高压加热器频繁泄漏原因分析及优化处理措施

薛 旻

（华润电力（常熟）有限公司，江苏常熟 215536）

0 概述

华润电力(常熟)有限公司3号机组为东方汽轮机厂引进日立技术生产制造的CLN 600-24.2/538/566型超临界压力汽轮机组，机组抽汽回热系统配置3台高压加热器（以下简称高加），汽轮机的抽汽通过高加传热管束与给水换热，提高给水温度，减少汽轮机向凝汽器的排汽量，改善汽轮机的通流特性和机组的热量损失，降低煤耗，提高机组循环热效率。该机组高加由上海动力设备厂设计制造，结构特点为表面换热式、卧式安装、U形传热管、双流程，内设过热蒸汽冷却段、凝结段、疏水冷却段，换热管与管板之间采用爆炸胀管加密封焊，水室人孔采用自密封结构。

1 问题

机组于2005年投用，自2010年起，3号高加在运行中已多次出现泄漏故障，严重影响机组运行的经济性和安全性。近几年，3号高加几乎达到了逢启停必泄漏的程度。

2 原因分析

2.1 投运/退出时给水温度变化率较大

机组启停或高加检修的投退过程中，应控制给水温度变化率，按照厂家要求，给水温度变化率应≯1℃/min，最大不得超过1.8℃/min，这个温度变化率可使厚实的水室锻件、壳体和管束有足够的时间均匀地吸热或散热，防止热冲击过大对高加造成损伤。但在实际投运过程中，由于高加进汽电动门内漏较大或电动门开启幅度较大，抽汽逆止门开启后使得高加温升速度过大，造成高温高压蒸汽进入高加后，管壁较薄的传热管与较厚的管板温升速度不一致，温升不一致产生的热应力使传热管变形或焊接区域拉裂造成泄漏。虽然该机组高加投运时的温升明显大于厂家规定值，但相比该厂采用同样投退方式的1/2号机组，其3号高加在机组运行中并未出现明显的泄漏现象，因此，投运时温度变化率并非导致3号高加频繁泄漏的主要原因。

2.2 水侧与汽侧的温差、压差较大

高加投运时，汽侧按由低到高的顺序进行投运，因此3号高加最先投运，高压给水对U形钢管造成的高压水冲击最大，尤其是U形管弯管处受到的冲刷最严重。机组正常运行中，3号高加水侧与汽侧的温差达到300℃，压差达到20 MPa，是3台高加中工况最恶劣的，随着高加运行时间的增长，受到的疲劳损伤最为严重。虽然3号高加的恶劣运行工况是造成泄漏的重要原因，但受结构设计的制约，不进行技术改造，高加运行工况无法得到改善。

2.3 负荷变化速率大

随着电网对机组AGC投入率要求的不断提高，机组正常运行中经常会遇到快速加减负荷的情况，此时相应的抽汽温度与压力也会迅速变化，而相应给水温度的变化比抽汽温度变化小，高加U形管以及管板焊缝处由于受到强烈的温度交变热应力而更容易损坏，尤其在机组紧急甩负荷或高加紧急解列时，给高加带来的热冲击更大，高加U形管长期受热疲劳而容易损坏泄漏。但存在相同工况的1/2号机组，并未出现频繁的泄漏情况，说明负荷变化速率大不是高加泄漏的主要原因。

2.4 检修质量差

高加的泄漏往往在机组运行中或机组启动过程中出现，而在机组启动或运行中将高加隔离进行查漏、堵漏时，由于受高加温度、阀门泄漏等客观因素的制约，很难保证检修工艺质量。例如：因高加汽侧进汽门不严，高加内部水室温度高，检修人员无法进行管口预热，堵漏焊接后应力较大，影响检修质量。机组停运检修时，对3号高加进行气密性试验，发现部分堵管焊疤处存在泄漏现象，尤其是部分死角，由于受水室隔板的空间制约，无法保证该区域的焊接堵管质量。检修时堵管区域能明显看出部分焊疤存在脱落现象。另外，检修时的涡流检测（涡流检测仅能检测缺陷管）报告显示，换热管缺陷数与1/2号机组差异不大，说明该机组3号高加原堵漏处存在较大的重复泄漏状况，因此判断，高加检修尤其是运行中抢修时工艺质量难以保证是3号高加频繁泄漏的主要原因。

2.5 灌水降温加大高加损伤。

机组启动或运行中解列高加，由于热传导或汽侧阀门内漏，导致解列后高加内温度仍然较高，开启人孔自然降温无效，此时只能采用灌水强制降温的方式，因高加管材较薄管板较厚，易造成高加管材与管板温降不一致，产生的交变热应力加大高加的损伤，增加高加泄漏点。机组启动或运行中抢修时，曾多次采用灌水降温的方式来缩短抢修时间，而1/2号机组从未采用过灌水降温的方式，因此，灌水降温也是导致高加频繁泄漏的重要原因。

2.6 堵头与U形管材料不一致

高加抢修过程中，往往由于短时无法找到与管材一致的堵头，采用材料相近的堵头代替，材料不同的堵头膨胀系数不同，长期运行易因膨胀系数不同而造成高加管板胀裂或拉裂。该机组早期进行高加堵漏时，由于对检修工艺的不重视以及受条件的制约，曾采用不锈钢堵头代替20G堵头，导致该区域重复泄漏率非常高。

3 改进措施

（1）机组停运后，采用高加自然降温的方式，待充分降温后再打开高加人孔门，进行检修工作。

（2）对5000多根高加管束进行涡流检测，检测高加管束的损伤情况，参考涡流检测报告，提前处理存在损伤的换热管。

（3）打磨掉并清理原电焊焊疤，对原有堵头进行检测，若材料与U形管材不一致，更换新堵头。

（4）使用加热棒加热打磨抛光后的管板区域到130℃（管束内有积水会造成积水沸腾，影响加热棒工作，可以结合火焰加热方式进行预热），预热可以减少电焊热应力对管板的影响，降低电焊后焊疤出现裂纹的可能性。

（5）采用氩弧焊对打磨过的管口、管板进行修复焊接，同时对需要堵管的U形管进行堵管焊接。每焊一层后敲掉焊渣，焊接后抛光焊缝着色检验，焊接面不高于管板平面2 mm。

（6）焊接完毕后对焊接处进行局部退火处理，温度为120℃，消除焊接热应力。

（7）堵管、补焊、修复完毕后，使用压缩空气对高加进行查漏，通入压缩空气后，在水侧管板涂抹肥皂液进行查找，查找有无新的管口漏点或者焊疤上的泄漏点。如发现新漏点，做好相应的标记，然后将高加汽侧的压缩空气泄掉，重复上述的修补措施，再进行打压查漏，直至高加气密性试验合格。

4 工艺优化

（1）在机组运行中严格控制高加水位，保持高加水位平稳，机组运行中监视3号高加调门开度的变化。

（2）投运或退出3号高加时，严格控制给水温度变化率＜1.8℃/min,发现高加泄漏，立即缓慢切除高加，避免泄漏管束长期运行，高压给水吹损周边管束，加大高加泄漏。

（3）高加投退时，采用点动抽汽电动门的方式，控制给水温度变化率。

5 优化改进效果

应用改进后的检修方法，对机组3号高加进行全面修复与处理，同时优化机组的投退方式，机组启动后，3号高加长期稳定运行，未再出现泄漏现象。

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