1、300MW機組高壓加熱器泄漏原因分析和對策曹枝陽（華能平涼發電有限責任公司，甘肅 平涼 744000）【摘要】：高壓加熱器是給水系統的重要設備，其性能和運行的可靠性將直接影響機組的經濟性以及安全性，平涼電廠2機組3高壓加熱器在運行中管束頻發故障，本文對高壓加熱器泄漏產生的原因及疏水調節系統和運行水位進行分析，介紹管束泄漏的處理方法，及應采取的預防措施。【關鍵詞】：高壓加熱器；泄漏；汽水兩相流；原因分析；措施。0  概況平涼電廠4×300MW，分別于2000年9月、2001年6月、2003年6月和11月投產，配用的高壓加熱器（以下簡稱高加）系哈爾濱鍋爐廠引進美國福斯特

2、3;惠勒公司技術設計、制造，產品型號為GJ8203，3高加布置于12.6米層。給水系統為大旁路，高加疏水為逐級自流，高加設計有內置式蒸汽冷卻段、蒸汽凝結段和疏水冷卻段，高壓換熱管為U形碳鋼管臥式布置；機組自投產以來，高加多次發生泄漏，嚴重影響機組運行經濟性，尤其以#2機#3高加比較突出。因此，對高加泄漏的原因進行分析，并提出相應對策和措施是十分必要的。高加熱力系統如圖1所示。1          運行情況平涼電廠2機組于2001年6月168h試運投產后，在2002年1月16日，運行中的3高加水位高報警，機

3、組申請調峰至280MW，將高加汽、水側隔離后，打開高加人孔，經風壓檢查發現，管板左上側有兩根管束泄漏，用管塞封焊處理，高加停運38小時。2002年5月24日，運行中水位高報警，將高加隔離后，汽側打風壓試驗，用肥皂水檢查管板發現，管板左上側臨近同樣部位新發現有四根、右上側臨近邊緣新發現六根管束泄漏，同樣用管塞封焊的辦法處理。2002年11月22日，運行中水位高報警，機組申請調峰，高加系統解列，#3高加解體后，汽側打風壓檢查發現，管板左上側鄰近同樣部位新發現有兩根泄漏，在附近擴大封堵共五根、右上側同樣部位新發現三根管束泄漏，在附近擴大封堵共六根、中上部有一根泄漏在附近擴大封堵共四根。2003年3月

4、9日，運行中水位高報警，機組申請調峰，高加隔離停運，檢查發現左上側、右上側各一根，均因堵塞封焊處存在氣泡和裂紋出現泄漏，補焊處理。2003年5月3日，運行中水位高報警，機組申請調峰，高加隔離停運，管板左上側領近同樣部位新發現有兩根泄漏，在附近擴大封堵共六根，右上側一根，中上部一根，用管塞封焊的辦法處理。2003年7月，在機組小修期間，委托西安熱工院對#3高加進行100渦流探傷檢查，發現管束存在不同程度損傷的共有八十四根，其中管壁損傷壁厚小于60的有26根，按熱工院意見進行預防性封堵處理，但在做氣密試驗檢查時，發現原封堵管塞封焊多處有氣孔、裂紋等問題，原因是在封堵溶合區，由于多次泄漏反復補焊后，

5、堆焊溶合區存在的應力未釋放，并且熔敷金屬較厚、面積大，出現金屬組織疏松，應力集中產生裂紋，如長期發展，擔心會對管板造成負面影響，通過研究決定用碳弧氣刨徹底清理管塞封焊拔出管塞，對管板進行著色檢查，未發現異常情況，重新封堵施焊處理，對26根渦流檢查壁厚小于60的也進行了封堵，重新進行氣密檢查無滲漏。2004年7月23日，2機組大修中，在打開高加人孔拆除隔板后發現管板左上角有一直徑約為30mm深15mm孔洞，對孔洞周邊進行清理打磨處理，加工特種管塞封堵施焊處理。又對#3高加進行100渦流探傷檢查結果：剩余管壁厚度大于80有33根、管壁厚度小于6080有27根，剩余管壁小于60有36根，對剩余管壁小

6、于60進行封堵施焊處理,做氣密試驗檢查無滲漏。截至2004年10月份累計2機組3高加泄漏管束101根，202個管口，接近設計裕量達7.2，給水溫度已由剛投產時的274降至270，對機組經濟性和安全性帶來影響，隨著機組運行時間的推移，封堵管束量的增大，水側節流流量減小，管束介質流速增大，產生的沖刷和振動也增大，引起管束材料金屬疲勞加劇，泄漏量將成倍遞增，因受高加設計結構的限制，無法抽管進行深層次分析管材的理化性能和泄漏部位形狀特征，給進一步解決高加泄漏提供依據帶來困難。從平涼電廠每次渦流探傷檢查結果反映，泄漏缺陷主要集中在下側疏水冷卻段的入口，即距管板2.15mm的位置，利港電廠（300MW&#

7、215;2）、寶鋼自備電廠（300MW×2）、沙角C電廠（660MW×2）、華能岳陽電廠(300MW×2)等也存在同樣的問題。損壞的原因有以下幾個方面：疏水過冷段入口流速過大形成汽化：過冷段低水位形成汽化：水位降到低于疏水過冷段入口，蒸汽進入過冷段。第條是由于設計流速過大或入口過窄，水流經此處部分汽化，產生汽水混合物。在通常情況下，汽的流速要遠遠大于水的流速，從而引起沖擊和振動。第和是指水位過低，這是由于水位調節系統有問題不能維持正常水位。2         疏水調節系統的性能平涼電廠

8、機組高加自投運以來，通過現場實際中觀察，共同的突出問題是水位波動較大，特別是3高加，由于所處工作狀態惡劣，溫差變化大，更加明顯，這給本來設計成內置疏水冷卻段結構的高加，造成極大的影響，使得運行指標偏離設計標準，運行情況如表1所示。水位波動的大小取決于水位的調節和控制，高加水位調節系統的性能高低至關重要。表1  高加的端差1高加2高加3高加疏水()進水()端差()疏水()進水()端差()疏水()進水()端差()255.32235.0120.31233.33199.7233.61200.30175.0625.24    高加原選用MAGNETROL

9、系列的基地式氣動操作系統和調節閥控制調節儀，從高加運行的歷史、現狀反映，暴露的主要問題：（1）高加采用MAGNETROL系列的基調控制系統，該控制調節儀死區大，在水位升高或下降40mm左右時，基調控制調節儀才能感測到水位變化，發出指令到執行器對水位進行調節；（2）基調與調節閥門之間設計安裝距離較遠，即執行器信號氣源管路比較長，當基調控制調節儀發出調節指令，信號氣傳到疏水調節閥進行調節，傳送速度較慢（約23秒），調門動作滯后；（3）系統采用的液位開關動作不可靠，經常出現誤發報警及事故解列信號，造成水位保護頻繁誤動。圖2為高加疏水的示意圖。由于MAGNETROL系列的基調控制系統調節效果差，運行中

10、時常引起高加疏水閥頻繁調節，事故疏水閥參與調節，引發高加水位波動，當水位波動處于偏低水位運行時，疏水冷卻段疏水口的水封喪失，使加熱蒸汽直接流入疏水冷卻段而疏出，出現“疏水帶汽”的現象，蒸汽泄漏熱量的損失，導致加熱器疏水段溫度升高，表現為端差增大，溫度和壓力變化，出現汽水介質兩相流速增大不且穩定，導致高一級（高加）疏水大量涌（吸）入低一級加熱器。由于高加系統的疏水量的增大，引起疏水管路沖擊振動，疏水調閥和管道已多次破裂。另外,疏水調節閥開閉頻繁，調節幅度變大，嚴重沖蝕閥門；同時，激發疏水管道的振動和噪聲，長時間的大幅度振動將會造成管道及其支吊架疲勞斷裂損壞，影響安全運行。高加多次解列，存在執行機

11、構動作頻繁、易磨損、易卡澀及可靠性差等問題，同時，還存在一種錯誤觀點，認為從安全的角度考慮，加熱器的疏水水位保持得低一些，可以防止或減少加熱器保護動作和疏水進入汽輪機引起的水擊事故。事實上，一旦疏水調節閥卡死或加熱器管系泄漏、破裂情況發生時，水位上升很快，水位低一些不可能解決問題，反而會因水位較低延遲了高水位報警和保護的動作。因此，低水位運行造成加熱器端差大，由于兩相流動過程通常不穩定，水位波動劇烈，機組效率降低，同時造成加熱器頻繁爆管，影響機組安全穩定運行。鑒于以上原因，2004年7月2機組大修期間，將MAGNETROL系列基地式調節儀進行改造，引入CCS控制進入DCS系統，提高執行器的靈敏

12、度，改善調節速度，使得系統便于檢修維護，減少故障，實現當自動系統異常時，運行人員可以對高加水位進行監視調節，也可以通過完善邏輯參與水位保護以及分析水位異常造成加熱器解列追憶歷史紀錄進行事故分析。通過使用一段時間后，反映出高加水位調節的品質和水位保護的可靠性得到很大的提高，高加運行指標有了改善，端差明顯下降，如表2所示。表2  高加端差改造前后對比項目1高加2高加3高加疏水()進水()端差()疏水()進水()端差()疏水()進水()端差()改前256.33234.1822.15240.39199.1941.20197.95174.7723.18改后250.75237.7413.0121

13、5.24202.5012.74186.86173.6713.193 水位控制方面平涼電廠機組高加水位定值是根據制造廠的說明書以及設備上標定的中心線來確定的，但在動態工況下，由于汽和水在水位計連通管上部汽側和下部水側流速不同，造成液面上壓力也不相同，使得水位計的指示比高加的真實水位要偏高，與實際不符，正常水位值選定點不正確，導致高加長期處于偏低水位或無水狀況下運行。高加沒有保持正常的水位運行，疏水冷卻段疏水口的水封喪失，帶來高加溫度和壓力的變化，出現汽水介質兩相流速增大，引起端差和疏水流量增大，管束材料金屬疲勞，對管束沖涮沖蝕，產生水沖擊出現振動，這樣長時間的惡性循環，造成高加管束損壞，因此，高

14、加能否保持穩定的水位運行,取決于高加水位正常值的確定與實際水位正確與否，這是造成高加管束長期泄漏的原因之一。針對上述問題，以及根據其他電廠高加運行經驗，自機組投產以來，平涼電廠在運行中進行了無數次對水位的抬高嘗試工作，最終結論是隨著水位的抬高，高加的疏水端差下降，從運行中觀察有了明顯的效果。4  運行方面高加投運時，應限制蒸汽參數變化速度，嚴格控制高加出口給水溫升率、溫降率不大于2min，尤其在高壓加熱器投運初期，不要因忙于其他操作而忽視高加的調整，及時投入疏水自調，減少溫度變化率對高加的影響。正常運行中，運行人員應注意觀察各高加疏水溫度、疏水調節閥開度等參數，發現異常變化；應認真分

15、析，判斷原因，采取措施。當發現高加有泄漏跡象時，即使是很輕微，應立即停運隔離檢漏，不能因泄漏小而維持運行，因為輕微的泄漏也會造成給水直接沖擊損傷相鄰的管束出現二次損傷，從歷次泄漏管子的分布看，二次損傷的確存在，管子泄漏后不及時隔離進行處理，加重二次損傷的程度和擴大損傷范圍，引起大的破壞。加強高加啟停參數變化的監督工作，建立跟蹤考核制度，每次高加啟停中對相關參數要進行分析，包括高加的啟停時間、投入率以及啟停控制速率等，健全對高加運行狀態的分析監督。5  管束泄漏封堵失效以及管板損傷修復高加管束泄漏，管口封堵修補是重要環節，從平涼電廠高加頻繁泄漏中總結來看，多次由于封施焊工藝不當造成頻繁

16、泄漏。管板材料及結構特點：管板的材質為20MnMo，厚度380mm，管板表面堆焊了一層7+1mm超低碳碳鋼，堆焊層表面碳含量0.08%，換熱管為SA556GRC2，16X2.3碳鋼管，20MnMo材料需要在預熱的條件下才能焊接，管板表面堆焊一層含碳量較低的堆焊層的目的就是為了管子管板焊接時不預熱而采取的一種工藝措施，因此對管板的返修要考慮到管板的這一結構特點管板焊接及管子出現泄漏需要補焊和封堵管子時，首先考慮采用熱膨脹系數和物理特性與管子管板相近的碳鋼焊材，在特殊情況下也可使用奧氏體不銹鋼焊材，否則，焊接熔合區易產生淬硬馬氏體，在焊接熔合區接頭應力作用下，會產生微裂紋，這些微裂紋在高加運行過程

17、中就會作為裂紋源而不斷擴展進而形成裂紋，裂紋的存在就會引起管子管板焊縫的破壞。對于泄漏管的處理，制造廠推薦的方法是：將泄漏管口處的管板表面用打磨機打磨清理，泄漏管口（在上下管板管口）用鉸刀（11mm）進行鉸孔、清理，根據清理后的管板孔鉸刀深入的尺寸，然后加工1：50錐度的錐形端部有盲孔的管塞（用20號低碳鋼），將管塞塞入管板孔一定深度之后打緊，露出35mm，用經烘干的高鎳不銹鋼焊條（2.5mm）進行密封施焊。工藝中除了對管板孔、管塞尺寸有嚴格要求外，對焊接的環境和焊接方法也有嚴格要求，即所有管子和管板必須吹干到不影響和污染焊縫的程度。但是這些工藝在實際操作中很困難，這主要是難于接近作業面進行機

18、加工和清理。很多泄漏管子位于管束外側，緊靠殼體半球形封頭，因此受空間位置的限制無法使用鉸刀、鉆頭等工具對管板孔進行加工，管塞的長度及安裝也受到限制，對管孔的測量也無法做到精確。因此，只能變更工藝，對泄漏管孔稍加清理后，壓入管塞進行密封焊。由于管口不可避免地存在或多或少的入口侵蝕問題，因而管口存在不圓度，表面光潔度也不佳，手工清理不能消除這些缺陷，因此堵管質量受到很大影響。其次，運行中出現管束泄漏高加隔離后，為了搶時間提高高加投入率，在高溫和潮濕環境中進行焊接，人員操作施工只能輪流替換進行，加上高加設計結構和焊接方位的限制，焊接質量根本無法保證，因此出現氣孔、夾雜等缺陷是常事，焊接后應力沒能徹底

19、消除，焊接管塞密封焊表面因介質溫度和沖蝕，造成臨近管束密封焊口的熔敷層開裂。封堵的管束投運后，運行不短時間再次發生泄漏或滲漏，出現平涼電廠高加頻繁泄漏情況。所以，避免此類問題發生，應加強管理，建立良好的作業環境，來提高檢修質量，減少高加解列次數。2004年7月，平涼電廠2機組大修中，在打開高加人孔拆除隔板后發現管板左上角有一直徑約為30mm深15mm孔洞，其他部位也存在輕重不等的類似孔洞和跡象。其原因是由于高加頻繁泄漏，管口封焊后應力處理不當，封焊熔敷層反復堆焊，熔敷不良，出現組織疏松，產生裂紋，出現管板封焊熔敷層泄漏，運行人員未能及時發現采取相應措施，隨著機組運行時間的推移，封焊熔敷層受介質溫度變化在交變應力的作用下缺陷擴大，封焊熔敷層被吹蝕管塞脫落發展形成孔洞。針對上述情況2004年7月機組大修中，制定返修措施：用碳弧氣刨和打磨砂輪機，完全去除管板原補焊區的堆焊熔敷層然后管板進行PT滲透檢查是否存在裂紋隱患；對原先封堵過的管孔和新檢查需要封堵的管孔重新進行封堵，堵塞選用材質為#20鋼或Q235-A（A3鋼）封堵后端部露出±mm；堵管采用藥皮焊條電弧焊方法，焊條牌號為J507，規格為2.5mm，直接反極性，電流控制在60-80A之間。焊接順序按不同管位