大唐临汾热电高加频繁泄漏原因分析及预防措施

姚洋洋

摘 要：针对1号机组高加运行频繁发生泄漏，对机组安全经济运行造成极大的安全隐患。进行详细的理论和实际分析，得到预防措施，为机组的安全、经济运行和维护提供了技术依据。

关键词：热应力；冲刷侵蚀；预防措施

1 简述

山西大唐国际临汾热电300MW机组高压加热器均为U型管卧式表面凝结型换热器。采用内置三段结构，即过热蒸汽冷却段、凝结段、疏水冷却段[1]。

作为汽轮发电机组回热系统中的主要设备，其运行状况不仅影响机组的经济性，还直接影响着机组的安全运行。由于1号机组高加运行频繁发生泄漏（2号高加2次，3号高加2次），经常不得不退出运行进行检修，对机组安全经济运行造成极大的安全隐患。因为高加水侧压力大于汽侧压力，一旦管系泄漏，给水就会冲入壳体，如果发现不及时就会引起汽侧满水。水将有可能沿着抽汽管道倒灌入汽轮机，造成汽轮机机组振动、动静碰摩甚至大轴弯曲等恶性事故。因此分析加热器泄漏原因，找出对策，以尽可能减少泄漏具有十分重要的意义。

2 泄漏情况实例

2014年6月28日1号机3号高加正常疏水调门开度有逐渐增大的趋势，根据1号机汽前泵电流变化趋势以及3号高加端差变化情况分析1号机3号高加泄漏。经过检查发现1号机3号高加出水室右上角部位有三根管束发生泄漏，进行堵管处理，共堵管7根，7月1日3号高加水侧恢复注水过程中发现2号高加泄漏（停机过程中未发现泄漏），泄漏部位与3号高加相同，一根管束泄漏，堵管6根。8月14日2号高加水侧泄漏，原因为2号高加入水侧堵头脱落，8月25日3号高加泄漏，原因为堵头焊口开裂。

3 高加泄漏主要原因分析

3.1 工况变化，材料所受热应力变化大

3号高加泄漏都是发生在高加注水结束后或者高加投运初期，高加温度变化剧烈的情况下。2号高加泄漏原因之一是高加出水侧堵头脱落，3号高加泄漏原因为堵头焊口开裂。在高加注水（除氧器水温偏高）过程以及机组打闸停机后，高加出口温度变化速率较快（5.3℃/min）。说明高压加热器在启停过程中、调峰时负荷变化速度太快、主机或加热器故障而快速停运加热器时，都会使金属温升率、温降率超过规定，使高压加热器的管子和管板受到较大的热应力，又因管子管壁薄收缩快，管板厚收缩慢，常导致管子和管板的焊缝或胀接处损坏，引起端口泄露。另外，若堵头材质膨胀系数与高加管束膨胀系数不同，也会造成堵头脱落或焊缝开裂。

加热器冷态启动或者加热器运行工况发生变化时，温度的变化率限定在≤55℃/h。必要时可允许变化率≤110℃/h。高压加热器预计循环寿命当温度变化率限制在≤110℃/h，允许无限次热循环，此时的热冲击对加热器是处在安全范围内的。而超过110℃/h，则加热器的寿命会受到有害影响，超过越多，影响越大，循环使用次数越少。

3.2 工况恶劣，冲刷侵蚀严重

机组正常运行期间3号高加汽侧压力在0.9MPa～1.9MPa之间，蒸汽温度在440℃左右，2号高加汽侧压力在1.8MPa～4.06MPa之间，蒸汽温度在310℃。2、3号高加水侧压力基本不变（仅存在管道沿程损失），2、3号高加运行工况恶劣，故容易造成2、3号高加泄漏情况。

冲刷侵蚀产生主要原因是加热器内部产生汽水两相流，钢管外壁受冲 刷变薄，发生穿孔或受给水压力而鼓破。产生汽水两相流的主要原因：

（1）当高加内某根钢管发生泄漏时，高压给水就从泄漏处进入汽侧，汽水两相流强烈冲刷周围管束。

（2）甩负荷时抽汽压力突然降低容易在疏水冷却段发生闪蒸现象，造成汽水两相流冲刷钢管。

（3）高压加热器低水位运行将引起加热器内部汽水两相流，导致加热器传热管损坏。

（4）是过热蒸汽冷却段内部及其出口的蒸汽达不到设计要求的过热度引起的[3]。

3.3 高加投运过程中正常疏水管频繁振动

1号机机组高加正常疏水管道自机组试运投产以来在机组启动投运高加时一直存在着较为明显的振动现象，造成高压加热器不能正常随机滑启投运，直接影响机组启动时间、汽轮机运行的安全性和回热效率，同时也是造成高压加热器泄露的一方面原因。振动原因是给水温度过低或机组超负荷等情况，造成通过加热器钢管间蒸汽流量和流速超过设计值较多，具有一定弹性的管束在给水扰动力的作用下会产生振动，若管束发生共振会导致管束损坏[2]。

3.4 机组ACE模式负荷变化大

300MW机组作为电网的主力调峰机组，频繁投入ACE模式，在此模式下负荷变化频繁，变化范围大，造成高加管束存在交变热应力。在目前6MW/min负荷变化率的情况下高加出水温度最大至2℃/min。负荷变化速度快给高压加热器带来的热冲击，机组调整负荷时速度过快，对应抽汽压力、抽汽温度等参数变化过快，加热器U型管与管板焊缝由于受激烈的温度交变热应力作用而容易损坏，尤其在机组甩负荷或高加紧急解列时，对高加的影响很大，常此以往，加热器U型管长期受热疲劳而容易损坏泄漏。

3.5 检修质量不良

以往高加泄漏时补焊、堵漏的工艺不到位，因管板与U型管接口密集，补焊地方太大会造成管板热应力变形，拉裂管板与U型管的焊口，补焊地方太小会造成焊接质量不到，高加投运时未发生泄漏，运行一定的时间后会发生泄漏。

4 预防措施

针对以上分析原因，为了预防高加频繁泄露，在机组启停机以及正常运行过程中，应遵循以下原则：

（1）为控制机组启动过程中高加温度变化速率，除氧器上水结束后立即进行高加水侧注水，保证高加注水过程中高加水侧温升小于40℃，控制高加注水时间大于1小时。

（2）机组启动过程中，锅炉开始上水时应控制调门小于10%，控制高加出口水温变化速度小于2℃/min，待高加出口温度与除氧器水温差小于20℃时根据锅炉上水要求控制上水速度。

（3）机组正常运行过程中，高加投、退过程中严格控制高加出口给水温变变化速率小于2℃/min。

（4）为减小停机后高加温度变化问题，在机组停机前缓慢退出1号机高加组运行。

（5）加强检修工的培训，提高检修质量，保证焊口一次性处理到位，不发生重复缺陷，减少设备投入、退出的次数。加强缺陷的各级验收质度，高加泄漏的缺陷必须经过班组、专业、金属监督人员、生产技术部进行验收，合格后再回装设备。

（6）不允许机组超负荷运行，尤其是供热期间，加强主蒸汽流量和锅炉总风量的监视，保证机组、高加不过负荷。

（7）尽量减少机组的ACE投入率，保持机组负荷稳定经济运行。

5 结束语

高压加热器的泄露问题对火电厂的安全经济生产有非常重要的影响作用，因此，在运行工作中要高度重视，出现问题时及早发现并正确处理。要从运行、检修、维护各方面不断的完善提高，找对策减少高加故障，尤其是泄漏方面的故障，以促进发电机组的安全经济运行。

参考文献

[1]孟兆鹏.集控运行规程[Z].山西大唐国际临汾热电有限责任公司，2013，10.

[2]阮涛，杨义波.火电厂热力系统及辅助设备[D].郑州电力高等专科学校，2002.

[3]大唐国际发电股份有限公司.全能值班员技能提升指导丛书：汽轮机分册[M].中国电力出版杜，2008.