高压加热器泄漏原因分析及对策

2010-02-13陈涛魏胜娈

综合智慧能源 2010年6期

陈涛,魏胜娈

(四川华电攀枝花三维发电有限责任公司,四川攀枝花 617065)

0 引言

四川华电攀枝花三维发电有限责任公司(以下简称三维公司)2×150MW汽轮机采用青岛青力锅炉辅机有限公司生产的高压加热器,其结构特点是顺置立式布置、大旁路系统、U形传热管、大开口并具有自密封结构的双流程水室,每台高压加热器设有过热蒸汽冷却段和蒸汽凝结段和疏水冷却段3个传热区段。来自汽轮机的抽汽先经过过热蒸汽冷却段冷却,再进入蒸汽冷凝段凝结成疏水,然后进入疏水冷却段,疏水经疏水调节阀控制,由压力较高的高压加热器(以下简称高加)排入压力较低的高加,而压力较低的高加疏水也经调节阀控制排至低压加热器(以下简称低加)或除氧器。

1 高加泄漏的现象

(1)高加水位高信号报警。

(2)由于高加泄漏,给水大量漏入汽侧,导致给水泵液力偶合器开度增加,给水泵转速增加,电流增大,给水泵入口流量增大。

(3)高加泄漏后由于传热恶化造成给水温度偏低,机组热耗率增加。如#11机组在100MW负荷下设计的高加投入热耗率比切除时低186.6 kJ/(kW·h)。

(4)高加端差增大,远远高于正常值。

2 高加泄漏后对机组的影响

(1)高加泄漏后,会由于泄漏管周围正常管束受高压水冲刷、冲击而导致破坏泄漏,使高加泄漏情况更为严重。

(2)若高加水位急剧升高时保护未动作,一旦水位淹没抽汽管进口,则会造成汽轮机水击事故。

(3)高加解列后,给水温度降低。以150MW机组为例,给水温度会由243.86℃降至177.31℃。为保持负荷不变,则必须增加煤量,增加风机处出力,这样会造成炉膛过热和汽温升高,从而导致机组热耗率增加。

(4)高加停运后,还会使汽轮机末几级蒸汽流量增加,加剧叶片的腐蚀。

(5)高加停运后,还会使抽汽口的各级叶片轴向推力增加及锅炉壁温超限。为了确保机组安全,必须限制机组出力(#11、#12机组均不超过140MW)。

(6)高加泄漏消缺时间较长(一般为35h),严重影响高加投入率。

3 高加泄漏的原因

三维公司2×150MW汽轮机#2高加管系发生的泄漏主要是管口焊缝泄漏和管子本身泄漏。

3.1 管口焊缝泄漏的原因

(1)制造质量不佳。高压加热器管子与管板间加工、胀管及焊接技术要求很高。高加管板为20MnMo合金钢,而U形管材料为SA556CrC2无缝钢管,故需要堆焊。由于加工技术的差异,易造成管板孔眼尺寸公差误差较大,部分孔、管间隙偏大,降低了管口适应机组变工况运行的能力。三维公司#11机组在2005年安装打水压时即封堵1根管板。

(2)管板变形。由于高加是管板结构,当管板变形时容易使管端口发生泄漏。因为高加水侧压力高、温度低,而汽侧压力低、温度高,两侧间的机械应力与热应力叠加,当管板刚度及强度不够时就会产生变形,向汽侧鼓凸。因机组参与电网调峰,经常处于变工况运行状态而导致相应变形;又因高加进汽门关不严,机组运行中停运高加时,高加水侧受热也易造成管板变形,造成焊口泄漏。

(3)热应力过大。由于高加未安装测量管板及筒体温度的装置,只能以高加出口水温计算温升率及温降率。在高加启、停过程中,高加的温升率、温降率过大,使高加管板与管连接处受到很大的热应力,焊缝及胀口处易发生损坏,从而引起端口泄漏。特别是机组或高加故障需停运时,汽侧迅速停止供汽,水侧仍继续通水。由于管壁薄、收缩快,而管板厚度大、收缩慢,导致管板焊缝损坏。从2006年统计结果来看,几乎每次停机时2台机组#2高加均有泄漏,原因是停机或停高加过程中温降率过高。

(4)检修因素。

1)在#2高加泄漏后,没有及时对泄漏管子周围进行保护性堵管。

2)加堵后补焊,存在较大的残余应力,易造成焊口泄漏。

3)高加系统缺陷多,检修频繁,检修时间过短,高加检修时保护措施不到位,高加启、停频繁。

3.2 管子本身泄漏的原因

(1)振动。当通过管子间的蒸汽或给水流量超过设计值时,流速也相应超过设计值,严重时会使管子发生振动,有的甚至产生共振现象。管子振动使管外壁与隔板的管孔发生摩擦,管壁变薄,在给水压力的作用下破裂。这种现象在负荷高峰期时有发生。由于机组蒸汽初、终参数均未达到设计值,只有靠增加主汽流量满足负荷要求。当机组负荷在150 MW时,主汽流量达480t/h,致使进入高加的给水流速增加,加剧对管束的冲刷。

(2)管子材质及工艺不良,厂家组装时划伤管子。

(3)腐蚀。管子的内、外壁都会发生化学腐蚀。给水中的溶解氧过高或pH值过低均会使管内壁受腐蚀,这主要是因为高加在运行中空气未排尽或高加停运时汽侧疏水未排尽。当高加停运而机组未停时,由于进汽门或空气门不严,不断有蒸汽凝结成水。机组停运或高加长时间停运,若未为采取防腐措施,管内外壁都会受到腐蚀。三维公司机组在洪水季节启、停频繁,机组保养工作未得到很好的执行。

(4)超压。

4 采取的措施

4.1 调整高加端差至最佳值

(1)由于#2高加疏水量最大,压差小,在低负荷时易引起疏水不畅而使水位升高,此时应加强监视与检查,必要时提前打开危急疏放水门,降低高加水位,维持正常值。

(2)若疏水水位过低引起端差增大,应及时联系热工人员共同到现场进行水位调整。

(3)加热器中聚集不凝结气体,将严重影响传热增加端差,应合理调整高加排空气门的开度。

4.2 保持机组负荷变化曲线平稳

在机组启、停及变工况运行中,高加抽汽参数在不断变化,为防止因热应力而产生的热变形,应采取相应措施。

(1)调整好锅炉风煤比例。

(2)机组负荷变化率应按规程要求进行,变压运行时的负荷变化率为3%额定负荷/min,定压运行时的负荷变化率为5%额定负荷/min。

(3)机组甩负荷及高加紧急停运时,应立即切断高加进水,同时快速关闭进汽阀,检查抽汽逆止门及抽汽电动门是否关严。否则,必须手动关紧抽汽电动门,防止给水切断后蒸汽继续进入壳体加热不流动给水而引起管子热变形;切断给水后可避免抽汽消失后给水快速冷却管板而引起管口焊缝产生热应力变形。

4.3 高加在投、停运时的注意事项

(1)带一定负荷投高加。

1)稍开抽汽管道上的进汽门,对高加进行预热,利用少量蒸汽的凝结放热,使管子和管板逐渐加热到进口给水温度,暖加热器时,高加壳体内压力为0.05MPa以下,保持30min,空气门排尽空气后关闭。此时给水先走旁路,当加热设备的壁温接近高加进口给水温度时,方可通水。

2)高加通水。开启高加注水门和水侧放气门,出水后关闭放气门。当注水到工作压力后,关闭注水门,此时,检查水侧压力是否下降、汽侧水位是否上升,以判断管子是否泄漏,若泄漏则不能投用。

3)高加通汽。缓慢开启抽汽门,可先慢,后逐渐加快,控制最大给水温升为3～5℃/min,保持20 min;按抽汽压力由低到高的排列顺序,对每台高加应分几次将抽汽门全开。

(2)为防止高加投入过程中产生热冲击,高加应随机投运。

1)除氧器启动后,压力达0.02MPa,温度104℃,氧的体积质量为15μg/L,启动给水泵向锅炉供水,打开高加注水门合格后通水。

2)高加通汽。对于除氧器采用滑压运行的方式,当除氧器加热汽源切换到本机三段抽汽时,即可开进汽门向高加供汽,严格控制高加出水温度的温升率在3～5℃/min。

(3)在高加停运时,应注意给水温度变化率不大于1.1℃,最大不超过1.7℃。

4.4 做好高加及其附属设备的检修工作

(1)每次停机后,首先检查高加是否泄漏。即使轻微泄漏也应及时堵漏或采取有效措施。定期检测疏水、空气管道特别是弯头处的厚度,及时更换缺陷部件以防止运行中发生泄漏。2007年,#11、#12机组先后全部更换疏水管段及弯头为不锈钢管,全部更换高加至除氧器的空气管段为不锈钢管。

(2)为缩短检修及停运时间,不能用低温水冷却,可以通入压缩空气或用风机从高加水室抽出热空气,使高加水侧加强通风。

(3)在确定高加泄漏后,拆卸人孔盖和水室内隔板与稳流板等装置,抽出水室内积水至管端以下250mm。管端涂以肥皂水,在高加汽侧通以0.8～1.0MPa压缩空气。对管板表面进行检查,可用10倍放大镜观察焊缝,若管子本身泄漏,气流便从该管内径射出,如管端焊缝泄漏,会有微量气流冲破该处肥皂水膜而溢出。也可不涂肥皂水而在管板上保留50mm左右深度的水层,根据气泡来确定管子或管端焊缝泄漏位置。

(4)对于管子本身泄漏而无法补焊者,可用专门的塞子堵上并焊好。焊条牌号对20G管子可用A304。对于管端焊缝因裂纹、气孔等缺陷泄漏,而管子本身未损坏者,一般须用专门刀具刮除泄漏焊缝,开出V型或U型坡口,再用A304等焊条补焊。

(5)#11、#12机组#2高加分别于2007年8月、9月返厂大修,全部更换管芯。

(6)防腐。

1)在高加运行中,内部空气应排尽,定期化验水质,保证其合格。

2)停运期间的维护工作应按厂家要求进行。