超临界机组运行期间高压加热器泄漏分析及水封处理办法

2023-01-05孔令桐

山西电力 2022年1期

孔令桐

（漳泽电力蒲洲热电有限责任公司，山西永济 044550）

0 引言

某电厂2×350 MW超临界机组于2021年2月9日发现3号机3号高压加热器（以下简称“高加”）正常疏水调门、事故疏水调门跳自动全开，3号高加水位迅速上升至高二值，疏水温度上升至180℃。单独解列3号高加后，经多方判断为3号高加水侧泄漏。解列高加系统后又发现1号高加出口电动门不严，导致2号、3号高加温度维持在140℃，压力维持在0.2 MPa，无法开启3号高加人孔门进行检修，通过用凝结水对1号、2号高加进行注水形成水封，把1号高加出口电动门漏入高加的水封住，彻底解决了3号高加无法检修的难题，避免了一次机组非停事件。

1 高压加热器的工作原理

高压加热器作为一种热量转换装置，主要应用于大型火电机组回热系统，其传热性能的优劣直接影响机组的经济性与安全性，提高高加的传热效率，减小热量传递过程中的不可逆损失，已成为解决能源高效利用的重要措施之一。作为评价物质热量传递能力的物理量，具有表征热量传递效率的物理意义，可为高加高效运行提供指导。该装置由壳体和管系两大部分组成，在壳体内腔上部设置蒸汽凝结段，下部设置疏水冷却段，进、出水管顶端设置给水进口和给水出口。当过热蒸汽由进口进入壳体后即可将上部主螺管内的给水加热，蒸汽凝结为水后，凝结的热水又可将下部疏冷螺管内的部分给水加热，被利用后的凝结水经疏水出口流出体外。本装置具有能耗低、结构紧凑、占用面积少、耗用材料省等显著优点，并能够较严格控制疏水水位、疏水流速和缩小疏水端差。其工作原理为：由汽机抽汽来的高压过热蒸汽首先进入加热器的“过热蒸汽加热段”，沿“S”型管道流动，并对“U”型管内的给水进行对流换热，被冷却后的蒸汽再进入“饱和蒸汽冷凝段”继续与给水进行冷凝换热，最后进入“疏水冷却段”换热后逐渐成为疏水，其温度大为降低，热量大部分用来加热给水。

给水在“U”型管中被加热后经出水室混合进入上级加热器或省煤器；正常疏水通过逐级自流方式流至下一级加热器，事故疏水则直接流至排汽装置管道疏水扩容器，对应的正常和事故疏水调节装置能自动维持加热器水位正常[1]。

2 高加泄漏现象及处理

3号高加泄漏后正常疏水调门、事故疏水调门跳自动全开，3号高加水位迅速上升至高二值420 mm，疏水温度上升至180℃，下端差温度达20℃。高加泄漏后，立即强制“3号机3号高加水位高三值”保护，防止高加解列保护动作。对高加进行查漏试验，缓慢关闭3号高加正常疏水调门，发现3号高加水位涨幅只有几十毫米，事故疏水调门稍关，高加水位上涨明显。单独解列3号高加后，缓慢关闭3号高加事故疏水调门至3%，发现3号高加水位上升明显，立即开大3号高加事故疏水调门维持水位正常，判断确为3号高加水侧泄漏。立即解列高加系统，给水切至旁路运行，高加系统解列后给水温度下降了100℃，锅炉排烟温度下降了15℃，原先在高加中吸收的热量要在锅炉中吸收，锅炉蒸发段后移，过热器的蒸发量减少，同时锅炉蓄热导致屏式过热器、高温过热器汽温急剧升高。高压缸抽汽量减少导致机组负荷升高，主蒸汽压力升高，再热蒸汽流量增加。

3号机高加系统解列后需进行检修，对系统进行2 d的放水排空，发现3号高加排汽后压力、温度分别降到0.2 MPa、140℃后维持不变，经分析判断为1号高加出口电动门不严，给水高温工质从1号高加出口窜进整个高加系统导致3号高加无法正常检修。通过使用水封法，对高加出口泄漏的给水用凝结水注入进行降温，降低高加内的温度，并将冷却后的混合水放掉，这样3号高加处的压力和温度就下降了[2]。同时重新注入温度为80℃、压力为1 MPa的凝结水由6号低加入口门前放水，增加临时管路及手动门控制，并从1号高加入口管路放水门后引入主给水管路，利用3台高加出、入口给水管路安装高度形成的水封，完全可以将因出口门不严漏入高加的给水封住，当3号高加温度降至50℃以下时[3]，便可以开启3号高加人孔门进行检修工作。

3 高压加热器泄漏的危害及原因

高加泄漏后会使加热器水位过低或无水。水位过低，不能浸没内置式疏水冷却段的疏水入口，蒸汽就会进入疏水冷却段，影响疏水冷却段内部的传热过程。对于需要靠虹吸作用来维持疏水正常流动的正立式加热器和具有短程全通道疏水冷却段的卧式加热器，一旦疏水水位低于疏水冷却段入口，水封遭到破坏，就丧失了疏水冷却段的作用，使疏水所含热量不能得到充分利用，影响热经济性。各级加热器之间的疏水一般都是逐级串联的。在无水位运行情况下，抽汽压力较高的一级加热器中的蒸汽就会通过疏水管道进入下一级抽汽压力较低的加热器，取代部分参数较低的加热器的蒸汽，使回热循环的整体热效率降低。对有内置式疏水冷却段的加热器，当水位过低而使疏水入口暴露在蒸汽中时，在入口处形成蒸汽和水的两相流动，高速流动的混合物会侵蚀疏水冷却段入口附近的管束、隔板等部件。另外，在水位过低的情况下，疏水冷却段不能正常工作，由高加排出的疏水过冷度很小，疏水在流动过程中就很容易因压损而造成疏水在管道内闪蒸。闪蒸后形成高速流动的汽水混合物，对管道中的弯头、阀门等造成严重的侵蚀损坏。对采用疏水泵的系统，疏水过冷度不足，还会对疏水泵的汽蚀余量产生不利影响。

检修发现这次高加泄漏的主要原因有3：一是3号高加长期低水位运行，校验保护发现与实际测量水位测量筒“0”位不一致，影响水位正常监视，导致运行人员长时间监视水位时误判，长期控制在较低水位下运行。长时间低水位运行导致U型管不能浸没，长期受抽汽的冲刷，导致水侧管束泄漏。二是管口焊缝不严。制造质量不佳或者热应力导致管板变形都会造成泄漏[4]。三是管道腐蚀、加热器超压、检修工艺不佳、疏水调整门调整品质差、水位测量装置故障等都会造成高加泄漏。

4 运行技术措施

a）检查高加自动切至旁路，各阀门动作正常，给水流量稳定。

b）监视主、再热汽温、汽压，过热度、水煤比的变化。

c）控制机组背压，除氧器、排汽装置水位。

d）注意汽轮机监视系统TSI（turbine supervisory instruments）参数的监视。

e）监视脱硝系统反应器入口烟温、喷氨流量、折算值等参数。

f）提高空预器入口风温，投入空预器连续吹灰。

5 高加解列后对机组运行的影响

给水温度降低，水的预热增加。原先在高加中吸收的热量要在锅炉中吸收，要产生同样的蒸汽，则需要加入更多的煤、风，水煤比降低。给水温度降低也导致给水蒸发量减少，造成过热器超温。同时炉膛出口烟温降低，导致反应器入口烟温下降，脱硝效率降低，环保参数超标[5]。降低机组热效率，增加锅炉煤耗，严重影响机组安全稳定运行。