火电机组高压给水加热器的常见故障、原因分析及预防补救措施.pdf

1 2 余 热 锅 炉2 0 0 9 4 火电机组高压给水加热器的常见故障、 原因分析及预防补救措施 杭州锅炉集团股份有限公司 涂雪军 摘要本文针对火电机组高压给水加热器在运行中常出现的一些故障， 从设计、 制造 、 运行等方面对故障原因进行 了分析 ， 并提 出了相应的预防补救措施 ， 提高了高 压给水加热器运行的安全可靠性。 关键词 高压给水加热器故障原因 预防补救措施泄漏腐蚀振动 前 言 高压给水加热器( 以下简称高加) 是火电 机组给水 回热 系统 的主要热力设备之一 ， 它 利用汽轮机抽汽加热锅炉给水 ， 以提高 电厂 热效率 ， 对 电厂的安全 、 经济发 电起到了重要 作用。但由于设计、 制造、 安装和运行等各方 面原因， 会使 高加运行过程 中出现各式各样 的故障， 导致高加不能安全可靠地运行 ， 致使 锅炉给水温度下降； 严重时造成停运事故 的 发生 ， 使整个机组的热效率降低 ， 严重影响了 大机组高效、 低耗优越性的发挥。 影晌高加安全可靠性运行的常见故障 影响高加安全可靠性运行的常见故障主 要有 ： 泄漏 、 腐蚀 、 振动等， 以下本文将对这三 个主要故障进行分析与研究 。 l 泄漏 高加泄漏事故的发生通常有以下 4 种情况。 1 1 换热管爆管或破坏造成泄漏 。 见图 1 。 图 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 0 9 4 l 3 造成换热管爆 管或破坏 的原因很多 ， 如 换热管本身的材质缺 陷问题 、 制造过程 中换 热管的损伤问题 、 设计结构 上对换热管 的保 护问题、 运行操作等问题 ， 以下就这 4种问题 进行展开论述 。 a 换热管本身的材质缺陷 换热管本身的材质缺 陷， 在高加运行过 程 中将可能会导致换热管发生破裂 或断裂 ， 造成泄漏 ， 高加水位上升 ， 无 法正 常运行 ， 高 加必须解列 ， 此 时， 整个 电厂 的负荷 降低 ， 热 耗增加 。高加换热管为小 口径管 ， 加工 要求 高 ， 材质一般选用碳钢无缝管 、 低合金钢无缝 管和不锈钢管 ， 我国冶金工业相对较为薄弱， 有些钢厂出来的钢管其本身缺陷在制造厂内 未被发现 ， 在运行一段时间后发生破裂造成 泄漏 ， 针对这种情况 ， 要求厂家在选用换热管 时 ， 要小心谨慎 ， 对换热管 的化学成分、 力学 性能、 壁厚公差、 探伤检测 、 热处理、 表面光亮 退火、 水压试验以及包装运输等 ， 都应该提出 合理 的满足标准规范的要求 ， 从材料 的源头 上对换热管的质量把好关 。 b 制造过程中换热管的损伤 制造过程 中特别是 穿管环节 ， 最容易造 成换热管的损 伤， 其主要 表现为管子被 隔板 划伤 ， 出现纵 向的划痕 、 螺旋 向刮痕、 凹坑等 缺陷， 而且这些缺陷较难发现 ， 一旦这些缺陷 存在 ， 高加的安全可靠运行就很难得到保障。 因此 ， 对隔板要有合理的厚度要求 ， 管孔表面 要有较高的粗糙 度要求且管孔两边需倒角、 去毛刺， 这样才能减少穿 管过程 中管子被划 伤 。另外 ， 就是必须保证高加 内部的清洁度 要求 ， 因为 ， 一旦有焊渣 、 残留物、 杂物等残 留 在高加本体 内部 ， 运行过程 中在高温蒸汽或 高压给水的冲击下就会损伤换 热管 ， 造成换 热管破裂泄漏。 c 设计结构上对换热管的保护 蒸汽人 口、 疏水人 口防冲挡板设 置不合 理或挡板被 冲击损坏 ， 就可能造成高温蒸汽、 疏水对 管束 直接 冲刷 ， 加 速管子 的磨损、 腐 蚀 ， 使管子损坏爆管 。另外 ， 高加热面布置不 当 ， 会降低过热蒸汽冷却段的出 V I 汽温 ， 可能 出现蒸汽部分凝结， 汽水 昆 合物对管子冲刷 造成损坏 。因此 ， 设计时必须考虑蒸 汽离开 过热蒸汽冷却段时 ， 要有相当的过热度。 d 运行操作上 运行操作上， 对卧式高加， 由于允许水位 波动的范围较小 ， 如不精确控制水位 ， 容易使 高加长期处于低水位运行 ， 使得疏水冷却段 入口存在气液两相的情况， 从而造成气液两 相流体对疏水冷却段管束 的冲刷 ， 长时间运 行 后 就 会 造 成 管 子 爆 管。该 种 情 况 在 3 0 0 MW供热机组的运行实践中常有发生 ， 其 原因就在于 ， 当机组供热负荷加大时 ， 发 电机 组的负荷减小 ， 处于低负荷运行 ， 此时高加的 运行水位很容易出现低水位 ， 就会造成上述 的爆管泄漏。 如果发生管子破裂 ， 应尽快停机处理 ， 否 则高压给水高速喷出， 会 引起附近管子被 冲 坏( 见 图 2 ) ， 这也是要求在一根换热 管破裂 时必须将其周边一圈管子均进行堵管的原因 所在 。 1 2 管子管板焊 口泄漏。 见 图 3 。 运行方面： 高加是发电厂内的最高压力 下运行的容器 ， 其 管板两侧 的压差 和温差都 很大 ， 管子 内给水流量很大 ， 流速很高 ， 可 以 说高加是在最严酷的条件下运行。 目前所采 用的管子管板连接方式为在管 口处进行密封 焊， 然后利用胀管器在管侧胀接。在高加投 运和停用过程中， 如操作不当 ， 会使管子和管 板焊 口处受到很大 的温度冲击 。管壁薄 ， 容 易加热或冷却 ， 而管板很厚 ， 热容量大 ， 温度 变化就慢 ， 由于热胀冷缩上的差别 ， 会在管子 管板焊 口处造成很大的温度应力。当这种应 力过大或多次交变重复时， 就会损坏这个焊 口或使原有的缺陷扩大 ， 从而造成焊 口处泄 漏。因此要对高加温度变化速度提出限制， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 余 热 锅 炉2 0 0 9 4 图 2 通常以给水温度的变化速度为依据， 规定 ： 投 运的温升速度不超过( 35 ) r n i n ， 停用时 温降速度不超过( 1 7 2 ) m i n 。 制造方面： 在制造过程 中部分管子管板 焊缝焊接质量不好存在气孔、 夹杂、 裂纹等缺 陷， 肉眼外观检查不可能发现它们， 冷态水压 试验时也不会泄漏 ， 可在运行期间， 经受激烈 图 3 的温度交变热应力 ， 微气孔等缺陷可能会被 逐渐扩大， 一旦穿透就会泄漏。因此 ， 应采用 先进的焊接设备和工艺 ， 为了保证管 口质量 ， 推荐采用先焊后胀的工艺顺序 ， 其原 因是先 焊时空气可从焊缝的正反面逸 出， 后胀又可 使胀 口免受焊接高温的影 响， 不松脱。管子 管板的每个焊 口应作 1 0 0 的渗透检测( P r r ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 0 9 4 1 5 合格 ， 另外 ， 每个焊 口还须做氨检漏或氦检漏 试验 ， 管 口泄漏后必须进行补焊 ， 补焊前应将 缺陷挖去 ， 将管 口清理干净 ， 并小心施焊。由 于相邻两根管子 的管壁之 间间隔非常小 ， 稍 不注意就会损坏相邻 的另一根管子 ， 因此要 求维修人员特别认真、 细致地工作。 1 3 高 加水 室分 隔板 泄漏 造成给 水 部分 短路 高加水 室分 隔板泄 漏造成 给水 部 分短 路 ， 致使高加给水温升达不到要求 ， 机组煤耗 增加效率 、 降低。高加水室 中的分隔板多为 平板结构 ， 受 力状 况差 ， 是用螺栓 连接 来密 封 ， 水室分隔板在高压给水的冲击力下 ， 会使 部分螺栓螺母松动甚至脱落 ， 此时给水进 出 口的密封被破坏 ， 部分给水不经过换热管 ， 直 接泄漏至给水出口， 造成给水短路 ， 如果没有 及时发现并检修的话 ， 长期运行下来 ， 水室分 隔板表面将被 冲刷 出多条很深的横 向沟壑 ， 并会造成水室分隔板的严 重变形 ， 直 至最后 被完全冲坏。因此 ， 建议水室分隔板、 盖板采 用不锈钢材料 ， 并对隔板加装加强板 ， 增加抗 冲击性能 ， 另外还有必要在隔板上加装 一个 8 l 0的内径管 ， 以平衡 给水进出 口的压 力 对缓 冲给水冲击力也十分有必要 。 2腐蚀 造成腐蚀的原因很多， 主要有 ： 运行时未 将空气排尽 ， 空气在管子与管板隔板 的间 隙中， 长时间引起腐蚀 ； 未设停运充氮装置 ， 也是引起腐蚀的重要原 因； 加热器运行 时给 水 P H值偏低 ， 溶 氧量偏高也会 引起换热 管 的腐蚀。由于换热管壁厚较薄 ， 所 以腐 蚀造 成换热管壁厚减 薄也常 引起 管束爆 管泄露 ( 见图 4 ) 。 针对上述原因， 在高加完工后 ， 首先应进 行充氮保护。而在结构设计上， 主要考虑不 凝气体对传热与腐蚀的影响， 连续排气系统 各高加独立地引向冷凝器 ， 同时采用 中心排 图 4 气装置， 沿加热器长度方向均匀布置抽气管， 这样使不凝气体彻底排 除， 有效地引导蒸汽 流动 ， 消除了汽滞 ， 可使换热效果得到改善， 降低腐蚀影响， 提高加热器的安全可靠性。 3 振动 在高加壳程蒸汽横 向冲刷管束 时， 在壳 体进 、 出口接管 的附近 ， 折流板缺 口附近 ， U 形管弯管处容易引起管子振动。振动对高加 的危害也十分严重 ， 过度的振动会造成相邻 的管子与管子问、 管子与隔板 问、 管子与管板 间的碰撞 ， 进而造成换热管磨损破裂 ， 也会造 成设备的疲劳破坏 。在高加 的壳程 中， 流体 横向流过管束 时， 流体诱发振动 的主要成因 是 ： 卡 门漩 涡； 紊 流抖动 ； 流体 弹性不稳定 。 壳程流体为气体或液体 时， 只要符合下列条 件中的任何一条 ， 就有可能发生管束振动 ： a 卡门漩 涡频率与换热管最低 固有频 率之比大于 0 5 ； b 紊流抖振主频率 与换 热管最低 固有 频率之 比大于 0 5 ； c 横流速度大于临界横流速度。 针对 以上诱发振动的主要成 因和振动带 来的严重后果， 高加结构设计时必须采取下 列有效的防振措施 ： a 降低流速 ， 减少壳程流量 ， 以分流壳程 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 余 热 锅 炉2 0 0 9 4 萼 替 4 惴 单 弓 形 折 流 板 ，降 低 横 流 速 度 ，防 止 振 动 ； 。 图 5 b 通过减小换热管的无支撑跨距 ， 增加 隔板数量， 在 U形弯管段设置支承条或防振 片来改变换热管的固有频率 ； c 在壳程沿平行于气流的方向插入纵 向 隔板 。 高加的安全可靠性与设计、 制造、 工艺以 及现场安全运行有着不可分割的关系 ， 通过 对高加存在问题的初 步分析 ， 其中影响安全 可靠性的部分 问题 ， 通过对高加结构的设计 改进是可以解决的。笔者从以上几个不 同的 方面分析了影响高加安全可靠性的常见故 障， 同仁们可以在今后的设计中加以参考， 但 鉴于只是笔者一己之见， 尚有许多不足之处， 望同仁指正。 参考文献 1 蔡锡宗 高压给水加热器 水利电力出版社 1 I5 6 2 中国动力工程学会 火力发电设备技术手册 第四卷 火电站系统与辅机 机械工业出版社 1 99 8 1 2 3 G B 1 5 1 1 9 9 9管壳 式换热器 中国标 准出版社出 版 2 0 0 0 1 2 国家拟 出台严厉措施淘汰九大行业 落后产 能 国家拟出台进一步加强淘汰落后产能工作的通知 ， 协调发改委、 工信部、 财政部、 央行等诸多部门， 以严厉 措施， 重点完成电力、 煤炭、 钢铁、 水泥、 有色、 焦炭、 造纸、 皮革、 印染等行业的落后产能淘汰任务。 权威专家透露， 拟出台的通知有三个特点： 第一， 这是少有的从国家层面具体部署淘汰落后产能工作； 第 二， 多部委“ 联合作业” ； 第三， 举措严厉。 拟出台的重点举措包括： 对产能过剩行业将坚持新增产能与淘汰落后产能“ 等量置换” 或“ 减量置换” 的原 则 ； 严禁向落后产能和严重过剩产能建设项 E t 提供土地； 抑制高消费、 高排放产品市场需求， 严格限制出口。 淘汰落后产能目标完成情况将纳入地方政府绩效考核体系。 通知拟提出一些新的强有力的经济手段， 重点包括： 对落后产能执行差别电价， 扩大差别电价执行范围， 还将研究实行差别水价、 差别天然气等措施； 研究开征环境税等税收措施。金融机构不得向未按规定期限淘 汰落后产能的企业， 提供任何形式的新增授信。 在执法和处罚上， 举措可谓十分严厉： 对未完成淘汰任务的地区严格控制国家安排的投资项目， 可暂停该 地区项 目环评、 核准和审批， 实行“ 区域限批” 措施； 对未按期淘汰落后产能的企业， 不予办理产品生产许可， 吊 销排污许可证， 可依法停止供电。 分析人士认为， 国家重点淘汰电力、 煤炭、 钢铁、 水泥、 有色、 焦炭等行业的落后产能， 有利于相关上市公司 集中度提高。 摘 自 能源周讯 总 第2 3 0 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m