力,。为此, 应保持机组负荷曲线的平稳也颇为重要。4.3 严控高压加热器投停操作为防止高压加热器投入过程中

16、产生的热冲击,高压加热器应随机启动投入。在高压加热器故障停运时, 应注意控制给水温度变化率不应大于1.8/min, 最大不应超过2/min。高压加热器停运时, 先停运1号高压加热器, 最后停运3号高压加热器。高压加热器投运时, 先投入3号高压加热器, 最后投入1号高压加热器。高压加热器投入过程中, 严格控制给水温度变化率不应大于1.8/min, 最大不应超过2/min。由于大多机组采用滑参数启停，故高加可以随同机组同时启停。高加随机启动时，负荷逐渐增加，抽汽温度、压力、流量及加热器水温是逐渐上升的，金属的温升可控制在较小范围内，减少了管系与管板的温差，可避免管系胀口松弛和管系膨胀不均而引起的漏

17、泄。当然，高加启停中水位不易控制，一旦管系泄漏操作比较紧张。如果高加采用随机启停的方式，其中重要的是温升、温降率的控制。因为温升、温降的速度直接影响焊缝受到的热应力。根据经验，通常以出口水温的变化为判断依据。如哈尔滨锅炉厂建议温升不大于35min，温降不大于17min，而上海辅机厂则提出温升不大于2min，温降不大于12min。把温降限制值小于温升值，是由于停用时，先停抽汽，而给水仍通过加热器，此时管壁温度高于给水温度，较冷的给水流经管子，使管子首先冷却收缩，容易在管子和管板的结合面上造成破坏。此时，高加管束泄漏就发生于高加停用后。另外，在运行中不仅要重视温升速度，也不能忽视对温降率的控制。4

18、.4 3号高压加热器U型管更换为12Cr1MoV高温腐蚀是造成3号高压加热器漏泄的主要原因, 而3号高压加热器的U 型管耐高温性能差又是产生高温腐蚀的必备条件。因而, 将3号高压加热器的U 型管全部更换为具有耐高温性能的换热管是有效防止3号高压加热器泄漏的一个根本办法。12CrlMoV 管最高使用温度可达530。在有条件的情况下, 将3号高压加热器的556SAGrCZ钢U 型管全部更换为12 Cr1MoV 管, 从根本上解决3号高压加热器的管系泄漏问题。4.5 采用合理的高加疏水系统解决高加疏水系统的三大通病堵塞、振动及磨损是确保高加安全运行、提高高加投入率的重要因素。究其三大通病之根源，都是

19、由于高加疏水会产生两相流体的流动。据有关资料介绍，当流体从单相流转为两相流时，流体流速会扩大20倍以上，阻力成倍增长。运行中应注意以下问题。 （1）维持高加运行的正常水位，是保证高加正常运行的重要条件。水位过低或无水位运行，对高加的经济安全运行造成很大危害。当无水位运行时，上一级的蒸汽通过疏水管道直接进入下一级高加的汽侧，从而使部分高参数的蒸汽取成了下一级较低参数的蒸汽，降低了回热效果，且破坏了各加热器间的正常参数关系。而蒸汽夹带水珠流经管束尾部，特别对疏水冷段管束冲蚀危害甚大。另外，这两相流体还会严重冲刷疏水管道及其附件，并产生振动，尤其对疏水管弯头及疏水调节阀损害较大。因此，应禁止长期无水

20、位运行。热工自动调节能满足各种运行工况，保证调节性能，提高自动投入率，而运行人员应加强监督，一旦疏水自动调节装置不能自动维持水位时，应手动调节维持。（2）加大疏水通流面积。若原设计疏水通流面积过小，或由于疏水温度过高及疏水管布置不合理造成压降太大使疏水在流动中汽化而造成的疏水不畅，也可考虑扩大疏水调节阀窗口面积。（3）改变疏水阀的位置。将高加疏水阀装到疏水进入下一设备的进口附近，如将高加疏水阀由零米层移至除氧器平台，对防止疏水在管道内汽化而引起的三大通病有一定作用。（4）减缓对疏水管道弯头的冲蚀。对现存的疏水管道特别是弯头的冲蚀损害，可将调节阀后的管道和全部疏水管的弯头壁加厚，弯头还可采用局部

21、扩容减速或衬管，用三通代替90弯头，用不锈钢弯头代替碳钢弯头，做到定期检查及时更换。4.6 关于高加的放空气管及抽汽管道高加在停放时，可采取充蒸汽或充氮保护，否则空气就可能会进入高加。运行中进入高加的抽气也会带入或分离出一些不凝结气体，时间长了这些气体会聚集在汽侧某一部位，会大大降低蒸汽在管壁凝结的放热强度，而不凝结气体中的氧气等还会造成管束腐蚀。高加汽侧装有放空气管。有些电厂认为空气门节流孔易冲刷，并由于蒸汽逐级泄漏影响经济性而取消空气门，这是不可取的。美国工业界对内部排气系统的研究规定排气口应设在给水入口通道顶部附近，这样可利用管束内的压差，来消除流动死区，并把不凝结气体引向排气孔。国产高加空气管设计多采用逐级回流，最后送到冷凝器的方案。国外引进机组有的不采用此方法，理由是加热器