高压加热器泄漏的原因及预防措施陈利平

高压加热器泄漏的原因及预防措施陈利平

陈利平

（陕西德源府谷能源有限公司陕西榆林719407）

摘要：高压加热器在工作过程中的泄漏，将会使得机组故障停运，究其比率足可占技术系统故障的停运次数频率比重的一半以上，这个机率是非常高的。这种泄漏现象引发的技术故障，不仅让机组在整体过程中的运行受到很多的负面影响，还会致使机组的热效率降低了很多。因此，采取必要的措施，防止这类泄漏的发生是非常必要的，不仅有利于把电厂的故障降到最低，也有利于提高电厂的经济效益。

关键词：高压加热器；泄漏原因；预防措施

引言

高压给水加热器作为火力发电机组回热系统中的关键设备之一，能否安全运行直接关系到机组的安全性和经济性。目前国内大型火力发电机组回热系统中的高压加热器使用的大多是传统形式的U形管式高压加热器。随着国内电力工业的发展，高参数、大容量机组的数量也在不断增加，使得高加的运行参数随之升高，致使高压加热器的故障率不断上升。

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、高压加热器泄漏后对机组安全、经济、稳定运行的影响

汽轮机级后抽汽进入高压加热器的传热管束，与给水进行热交换，从而提高给水温度，是火力发电厂提高经济性的重要手段。如发生泄漏，对机组安全、经济、稳定运行的影响如下：

1）高加泄漏后，呲出的高压水柱会对周围管束造成冲击，从而导致更多的管束泄露，此时需立即隔离高加进行处理。

2）高加泄漏后，由于P水侧>P汽侧，故高加水位会快速升高，如果保护未动作，则有可能造成汽轮机水冲击事故。

3）隔离高加系统后，造成给水温度低，如继续保持机组负荷，则燃煤量、风机出力均要增加，炉膛随之过热，煤耗升高约11.8g/kwh，机组热耗增加4.32%，厂用电率增加约0.44%。

4）隔离高加后，会增大汽轮机转子末几级叶片的蒸汽流量，造成叶片侵蚀现象。

5）高加隔离后，机组必然面临降负荷，若维持负荷，则高加所对应的抽汽电动门关闭，汽轮机抽汽量减少，整个汽轮机转子轴向推力增大。此时为了运行安全，只有降负荷运行，机组发电量减少。

三、高压加热器泄露原因分析

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。

（1）管子材质

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，就可能导致劣质管子发生泄露；

（2）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。

（3）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。

（4）腐蚀

当给水中的溶解氧过高或声值过低时会使得高加管子的内壁受到腐蚀，此外当高加运行过程中若空气排放不完全或者高加停运时仍不断有蒸汽漏入则会使得高加管子的外壁受到腐蚀。

（5）超压

若高加水侧压力过高，而水侧又未安装安全门，此时过高的压力会使得管子发生鼓胀变粗甚至开裂，低负荷运行时锅炉给水调节门的开度较小，无法通过调整压头低的给水泵运行将使得高加长时间处于高压力下运行，运行过程中负荷的突变或者紧急熄火时易发生此类情况。

（6）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。

四、高压加热器泄漏的预防措施

1、加强监督和控制，从源头控制好高加的制造质量

1）在高加制造过程中，技术协议要详细，要求制造厂家根据热平衡图进行详细的热力计算，控制好给水流速，蒸汽冷却段要有足够的过热度，提高高加的换热效果达到要求。在确定高加整体结构后，内部结构也要设计合理，防止高加运行时产生管系振动、管系冲刷过快。疏水口和排空气口位置布置合理，保证疏水流畅、内部空气管道有利于空气排出。选用合理的堵管余量，增加高加的使用寿命。

2）选用合理的制造和加工工艺。高加设置内置式蒸汽冷却段与疏水冷却段。所有疏水与蒸汽入口处流速均控制在合理的范围内，受蒸汽和高速疏水冲击的部位均装设防冲击板，以保护管束和其它内部零件。冲击板、护罩和其它用于防止可能发生的冲蚀的内部零件采用不锈钢材料，其设计合理，不影响换热，并牢固可靠。管口要选用先焊后涨的工艺，不能使空气存留在焊口中，是保证管子焊口质量的重要措施。高压加热器换热管采用碳钢材料，管束和管板的连接采用先焊接再胀接结构。在管子和管板的连接端部，管束入口装设不锈钢镶套管，以减轻管子端部的冲蚀。高压加热器的汽侧设置放水口，用于停运和检修时泄压和排尽积水。每个放水口均设有两道串连的放水阀。高压加热器水室最高点有放气口，用于注水时排放管系内的空气，每个排空气口设有两道串连的排空气阀。

3）在高加选材和加工过程中，弯管、穿管、胀管等关键工艺要有专人监理。以保证管口和管子清洁，保证胀接和焊接质量。

2、优化电厂高压加热器的启动过程

要实现高压加热器启动过程的优化，可以从以下方面进行考虑：1）当高压加热器准备投入运行时，要把握好操作流程的合理性，应当首先投入水侧再投入汽侧，在整个操作过程中，要控制阀门逐步缓慢稳定打开，减少冲击和振动的产生；2）在进行投停操作时，应当对设备的相关温度参数，如设备温升和温降的速度等进行管控，进而对其热应力及胀差进行控制，避免上述参数异常情况下的设备投停操作；3）当水侧投入运行时，应当控制相应的注水门逐步稳定向设备进行注水操作，避免投运过程中产生过大的振动。同时，要对给水温度参数进行监控，给水温度应与高压加热器的温度相匹配，避免由于温差过大造成热应力。此外，不应当对高压加热器设备进行频繁的投停操作。

3、改进调节阀

因为泄漏自动调节阀节流压降和蒸发速率增加，体积膨胀，造成后速度增加，为了使得高速两相在流体冲刷的监管力度有所降低，就离不开大幅度与高级别地使用口径管道，这样才能实现汽水两相流速的降低与减少。此外工作人员在调节阀的改善中还需要做到这样一点：安装其设备的过程中需要尽可能的接近除氧器，这样才能杜绝或缓解汽水两相流动的过程，确保工作的顺利完成。此外还要在疏水管的膨胀死点的设置上需要引起高度的重视，力求实现管道振动频率的缓解，同时也能促进高水位监测力度的加强，双向保证高压无水的有效运行。

4、加热器的传热端差需要力求达到最佳值

这主要是源于加热器的技术自身存在着压差较小与疏水量很大的互为矛盾的特点因素，所以在抽气量的技术活动完善以后，就会让加热器本身的高压基调产生不良变化，甚至是加热功能的彻底失效，导致疏水门关闭，甚至造成水位上升，引水不畅等问题。。通过频繁的打开疏水门实现水位最大幅度的减小，进而让水位达到正常化、标准化。如果排水水位过低导致增加，应及时现场水位调整，最少要早5.6℃以上，8℃以下，方可保障这个环节的结束。这是技术工作中的重要部分。因为加热器集聚了不凝结气体就会为传热功能带来很大的负面影响，端差也会随着提高与上升，同时还要做到及时出台具体相应的措施。此外还需要认真做到的是，加强并改进加热器的组装与焊接技术，在检修焊接工艺质量提高的基础上，辅之以安全堵漏的有效方略，进而全部堵住泄漏管道相邻紧密的管子。

5、启停时减少高压加热器的热冲击

在机组启动与停止时，高压加热器也应该采取随机起停的方式跟随机组同时投入与停止。在向高压加热器注水时，应使用高压加热器注水门缓慢的向高压加热器中注水，在注水的过程中，还要注意控制高压加热器内的温度的上升速度；当水侧全压后，关闭高压加热器注水门，检查加热器水位和压力是否变化，以检测是否泄漏；当给水旁路门前后无压差时方能切换，否则将冲击加热器并引起加热器内部结构损坏。当机组在2000r/min暖机时投入高加汽侧，此时基本无热冲击，通过事故疏水调整水位；机组停止过程中，高加随机滑停，当水位无法维持时，开启事故疏水。

在高压加热器的带负荷投运、停止过程中，阀门要缓慢的操作，尽量避免高压加热器产生冲击。缓慢的点动抽汽电动门，将高压加热器的水位设在偏低值，防止水位突升而保护动作；还要严格的控制高压加热器的升温和降温速度，尽量避免高压加热器急剧升温或者急剧降温。控制温度的变化率≤55℃/h，必要时可允许变化率≤110℃/h，但不能再超过此值，在此温度变化速率内，壳体和管束有足够的时间均匀地吸热或散热，以防止热冲击。

结语

高压加热器投入率不高的原因中，以高压加热器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。这些因素也一直困扰着高压加热器的正常运行，制约着节能降耗工作。因此，必须提高制造质量，加强检修维护，运行管理，启停时注意减少高压加热器的热应力，投运时温升率应符合规定；同时，必须确保热工水位测量的准确性，提高运行操作水平和检修焊接工艺质量，保证高压加热器进汽电动门和危急疏水门的严密性，方能防止高压加热器泄漏，提高高压加热器的投运率。

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