劉全喆

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，推進(jìn)了我國(guó)電力行業(yè)獲得了飛速發(fā)展。然而在電力行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，高壓加熱器是火力發(fā)電廠的重要輔助設(shè)備，它的缺陷將嚴(yán)重影響機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文首先對(duì)高壓加熱器泄漏現(xiàn)象及電廠高壓加熱器熱交換鋼管的宏觀檢驗(yàn)進(jìn)行了概述，詳細(xì)探討了電廠高壓加熱器熱交換鋼管的缺陷，并提出了相應(yīng)的措施和建議，旨在促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電廠高壓加熱器；熱交換鋼管；檢驗(yàn)；缺陷分析

回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)的運(yùn)行可靠性和運(yùn)行性能高低，直接影響整套機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，加熱器的投入率是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中重要的一項(xiàng)考核指標(biāo)。隨著火力發(fā)電廠機(jī)組向大容量高參數(shù)發(fā)展，高壓加熱器（以下簡(jiǎn)稱高加）承受的給水壓力和溫度相應(yīng)提高；在運(yùn)行中還將受到機(jī)組負(fù)荷突變、給水泵故障、旁路切換等引起的壓力和溫度的驟變，這些都會(huì)給高加帶來(lái)?yè)p害。同時(shí)高壓加熱器是給水循環(huán)的一個(gè)重要組成部分，是利用汽輪機(jī)抽汽加熱鍋爐給水的熱交換器，是提高電廠熱經(jīng)濟(jì)性的重要輔助設(shè)備。高壓加熱器的故障，不僅是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，亦涉及汽輪機(jī)及鍋爐的安全問(wèn)題，故應(yīng)給予高度重視。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，所有報(bào)廢和在用高加本身故障中，熱交換管系泄漏事故是最常見(jiàn)的故障，占70%以上，因此除了在高壓加熱器的設(shè)計(jì)、制造和安裝時(shí)必須保證質(zhì)量外，還要在運(yùn)行維護(hù)等方面采取必要的措施，才能確保高加的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

1 高壓加熱器泄漏現(xiàn)象

高加水位高信號(hào)報(bào)警，泄漏檢測(cè)儀亦報(bào)警，另外還有高加端差增大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常值。由于高加泄漏，水側(cè)大量漏入汽側(cè)，通過(guò)疏水逐級(jí)自流入除氧氣，為使汽包水位正常，則給水泵轉(zhuǎn)速增加，給水流量增大。高加泄漏后，由于傳熱惡化，則造成給水溫度降低。高壓加熱器是利用機(jī)組中間級(jí)后的抽汽，通過(guò)加熱器傳熱管束，使給水與抽汽進(jìn)行熱交換，從而加熱給水，提高給水溫度，是火力發(fā)電廠提高經(jīng)濟(jì)性的重要手段。由于300 MW機(jī)組高加水側(cè)壓力（20 MPa）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汽側(cè)壓力（4 MPa），當(dāng)傳熱管束即U型管發(fā)生泄漏時(shí)，水側(cè)高壓給水進(jìn)入汽側(cè)，造成高加水位升高，傳熱惡化。

高加泄漏后，會(huì)造成泄漏管周圍管束受高壓給水沖擊而泄漏管束增多，泄漏更加嚴(yán)重，必須緊急解列高加進(jìn)行處理，這樣堵焊的管子就更少一些，高壓泄漏后，由于300 MW機(jī)組高加水側(cè)壓力20 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汽側(cè)壓力4 MPa，這樣，當(dāng)高加水位急劇升高，而水位保護(hù)未動(dòng)作時(shí)，水位將淹沒(méi)抽汽進(jìn)口管道，蒸汽帶水將返回到蒸汽管道，甚至進(jìn)入中壓缸，造成汽輪機(jī)水沖擊事故。高加停運(yùn)后，還會(huì)使汽輪機(jī)末幾級(jí)蒸汽流量增大，加劇葉片的侵蝕。高壓加熱器的停運(yùn)，還會(huì)影響機(jī)組出力，若要維持機(jī)組出力不變，則汽輪機(jī)監(jiān)視段壓力升高，停用的抽汽口后的各級(jí)葉片，隔板的軸向推力增大，為了機(jī)組安全，就必須降低或限制汽輪機(jī)的功率，從而影響發(fā)電量。高加泄漏，每次處理順利時(shí)需要30 h，系統(tǒng)不嚴(yán)密時(shí)，則工作冷卻時(shí)間加長(zhǎng)，直接影響高加投運(yùn)率的目標(biāo)。

2 電廠高壓加熱器熱交換鋼管的宏觀檢驗(yàn)

用氧乙炔火焰分段解剖此高壓加熱器，并進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)。

a）解剖前的宏觀檢驗(yàn)

解剖前對(duì)高壓加熱器進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該報(bào)廢高壓加熱器外形良好，管壁厚未見(jiàn)減薄。

b）割開(kāi)熱交換管彎管部位外壁的宏觀檢查

將該報(bào)廢高壓加熱器U形熱交換管彎管部位外壁割開(kāi)后進(jìn)行宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)位于分隔板以上蒸汽凝結(jié)區(qū)的熱交換管段外觀良好無(wú)變形，但管壁上幾乎全部結(jié)有黑垢，形成高溫氧化膜，氧化較嚴(yán)重，許多部位發(fā)生了銹蝕，但保持正常的漆色；位于分隔板以下蒸汽凝結(jié)區(qū)的熱交換管段外觀良好無(wú)變形，顏色還保持了少量的紅漆色，僅有部分黑垢，沒(méi)有減薄跡象，分隔板則保持著正常的漆色。

c）割開(kāi)過(guò)熱蒸汽冷卻區(qū)外壁管的宏觀檢查

將該報(bào)廢高壓加熱器過(guò)熱蒸汽冷卻區(qū)外壁割開(kāi)后進(jìn)行宏觀檢查。在過(guò)熱蒸汽冷卻區(qū)，熱交換管的外側(cè)從過(guò)熱蒸汽入口處至蒸汽凝結(jié)區(qū)均有黑垢，嚴(yán)重氧化。在可見(jiàn)到的外3層管排有近40根管子已發(fā)生不同程度的泄漏，有的管子已經(jīng)完全斷裂，有的管子單側(cè)爆漏，這些管子均有明顯的減薄現(xiàn)象，剩余壁厚不足1 mm。雖然很多管子沒(méi)有出現(xiàn)泄漏，但已出現(xiàn)不同程度的拉伸減薄、直徑變小現(xiàn)象，且所有的缺陷位置基本上集中在隔板下。

d）渦流檢驗(yàn)

對(duì)已解剖側(cè)的外3層管排由外向內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)，檢驗(yàn)方式為每排管數(shù)隨機(jī)抽檢。渦流檢驗(yàn)?zāi)康脑谟隍?yàn)證管排位置與缺陷分布的關(guān)系。檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，越外層的管排缺陷管的比例越高，并且缺陷程度越嚴(yán)重。

3 缺陷分析

由于高壓加熱器熱交換鋼管產(chǎn)生缺陷的原因復(fù)雜多樣，不同類型的高壓加熱器產(chǎn)生缺陷的類型、分布位置、產(chǎn)生原因均不同。具體如下：

（1）缺陷位置比較集中

臥式高壓加熱器熱交換管有缺陷的位置主要集中在過(guò)熱蒸汽冷卻區(qū)，泄漏管段位于熱交換管的近端口處，集中在過(guò)熱蒸汽進(jìn)口區(qū)域的幾個(gè)隔板附近。這一點(diǎn)與立式高壓加熱器泄漏管段集中在熱交換管近彎管處（即立式高壓加熱器下部）隔板附近有很大的區(qū)別，這與立式高壓加熱器和臥式高壓加熱器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

（2）受熱交換管發(fā)生劇烈振動(dòng)、隔板之間發(fā)生強(qiáng)烈摩擦的影響

過(guò)熱蒸汽冷卻區(qū)熱交換管發(fā)生劇烈振動(dòng)與隔板之間發(fā)生強(qiáng)烈磨擦是造成管子泄漏的主要原因。管子最終發(fā)生破壞的形式有多種。

a）管子多個(gè)方向發(fā)生劇烈振動(dòng)，管壁磨損減薄后形成環(huán)形凹槽。高溫下，管子受熱卡在隔板處不能自由月彭脹，造成一端在隔板處受阻，另一端受熱應(yīng)力作用拉伸減薄，產(chǎn)生縮頸，并在應(yīng)力作用下拉斷。這種情況整根管子完全斷裂，泄漏嚴(yán)重。

b）管子一個(gè)方向發(fā)生劇烈振動(dòng)，管子單側(cè)磨損減薄，當(dāng)壁厚減薄到一定程度，受管內(nèi)很高水壓（大于20 MPa）的作用，沖破管壁而發(fā)生破壞。

c）管子多個(gè)方向發(fā)生劇烈振動(dòng)，管壁磨損減薄后形成環(huán)形凹槽。當(dāng)管子受熱時(shí)卡在隔板處不能自由膨脹，造成一端在隔板處受阻，另一端受熱應(yīng)力作用拉伸減薄，當(dāng)壁厚減薄到一定程度，受管內(nèi)很高水壓（大于20 MPa）的作用，沖破管壁而發(fā)生破壞。這種情況往往爆口很大，泄漏嚴(yán)重。

（3）運(yùn)行工況及介質(zhì)的影響

高壓加熱器運(yùn)行時(shí)，來(lái)自汽輪機(jī)的抽汽，先經(jīng)過(guò)過(guò)熱蒸汽冷卻區(qū)，冷卻其過(guò)熱度，然后進(jìn)入蒸汽凝結(jié)區(qū)凝結(jié)成疏水，疏水再經(jīng)過(guò)疏水冷卻區(qū)，進(jìn)一步放出熱量。在這個(gè)過(guò)程中，當(dāng)高壓加熱器運(yùn)行時(shí)，直接承受高溫蒸汽沖刷最外層的管排振動(dòng)最劇烈，管壁磨損減薄最嚴(yán)重，發(fā)生爆管概率就最高。

從宏觀檢查的結(jié)果還可知，當(dāng)最外層的管排發(fā)生爆管斷裂后，第二層管排就直接承受高溫蒸汽的沖刷的同時(shí)，已爆管的管子，管內(nèi)給水泄漏，這樣夾雜著疏水的高溫蒸汽對(duì)管子的破壞力更強(qiáng)，已爆管的管子的周圍管子和第二層管子很快發(fā)生破壞，如此循環(huán)，就形成連續(xù)破壞。從這次解剖的試驗(yàn)中了解到，這種破壞方式具有一定的普遍性。

（4）高壓加熱器制造上的問(wèn)題

被解剖區(qū)域是封閉區(qū)域，但在里面發(fā)現(xiàn)常用工具砂輪片扳手和一個(gè)空心金屬短棒，這些物體可以判斷為高壓加熱器制造時(shí)留下的，它們會(huì)影響管子的正常運(yùn)行，但無(wú)法判斷其影響程度。

（5）不銹鋼金屬墊片可能因意外掉入蒸汽入口或使用中破裂，產(chǎn)生金屬絲，在高壓高溫蒸汽沖擊下，被沖入過(guò)熱蒸汽包殼端角處，高速旋轉(zhuǎn)翻滾，對(duì)端角處換熱管產(chǎn)生嚴(yán)重的切割和磨損，導(dǎo)致管壁減薄，不能承受內(nèi)部冷卻水高壓，產(chǎn)生爆管。

（6）局部磨損減薄處產(chǎn)生微小泄漏，屬冷卻水泄漏，但在過(guò)熱蒸汽中汽化產(chǎn)生局部汽水兩相，不僅會(huì)引起管束強(qiáng)烈震動(dòng)，還對(duì)泄漏處產(chǎn)生嚴(yán)重的汽蝕損傷，不斷沖刷和腐蝕金屬表面產(chǎn)生麻點(diǎn)狀缺陷，此類泄漏最初由于水量較小，水位報(bào)警不易發(fā)現(xiàn)，當(dāng)缺口增大泄漏嚴(yán)重時(shí)方能報(bào)警。

（7）爆管后，雖然采取了堵管措施，該高加先后封堵過(guò)5次，理論上應(yīng)該爆管趨勢(shì)得到控制，但是事實(shí)上反而更進(jìn)一步加劇，排除工藝上壓力波動(dòng)的可能則說(shuō)明內(nèi)部管子不斷被損壞導(dǎo)致不斷破裂。由于未清除金屬絲和爆管產(chǎn)生的管束金屬碎片，使其繼續(xù)在包殼內(nèi)對(duì)其他管束產(chǎn)生損傷，其細(xì)小碎片進(jìn)入管束內(nèi)部，導(dǎo)致受損傷的管束數(shù)量不斷增加，造成更大范圍的影響。由于內(nèi)部管子受到金屬絲切割和摩擦導(dǎo)致的減薄不是立刻形成的（理論計(jì)算達(dá)到爆破時(shí)，管束壁厚需要減薄到0.6-0.7 mm），從現(xiàn)場(chǎng)檢查情況也可以看到許多管子被損傷但未破裂。我們認(rèn)為是在前幾次堵管后，一些受損傷的管子未泄漏，但由于內(nèi)部金屬絲未清除，其最小壁厚也不斷向爆破臨界點(diǎn)發(fā)展，由于外界壓力的波動(dòng)，或某根爆管后產(chǎn)生汽水兩相和冷卻水沖擊，導(dǎo)致的連鎖反應(yīng)，從而造成大量突發(fā)的破壞。

（8）在泄漏后，因局部存在汽水兩相，引起管束強(qiáng)烈震動(dòng)和串動(dòng)，管束互相摩擦，管子和隔板摩擦，造成減薄破裂，從宏觀檢查情況可以反映出這一情況。

（9）由于堵管范圍不斷加大，造成管束內(nèi)冷卻水壓力大大增加，流速增加，引起管束的震動(dòng)加大，壓力加大加速了管束的破裂。

4 建議和措施

通過(guò)這次對(duì)高壓加熱器的解剖檢驗(yàn)及其缺陷分析，可以對(duì)國(guó)內(nèi)同類臥式高壓加熱器的運(yùn)行和檢驗(yàn)提出以下建議和措施：

（1）高壓加熱器的運(yùn)行參數(shù)要嚴(yán)格控制。在高壓加熱器投入和切出時(shí)要嚴(yán)格控制高壓加熱器的溫升率、溫降率，防止高壓加熱器熱交換管受到過(guò)大的熱應(yīng)力作用，盡量避免高壓加熱器因泄漏而退出運(yùn)行。

（2）高壓加熱器產(chǎn)生缺陷的管段幾乎都集中在過(guò)熱蒸汽冷卻區(qū)隔板附近，且大多集中在外面幾層管排。這樣，應(yīng)結(jié)合大小修，加強(qiáng)對(duì)同類臥式高壓加熱器熱交換管進(jìn)行定期檢查，尤其是最外面兩層管排，發(fā)現(xiàn)有泄漏、減薄、變形的管子要及時(shí)采取措施，避免管排發(fā)生連續(xù)破壞。這對(duì)延長(zhǎng)高壓加熱器的使用壽命，減少高壓加熱器泄漏尤為重要。由于高壓加熱器熱交換管為對(duì)稱分布，過(guò)熱蒸汽冷卻區(qū)和與之相對(duì)的區(qū)域應(yīng)作為重點(diǎn)監(jiān)督、檢驗(yàn)的部位。高壓加熱器熱交換管產(chǎn)生缺陷的原因復(fù)雜多樣，不同類型的高壓加熱器產(chǎn)生缺陷的原因、缺陷分布位置、缺陷形式均不同。這主要與高壓加熱器的運(yùn)行工況有關(guān)。

（3）對(duì)高壓加熱器的運(yùn)行參數(shù)要嚴(yán)格控制。同時(shí)在高壓加熱器投入和切出時(shí)，要嚴(yán)格控制溫升率和溫降率，防止管板、管子、隔板受到過(guò)大的熱應(yīng)力作用而發(fā)生變形，如堵管數(shù)量較多應(yīng)考慮水壓和流速的影響。

（4）結(jié)合機(jī)械設(shè)備的大、小修，加強(qiáng)對(duì)高壓加熱器熱交換管進(jìn)行定期檢查，以確定管子的泄漏、沖刷、減薄等情況，并根據(jù)管子狀況及時(shí)采取措施，盡量避免高壓加熱器因泄漏而退出運(yùn)行。國(guó)內(nèi)目前高壓加熱器主要事故多數(shù)發(fā)生在疏水冷卻區(qū)管段，本高壓加熱器事故原因有一定的特殊性，對(duì)此兩部位均應(yīng)加強(qiáng)日常性檢查。

（5）如法蘭墊圈有損壞要及早更換，防止被沖進(jìn)高壓加熱器對(duì)熱交換器鋼管造成危害。為防止墊圈內(nèi)圈被沖刷破壞可采用帶內(nèi)環(huán)保護(hù)的金屬纏繞墊片。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在電力行業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，高加熱交換鋼管產(chǎn)生缺陷的原因復(fù)雜多樣，這就限制了電力行業(yè)的發(fā)展。因此，必須對(duì)電廠高壓加熱器熱交換鋼管進(jìn)行檢驗(yàn)及缺陷分析，只有這樣才能促進(jìn)電力行業(yè)的良好發(fā)展。

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