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汽轮机组高压加热器

说
明
书

1、概述
高压加热器（简称高加）系利用汽轮机抽汽加热锅炉给水，使达到要求的温度，以提高电厂热效率。
300MW机组本高加为卧式布置，U形管式，双流程，传热段为过热-凝结-疏冷叁段式，全焊结构，水室自密封人孔，给水大旁路系统。
本系统高加共3台，设备型号示例：JG-1000-Ⅰ的1000表示名义换热面积1000㎡，Ⅰ表示按加热蒸汽压力由高到低顺序排列的第1台；按给水流向由Ⅲ型高加流向Ⅱ型，再流向Ⅰ型，最终流出至锅炉。
2、工作原理
来自给水泵的高压给水首先进入高加水室，因行程隔板的阻挡给水进入占一半管板的进水侧管孔的U形管内，流经U形管而被管外的蒸汽介质所加热，出U形管至水室的出水侧，经出水接管流出体外，然后流向另一台汽侧压力更高的上一级高加。
来自汽轮机的抽汽进入高加体内的过热蒸汽冷却段的包壳内，它加热给水而本身被冷却后出包壳而进入蒸汽凝结段，由上而下向下流动和被冷凝成疏水而积聚在壳体底部，疏水进入疏水冷却段包壳，被冷却后最后流出体外，经疏水调节阀控制流向下级高加或除氧器。
3、结构
高加本体由水室、管系和壳体等组成，见图1。
3.1 水室
水室系半球形球壳，材质德国牌号P355GH，与管板焊成一体，行程隔板用螺栓连接，检修时可拆卸，从人孔取出。水室顶部有自密封人孔，密封圈垫块材料为高强度柔性石墨-不锈钢丝，拆卸人孔时先把四合环拆除，再把人孔盖取出。装人孔盖后将螺栓预紧，待给水升压后密封圈受压缩变形从而达到密封，此时预紧螺栓会向上伸长，在运行稳定一个阶段以后可将螺母向下拧到底。
水室顶上的放气口，可在投运进入给水时打开以排去内部空气。水室底部的放水口可在停用时放空内部存水，并可用作管侧（水侧）充氮口。
3.2 管系
管系由管板、U形管、隔板、拉杆等组成，管板材质20MnMo钢锻件，表面堆焊有一层低碳钢以改善焊接性能。U形管材质为美国牌号SA-556C2碳素钢管，隔板以及蒸冷、疏冷段包壳由碳钢板制成，在蒸冷包壳蒸汽入口处和前级疏水入口处均设有不锈钢防冲板。U形管和管板之间的连接采取焊接+胀接，胀接是用高的压力作液压胀管。焊接采取优质焊材和工艺，确保不漏。
3.3 壳体
壳体由短节、筒身、封头和支座等组成，短节、筒身、封头均由16MnR容器钢板制成，仅Ⅰ型高加的短节由15CrMoR容器钢板制成。壳体上设有各种接管，在壳体中部装有抽空气口，还有放气口、放水口等。
壳体底部配备三个支座，在管板下面的是固定支座，在尾部和中部装有滚动支座。在理论上它可以是双支承形式，即在运行时由固定支座和尾部滚动支座承载，中间的支座可以不承载，当必须抽壳检修管系时把壳体沿切割线切割，由中间和尾部滚动支座支承着把壳体移动向后退出。
4 监控部件
高加应设有的监控部件
4.1 磁性液位仪，用于就地观察水位变化。
4.2 壳侧（汽侧）安全阀。
防止汽侧超压，在管子破裂或管端焊缝大量泄漏以及汽压过高时起跳。
4.3 管侧（水侧）安全阀，装设在给水管道上，当给水进、出口阀关闭，而汽侧继续进汽时给水膨胀超压等因使它起跳，以防止管系超压而起到保护作用。
4.4 压力表和温度计
在高加本体以及各汽、水管道上应设置压力表和温度计作监控仪表。
4.5 平衡容器
平衡容器把壳体内疏水位变化转换成位差压力变化，以便输出电信号，为水位调节系统（或危急疏水）提供信号。
4.6 电接点液位仪，用于水位的电信号输出，作远方控制室的水位显示监视和高、低水位报警以及自动保护的信号源。
4.7 高加的水位调节和危急疏水
高加的水位调节，由平衡容器把疏水位变化发生为位差压力变化，经差压变送器输出电信号，经电子调节系统综合后输出操作电信号，驱使疏水调节阀的电动执行机构移动阀杆升降，见图2。或采用气动调节系统，由平衡容器发生的位差压力变化，经差压变送器输出电信号，再经电一气讯号转换和气动调节系统输出压缩空气信号，作用在气动调节阀的顶部薄膜气室内，产生推力推动阀杆移动，见图3。危急疏水阀的动作与上述相同，此阀动作后疏水就排出体外。
4.8 高加保护
高加的给水保护系统为大旁路系统，即叁台高加共用一套保护系统，见图4。其给水进口阀采用电动给水三通阀，出口阀为电动给水闸阀。给水三通阀和给水闸阀之间还用旁路管连接，形成一个绕过高加的给水旁路。一般在用户认为国外引进的电动给水三通阀和电动给水闸阀能达到可靠开启和关闭则不再另加关断阀；如用户认为需要可另加关断阀，即另外再设置三个电动闸阀，以便于高加事故时不停汽机对高加进行检修。
当任一台高加U形管破裂或管端密封焊泄漏使水进入壳侧（即汽侧）壳体内、或疏水系统出现故障，导致水位迅速上升，由电接点液位仪（或其他发讯装置）发出报警电信号，当达到正常水位以上第一个报警水位即一高水位时，发出灯光、铃声信号，引起工作人员注意；当水位再往上达到二高水位，电信号自动使危急疏水阀开启；再往上达到三高水位，电信号自动使电动给水三通阀和电动给水闸阀关闭。当此三通阀关闭时，即同时开启了阀内的旁路口，给水从旁路口流向旁路管道而流向锅炉，而高加就解列停运。电动给水三通阀和电动给水闸阀达到全开的动作时间为25～40秒。此三高电信号还同时联锁高加进汽的抽汽逆止阀，使这抽汽逆止阀关闭，把高加和抽汽管道隔断，防止出事故时高压给水反冲入汽机。
相反在高加运行水位过低达到一低水位时，电信号便发出灯光和或铃声，以告诉工作人员水位低了，应采取措施处理；如水位继续降低到二低水位时，因二低水位无危险性，可以不接保护而不自动切除高加，仅告诉工作人员应紧急采取措施处理。
5 安装
5.1 安装前应熟悉图纸和说明书，以及电力设计院的施工图。
5.2 设备运抵现场后，用户须按装箱单或清单逐一检查清点，并妥善存放各零部件，以免混淆和丢失。
设备不宜露天放置，更不得放置于潮湿处，冬季存放应采取防冻措施，保证设备壁温大于5℃。
5.3 安装加热器其中心轴线需水平，高低差不得大于5mm，且不准向后倾斜，即头高尾低，否则将引起显示水位失真。
5.4 对于法兰接口，连接前须清理干净法兰密封面，不得有任何影响密封的杂质和锈疤存在，连接时各螺母拧紧程度须一致。
5.5 高加有三个支座，理论上有双支承方式，中间支座不承重，靠近头部的管板下的固定支座用M20螺母、地脚螺栓固定在支座上，尾部和中间的滚动支座则自由地支承在基础面上，为此必须在二旁滚轮下的基础面上预埋各一长的条钢滑板作为导轨，一则不阻碍加热器的自由热膨胀，再则在必须检修管系而抽壳时使滚轮滚动而向后退出壳体。
为满足检修管系而向后抽壳的需要，高加尾部后面须留出足够空间。
5.6 壳侧（汽侧）安全阀和管侧（水侧）安全阀，在安装前须做定砣试验，其起跳压力整定值各按图纸规定。安全阀均直立安装，安全阀排放口后不得存在背压。
5.7 压力表（含附件）、温度计。高加系统在各给水进出口、各蒸汽进口、各疏水出口均配备有相应的温度计和压力表，用户应在现场安装时视实际位置进行安装，各压力表、温度计的安装位置须有利于运行人员观察。
5.8 高加给水进、出口接管为低合金钢锻件，与外部管道焊接时应先预热，焊后热处理，须进行100%无损探伤检查。蒸汽进口接管也是20MnMo低合金钢锻件，与外部管道焊接后也须进行热处理。公称直径大于等于250mm的其他接管与管道焊接后的焊缝也应进行100%无损探伤检查。
5.9 在安装和检修时，均不得在设备水室、管板和壳体上引弧和焊接，如果确需焊接，则需严格进行焊前预热、焊后热处理和磁粉探伤。
5.10 水压试验。高加设备本体、管道等安装完毕后，需经水压试验合格。试验压力按图纸规定，试验水温不小于15℃，且不大于50℃。
5.11 安装后如高加长期不投入运行，则高加应按停用维护措施予以维护。
6 运行
在运行前需仔细检查各配件的装设、各仪表的连接是否正确、可靠，各装置的动作是否正常准确，经检查合格后进行调试，调试合格后可投入使用。
在高加启动和停运时，管板上的热应力将随温度变化而变化，会达到很高的数值；如操作方式不当，则交变热应力可能使管口焊缝泄漏。因此对于高加的启停一定要遵循正确合理的操作方式，控制给水温度的变化率，控制温升率不得超过5℃/分钟，温降率不得超过2℃/分钟。
高加可随机启停；亦可当机组带一定负荷后再投运和启停高加。
高加投运时，高加保护系统必须同时投运，即电动给水三通阀及电动闸阀以及联锁抽汽逆止阀均调试合适处于可靠备用状态，严禁无保护投运高加。
6.1 冷态启动冷态启动是指汽机带一定负荷时投运高加。
6.1.1 暖机
稍开抽汽管道上的进汽门，对高加壳体、管子和管板等预热，利用少量蒸汽使这些部件逐渐加温到接近高加给水进口温度，暖机时高加壳体内压力可为0.05MPa以下，时间保持30分钟。此时给水先走旁路，当加热使设备的壁温接近高加给水进口温度时，方可通给水。
6.1.2 高加通水
启动投运前，电动给水三通阀应处于接通旁路的状态，电动给水闸阀处于关闭状态，来自除氧器的给水经三通阀的旁路口流向旁路给水管再送往锅炉。
开启高加注水阀和管侧（水侧）放气阀向高加注水，在这充水过程中，高加管侧充满水后，放气阀冒水时即可关闭放气阀，向电动给水三通阀和电动给水闸阀通电开启至全开，此时高加即通水。
6.1.3 高加通汽
通汽按高加汽压由低到高的程序，先投汽压低的图示的Ⅲ号高加，然后逐次投汽压高的。
高加通汽时，缓缓开启抽汽阀，可先慢尔后逐渐加快，控制最大给水温升≤5℃/分钟，以约20分钟的时间为一次，应分几次，至抽汽阀全部开启。
6.2 热态启动，热态启动是指设备短时停运（3小时以内），或水侧未停，仅停抽汽的情况下启动投运设备，这种情况下可首先将水侧投入，然后再按由低压到高压的顺序逐级缓慢投入各级高加的抽汽，并控制温升。
6.3 随机启动
6.3.1 通水
除氧器启动后达到压力约为0.02MPa，温度约104℃，启动给水泵向锅炉供水，与此同时打开高加注水阀，向高加注水，待注满水后，打开电动给水三通阀和电动给水闸阀，给水即通过高加。
6.3.2 高加通汽
对滑压运行除氧器，当除氧器加热汽源切换到本机四段抽汽，开始滑压运行时，即可开启进汽阀向高加供汽；对除氧器定压运行的，当除氧器加热汽源切换到本机四段抽汽时，即可开启进汽阀向高加供汽。
开启进汽阀应缓慢进行，严格控制高加出水温度的温升率≤5℃/分钟，且开启进汽阀次序应按抽汽压力由低到高的高加排列顺序。
7 高加运行监视
7.1 应经常注意高加水位变化，防止高水位或低水位运行。
7.2 当水位上升过快，并发出高水位报警信号时，则应严密监视，如果达到危急疏水阀开启后，水位没有继续上升，但报警信号仍未消除，则应检查疏水系统，排除故障。
7.3 定期纪录或监视高加的有关仪表指示如下：
7.3.1 液位仪水位
7.3.2 每台高加给水进、出口温度与压力
7.3.3 每台高加的进汽压力、温度。
7.3.4 各疏水温度。
7.3.5 各疏水调节阀开度。
7.4 上述数据如已有电子自动打印者即可。
7.5 高加系统全部启动投运并达到正常运行以后，为保证传热效果并防止换热管的腐蚀，必须打开空气抽出口的阀门，连续不断地抽出空气等不凝结气体，此空气蒸汽混合物的流量大体在进汽量的0.5%左右，排放量的多少关系到热损失，用户应通过试验确定阀门开度的大小。
8 高加的停运
8.1 高加事故停运
当出现下列情况之一时，必须停运高加。
8.1.1 壳体、汽水管道或阀门爆破，危及人身或设备安全时；
8.1.2 高加水位升高，处理无效，液位仪水位到顶时；
8.1.3 液位仪失灵，无法监视水位时；
8.1.4 人孔严重泄漏而无法继续运行时；
8.2 高加壳体（汽侧）满水事故停运（汽轮机正常运行）
水位信号器发出三高水位的保护信号，使保护系统运作，自动关闭电动给水三通阀和电动给水闸阀，给水经旁路管流至锅炉，同时自动关闭进蒸汽管路上的逆止阀，切断蒸汽。此时需关闭各进、出口阀门，自然冷却。接近室温时进行检查和检修。
8.3 高加事故停运（汽轮机正常停运）
缓慢关闭抽汽阀，控制最大给水温降率≤2℃/分钟，按抽汽压力由高到低的高加排列顺序，以约1小时的时间，对每台高加分几次关闭抽汽阀至全关。
手动操作电开关，关闭给水进、出口的电动三通阀和电动闸阀。
关闭高加各进出口阀门，自然冷却，处于备用状态。
8.4 高加随机停运
8.4.1 停止供汽
随机组负荷下降而蒸汽压力降低，对于除氧器滑压运行的，当除氧器的加热蒸汽开始由本机四段抽汽切换到启动汽源，除氧器开始定压运行时，即应关闭进汽阀，停止向高加供汽；对于除氧器定压运行的，当除氧器的加热蒸汽开始由四段抽汽切换到三段抽汽（或启动汽源时）即应关闭进汽阀，停止向高加供汽。
关闭进汽阀时应缓慢进行，严格控制高加出水温度的温降率不应大于2℃/分钟，且应先关壳侧（汽侧）蒸汽压力高的高加的进汽阀，后关压力低的高加。
8.4.2 停止通水
在给水泵停运前，关闭高加管侧（水侧）电动给水三通阀和电动给水闸阀，停止通水，再关各进出口阀门，自然冷却，然后再立即停给水泵。
9 高加的维护
高加的维护包括正常运行时的维护和停运期间的维护。
高加维护对于确保高加的良好运行，减轻检修工作量，延长高加使用寿命，都有很大关系。
9.1 正常运行时的维护
给水PH值维持在8.7～8.9，有条件时，应提高到9.2～9.4。
给水含氧量应在5～7μg/L或更抵，以降低氧对碳钢管子和焊缝的腐蚀。
高加水室、壳体、水和汽的连接管道均应完善保温层，对于因检修而临时拆除的保温层，在高加投运前应及时修复，以减少热应力和热损失。
保护系统即主要是电动给水三通阀和电动给水闸阀以及联锁抽汽逆止阀，应定期做动作试验。
9.2 停运时的维护
9.2.1 停运60小时以内
管侧（水侧）：在所处状态下停止，水室和管内充满给水。
壳侧（汽侧）：充满蒸汽（蒸汽压力在0.05～0.1MPa）。汽侧也可在所处状态下停止，管子外表面一般地自然干燥，以消除蒸汽凝结在管上的疏水。
9.2.2 停运时间在半月以内
管侧（水侧）：充满给水，水中含有联氨并调整好PH值，其联氨含量在50～100mg/L，PH值在9.2～9.4，含氧量≤5～7μg/L。
壳侧（汽侧）：充满蒸汽，蒸汽压力在0.05～0.1MPa。
9.2.3 停运时间在半月以上
管侧（水侧）与壳侧（汽侧）均须充氮。其方法是先将管侧和壳侧排完积水，待高加冷却后用抽真空或烘干法，使高加干燥，然后，管侧、壳侧分别充氮，氮气压力0.05～0.1MPa，当压力低于0.05MPa时，应补充氮气。
10 高加的检修
检修工作是确保高加安全正常运行必不可少的环节，应予以十分重视。高加检修包括正常检修和事故检修，前者要求每年进行一次，后者系事故停运高加后进行。对于通常所见的高加泄漏检修而言，要求检查方法可靠，检修准确，检修工艺合理，返修及时。
10.1 高加的正常检修
对高加本体、给水保护系统、疏水和危急疏水调节系统、抽汽管道上的逆止阀（阀门），以及液位仪、温度计、压力表、照明等均须进行定期检查、修理，并经调整试验以确保状态良好。
10.2 高加的事故检修
一般为高加的管系泄漏检修。
10.2.1 检修方法
按高加事故停运方式，解列高加，打开壳侧壳体放水阀以放空积水。
利用给水对高加作通水试验，此时需打开进、出口给水阀即电动给水三通阀和电动给水闸阀，根据高加管侧（水侧）的压力变化情况与壳体放水阀的排泄情况，可判断高加有无泄漏，并估计泄漏程度。
在确认高加有泄漏后，打开水室放水阀以放空积水，拆卸人孔盖和水室内隔板，在管端涂以肥皂水，在高加壳体（汽侧）通以2MPa压缩空气，如压力不够可予降低，但希望不低于1～1.5MPa，如压缩空气压力不够，可充以氮气。
作管板表面检查，可用10倍放大镜仔细观察焊缝，如果有管子本身泄漏，则气流便从该管内喷射出来，如有管端焊缝泄漏则会有微量气流冲破该处成肥皂泡或逸出。
检漏期间，应将确切的泄漏位置标上记号，并在管板布孔图上记录下相应位置。
10.2.2 检修工艺
检修前应排除管孔内的积水，然后彻底烘干，用布蘸以丙胴细致擦洗泄漏管端焊缝及周围，（最好用无绒繊维布），以清除铁锈、脏污、油和水迹。
按管子本身泄漏或管端焊缝泄漏的情况，采用以下检修工艺；
对于管端焊缝因裂纹、气孔等缺陷泄漏而管子本身并未损坏者，可用10倍放大镜仔细观察焊缝位置并用尖头凿子或专用刀具等挑去或刮除泄漏处焊缝，并开出V型或U型坡口，再用焊条牌号A502（或A507）奥氏体不锈钢细焊条补焊。
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。塞子形状与尺寸见图5。焊条可用A502（或A507）。
高加管系泄漏检修完毕再次投运时应利用管系注水，进行高加检漏，当确认高加无泄漏时，方可打开电动给水三通阀和电动给水闸阀，使高加通水运行。
高压加热器为第三类压力容器，其安装、运行、维护和检修应严格按照《压力容器安全技术监察规程》执行。

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图1：高压加热器结构简图

图2：疏水电动调节系统

图3：危急疏水气动系统
图4：电动给水旁路保护系统

图5：锥形塞