高压加热器泄露原因分析及防止措施

高压加热器泄露原因分析及防止措施

杨永青

(中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司内蒙古鄂尔多斯市017209)

摘要:高压加热器是火力发电厂的主要辅助设备，对降低能耗、提高电厂热效率和经济利润起着重要作用，但由于系统设计、运行和检修等原因，高压加热器普遍存在泄露损坏现象，严重影响电厂正常运行，本文对高压加热器泄露产生的原因进行分析并提出防止措施，为防范泄露提供指导。

关键词:高压加热器;泄漏原因;防止措施

高压加热器系统是火电机组的主要热力系统之一。长期以来，由于设计、制造、安装和运行等方面的原因．加热器泄褥的情况屡有发生，特别是大机组的高压加热器．情况尤为严重。因高压加热器泄褥导致故障停运的次数已占整个高压加热器系统故障停运次数的60％以上，成为影响大机组等效可用系数的第二位因素，仅次于锅炉爆管。这不仅影响大机组的稳发满发，而且因给水温度下降，使整个机组的热效率降低，影响了大机组高效低耗优越性的正常发挥。随着当前电力企业内部挖潜增效工作的深人开展，在运行中及早发现高压加热器系统的泄漏，尽早采取措施，把故障的损失降低到最小程序，以提高整个火电厂循环的热经济效益，是当前摆在我们面前的紧迫任务之一。

一、高压加热器结构及原理

常用的高压加热器为卧式U型高压加热器，主要由管侧和壳侧两大部分组成，包括给水进出口、疏水出口、疏水冷却段、凝结段、危急疏水出口、上级疏水进口、管束、过热蒸汽冷却段、蒸汽进口机给水出口等。管侧段的流程为：给水首先由给水进口流入高压加热器的U形管，然后通过疏水冷却段、凝结段及过热蒸汽冷却段三个传热区域进入水室，再从给水出口流出；壳侧段的流程为：汽轮机抽汽由蒸汽进口进入高压加热器，然后通过过热蒸汽冷却段、凝结段及疏水冷却段三个区域从疏水出口流出高压加热器的壳体部分。其中，过热蒸汽冷却段位于给水出口流程侧，并由包壳板密封，其作用是提高高压加热器的给水温度以使其接近或稍微超过进口压力下的饱和温度；疏水冷却段位于给水进口流程侧，并由包壳板密封，其作用是把离开凝结段的疏水的热量传递给进入高压加热器的给水从而使疏水温度降到饱和温度以下。

二、高压加热器泄露现象及危害

3.1高压加热器的泄露主要体现在以下几个方面：

(1)高加水位波动异常，高加水位高信号报警；

(2)高加端差增大，远高于正常值，正常疏水水位无法保持，给水温度降低；

(3)高加事故疏水阀开度明显增大甚至打开，内部有类似水冲刷的泄露声；

(4)给水泵转速增加，给水流量增大，其原因是由于高加泄露，水侧大量漏入汽侧并通过疏水逐级自流导入除氧器。

(5)相同负荷工况下，给水流量明显增大，其原因是由于高加泄露导致传热恶化从而造成了给水温度的降低。

(6)高加运行过程中若不是由于保护误动及高加疏水不畅的原因而发生突然解列的现象，则必然是由于泄露导致。

3.2高压加热器泄露会导致严重危害，例如：

(1)高加泄露会导致其泄露管周围正常的管束受到高压水的冲刷、冲击而导致破坏泄露，受损管束数量增加，从而加剧泄露程度；

(2)高加泄漏时随着水位的急剧增高，若不及时采取保护措施，待水位淹没抽气管的进口，蒸汽带水将返回到蒸汽管道甚至进入汽缸从而造成汽轮机水击事故；

(3)高加泄露导致解列时，随着给水温度的降低，为保持负荷不变需增加燃煤量及风机处的出力，从而造成炉膛过热，汽温升高，标准煤耗增加，机组热耗率增加进而引起厂用电量的增加；

(4)高加泄露导致停运时会引起汽轮机末几级蒸汽流量的增加从而加剧叶片的腐蚀，还会使得锅炉壁温度超过极限值，抽汽口各级叶片轴向推力增加，此时为保证机组的安全，就必须降低或限制汽轮机的功率，若高加泄露时间过长，则会严重影响高加的投入率及电厂的发电量。

二、高压加热器泄漏原因分析

导致高压加热器泄露的原因主要从管子本身问题、工程人员检测问题及高加运行环境几个方面进行分析，其中管子自身问题是最主要的问题。导致管子自身泄露的原因主要有管子材质、冲刷、振动、腐蚀和超压等几个方面，此外，运行环境的恶劣及检修过程中的过失也可能导致高加的泄露。

2.1高压加热器启停时过大的热冲

击有些机组由于高压加热器不能随机启动．使其在每次启动过程中，都受到较大的热冲击，导致加热器水室隔板泄漏。按规程规定要求高压加热器进汽电动门应间歇开关，而实际操作过程中电动门并不具备这功能。在高压加热投运和解列时．电动门的开关是在短时间内完成的。由于机组启停频繁，启停时其温度变化率超过规定的允许值，结果使高压加热器内部管子及管板温度急剧变化．从而产生一定的交变热应力，在这种应力的反复作用下，管子受到疲劳损伤破坏。

2.2高压加热器疏水水位不稳定

高压加热器运行时,其疏水水位的热工测量信号与实际水位不符,实际水位可能在要求范围内,而测量的水位信号却反映偏低或偏高。当反映偏高时,事故疏水电动门自动开启,导致高压加热器低水位或无水位运行;当反映偏低时,事故疏水电动门自动关闭,疏水水位逐渐升高致使高水位保护动作,事故疏水电动门自动开启,甚至由于测量水位信号误传而导致高压加热器解列。无论是测量水位信号反映偏高或偏低,均造成事故疏水电动门频繁开关,使管束受到不应有的冲刷、振动和管板过热,加速管系的损坏。据观察,高压加热器管子断裂均处在与管板连接的位置。

2.3高压加热器危急疏水调节门不严

有些机组为了提高安全运行可靠性，在高压加热器上加装了危急疏水系统，但由于国产疏水调节门质量不过关，造成内漏，不能保持一定的疏水水位，致使管子长时间受到汽水冲刷振动以及管板过热。

2.4高压加热器进汽门不严

在高压加热器解列后,由于进汽门不严,仍有部分加热蒸汽漏入,造成管子过热和热效率降低。

2.5损坏断裂管子对周围管子的破坏

高压加热器内损坏断裂管子的端部处于自由状态,在高速汽流的冲击下自由摆动,不断碰磨撞击周围的管子,对周围管子破坏性较大。

2.6高压加热器振动

通过高加管子内部的蒸汽流速严重超出设计值时管子会发生振动，若激振频率等于或接近管子自身的固有频率则会由于共振而引起管子的破裂损坏。蒸汽流速严重超标的原因在于进入高加的给水温度偏低，此时为了保证足够的热量则需加大进入高加的蒸汽量从而引起管子共振，共振也会引起管子外壁与隔板管孔的摩擦从而使管子变薄，然后在高压水的作用下管子会发生破裂。

2.7高压加热器长期停运时无防腐措施

高压加热器停运两周以上时,水侧应采用加联氨的除氧水进行保护或将高压加热器给水彻底排净;或在温热条件下,用干燥过热空气进行干燥,使其相对湿度保持在40%以下,方可有效地防止腐蚀。但是有些高压加热器一直未采取防腐措施,使管系受到一定程度的腐蚀。

2.8制造质量差

高压加热器设备在设计制造时,管板设计太薄,易于变形;管板与管子之间焊接或胀接不好,管子材质不良，管壁薄厚不均时，若遇到高压加热器工作状况异常，就可能

2.9冲刷

管子的外壁受到汽水两相流的冲刷，逐渐变薄从而发生穿孔或受到给水的压力而引起鼓破，若高加内部已有管子发生损坏并导致泄露，则给水将从泄露口冲出并冲刷破坏附近的管子或者隔板从而导致给水压力的降低及锅炉给水的减少，因此若发现管子有泄露应及时停

运并检修以降低损伤程度。

2.9外部因素

除管子自身的各种问题外，高加恶劣的运行环境也会加剧管子的破坏，此外在检修过程中，若没有及时对泄露管子周围进行保护性的堵管及补焊，则会因残余应力过大而导致焊口泄露。导致劣质管子发生泄露；

三、高压加热器管系泄漏的监测诊断

高压加热器运行时，若在各蒸汽参数及进水温度基本正常的情况下发现给水端差增加，且伴随着高压加热器给水温升下降，则需要检查高压加热器给水侧的压损(给水进、出口压差)如果高压加热器给水进、出口压差减小，说明在高压加热器内部进水侧与出水侧之间存在短路现象，即存在泄漏。

若高压加热器运行时，抽汽参数基本正常，如果发现疏水水位有所升高，应立即检查疏水调节门的开度。若开度明显大于机组对应正常疏水调节门的开度，或疏水调节门开度未变而疏水水位明显升高，说明高压加热器系统管系存在泄漏现象，即汽水侧有短路存在。这时，疏水温度及给水进、出口压差均有不同程度的减少。前一种情况，高压加热器疏水水位略有升高；后一种情况，可能疏水调节门卡死。如果在高压加热器运行中发现汽期j压力、疏水水位明显升高，疏水调节门开度明显增大，且给水进、出口压差、疏水温度、出口给水温度明显下降，说明此时高压加热器管系发生大量泄漏，应立即停运高压加热器，以防高压加热器筒体爆破和汽轮机进水的恶性事故发生。

四、防止高压加热器泄漏的措施

(1)要有完善的放空气系统，在高加投运初期，水侧、汽侧应排净空气，若发现高压加热器的水位出现了明显的上升并且水泵出力异常增大，这就表明高加已经产生了泄露现象，此时应尽快停止使用以防因泄露喷出的高压水柱的冲击而导致泄露管束增加。

(2)加强机组启动过程中的水汽监督，给水蒸汽品质要合格，定期化验，合理使用定排连排等排污系统。高加加热器运行过程中应保持合适的补水率，不能一味追求过低的补水率，严格控制加热器的水位严禁无水干烧，一般将水位设定在量程的1/3处。

(3)在机组的启动或停运过程中，应保持高加水侧和汽侧压力、温度及流量的平稳变化以防止高加内部产生热应力而变形。虽然高加可以在设定的极限压力和温度下的不用压力及温度状况下运行，但为了保证设备长期的正常安全运行，使用过程中需避免压力和温度的骤然变化。

(4)在机组甩负荷及高加紧急停运时，应根据停用时间的长短，分别采用充水、充汽或者充氮等防腐措施，防止蒸汽继续进入壳体对不流动的给水进行加热从而引起管子的变形，切断给水后可以避免抽汽消失后给水快速冷却管板而导致的管口焊缝产生热应力变形。

(5)高加停运检修时，要对每根管子进行探伤、水压试验等检测，对于存在泄露的端口，要先刮去原有的焊缝金属再进行补焊，在管子与管板连接处有裂纹或冲蚀的情况，要去除端部原管子材料及焊缝金属，使堵头与管板紧密接触，提高检修人员的检修工艺水平和焊接质量。

(6)加强运行管理，发现问题及时处理，避免事态扩大。电厂有关人员应加强机组的“冒、跑、滴、漏”管理，结合大小修项目予以消除。

结束语

高压加热器投人率不高的原因中，高压加热器管系泄漏所占的比重最大，而高压加热器泄漏又是由许多因素造成的，除制造质量外，主要是运行中高压加热器启停时其温度变化率超过规定的允许值，造成热应力过大。通过对高压加热器泄露原因及预防措施的研究，可知高加所处工作环境的恶劣性导致了管系内外产生了较大的压差和温差从而引起管束和管板焊接处的泄露，同时设备启停操作的不当也加速了泄露的发生。为防止高加的泄露，工作人员应规范操作方法，提高工艺质量，加强设备维护和保养以确保高加的正常投运，减少高加泄露给电厂带来的损失，提高汽轮发电机组运行的经济性。

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