高压给水加热器爆管原因分析及处理对策

高压给水加热器爆管原因分析及处理对策

冯子建

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司 内蒙古 呼和浩特 010206

摘要：高压加热器是火电厂、核电厂汽轮机组中利用汽机汽缸中的蒸汽加热换热管束中的锅炉给水的重要设备，高加能够有效提高锅炉给水温度，减少汽轮机向凝汽器的排汽，降低机组的热量损失，最终降低电厂燃料消耗，达到节能减排目的。通过分析高压加热器的爆管原因，对各种影响因素进行了分析，为换热管的损坏分析，提供了很好的借鉴经验。随着科学技术的不断进步，模拟高压加热器运行状况的技术不断出现，可更加充分地分析影响高压加热器使用寿命的各个因素，也为提高高压加热器的使用寿命提供了保障。

关键词：高压给水加热器 ；泄漏；措施  

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。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。高压加热器是火力发电厂回热加热系统中的重要设备，它是利用汽轮机抽汽来加热锅炉给水的表面式加热器。而高压给水加热器爆管若发生严重泄漏，会使高压给水沿着抽汽管道进入汽机本体内部，使汽机发生水冲击，将严重威胁机组的安全运行。通过高压加热器将锅炉给水温度提高，使汽轮机进入凝汽器的排汽量减少，提高给水平均吸热温度，降低乏汽损失，从而提高火力发电厂的效率。

一、高压加热器的结构

高压加热器的主要部件是水室、管系及外壳。管系包括了管板、换热管、支撑板、防冲板、包壳板等零件。管系又可按换热方式，分为过热段、凝结段、疏水段。高压加热器引起高加爆管的区域主要发生在过热蒸汽冷却段。过热段位于高加给水的出口处，汽轮机抽汽是带有较高过热度的蒸汽，高加利用抽汽加热给水，给水被加热至相当于蒸汽的饱和温度，提升了回热系统的传热效率。过热蒸汽冷却段的换热管被包壳板和遮热板封闭，过热蒸汽冷却段内设有隔板，迫使蒸汽以设定的流速和方向流过换热管的表面，才能达到良好传热效果。这种封闭结构避免了过热蒸汽与管板、壳体的直接接触，降低了管板与壳体的热应力，并使蒸汽保留有足够的过热度，以保证蒸汽离开该段时呈干燥状态，防止湿蒸汽冲蚀换热管。从高加的设计角度考虑，通过设置过热段保证高加设备的安全运行，如取消高加过热段，可能引起其他设计上的问题，也会降低整个回热系统的换热效率。

二、高压给水加热器热管泄漏原因

随着机组容量的增大、设计参数的不断提高，致使传统U形管式高压加热器 中的水室半球形封头、管板等锻件的厚度不断增加，换热管与管板的联接等的热疲劳开裂风险越来越大。经对部分电厂高压加热器的运行调研，高加换热管的泄漏原因主要集中在温度变化速率过快，水位控制不合理，还有泄漏后堵管质量不高等方面。现将主要因素总结如下：

1、高加温度变化率过大。现行国内大型机组高压加热器均采用滑压运行方式。当机组运行负荷改变时，往往前级温度变化超过了要求，产生较大的温差应力，导致换热管管端泄漏。另外，在高加启动运行阶段如果暖机过快，高加的温升速率控制不当或者高加在退出运行时机组降负荷速率过快，温升、温降速率过快都能导致高压加热器不同程度的损伤，造成换热管泄漏。这主要是因为换热管管壁较薄，收缩膨胀快，但管板的厚度很厚，收缩膨胀的速度较慢，从而导致换热管与管板的联接焊缝或胀接处损坏、泄漏。

2、高加运行水位偏低。高加壳侧水位对高加的安全运行影响非常大。如果高加水位偏离正常水位、处于无水位或低于最低水位线之下运行时，疏水冷却段的疏水入口水封丧失，在疏水段出现汽水两相流，加剧换热管金属材料疲劳，并可能造成疏水段的换热管腐蚀及冲刷损坏，这样长时间的恶性循环，造成高加换热管泄漏。

3、高加管侧压力过高。高加管侧压力过高的原因一是给水压力、流量突然变化，如给水泵跳闸、锅炉安全门拒动、高加保护动作失灵等情况，高加换热管承受的压力突然升高、超压，使换热管受损；另外，在运行中高加因故停用时，如果给水进出口阀门关闭，而进汽阀有泄漏时，被封闭在加热器管侧的给水受到漏人蒸汽的加热，会使管侧的介质压力大幅度上升，在高加管侧压力过高，而管侧未安装安全阀或安全阀未动作时，过高的压力会使换热管鼓胀而导致泄漏。

三、高压给水加热器原因分析及解决措施　

1、疏水管道及弯头泄漏。根据高压给水加热器弯头和三通更换的情况看大部分为冲刷减薄破裂，破裂之前常伴有疏水管剧烈振动等现象，原因主要是高压给水加热器长期低水位和无水位运行，管道内存在汽、液两相介质，当流体从单相流转为两相流时，流体流速会扩大，阻力成倍增长，加大了对弯头处的冲刷、磨损，导致泄漏。同时由于疏水带汽，在进入除氧器后，引起除氧器压力升高，造成除氧器的温度、压力和水位较难控制。另外，我厂高压给水加热器疏水管道布置中存在的弯头较多，弯头使用方式不科学，也加剧了管道弯头磨损的程度。解决措施如下：对高压给水加热器水位计进行校验、修复，保证水位显示准确、水位保护可靠动作。疏水器出口加装电动调整门，位置提高至除氧层，运行中严格控制水位在规定范围，减小疏水带汽的机率。对疏水器进行排查、改进，保证疏水器能够正常调整水位，一旦自动调整水位出现问题，必须及时手动调整保持水位。

2、钢管、水汽法兰泄漏。高压给水加热器进汽、进出水电动门、危机疏水门均存在不同的泄漏情况。由于高压给水加热器在投运时需手动开启进汽门电动闸阀进行暖管，通过控制阀门的开度调整高压给水加热器进汽量，达到控制高压给水加热器温升的目的，造成阀芯长期冲刷受损，最终导致无法严密关闭造成内漏，这样在高压给水加热器停运期间，汽、水介质无法关断，高压给水加热器内部会因漏汽、漏水，管束长期存在较大的温差和压差的恶劣环境下，易引起管束振动、超温和腐蚀，管板受热不均，导致管道破损管板涨口和法兰处泄漏。高压给水加热器管束受到蒸汽直接冲击时因防冲板材料和固定方式不合理，失去防冲刷保护作用；或防冲板面积不够大，水滴随高速气流运动，撞击防冲板以外的管束，使得管壁厚度变薄，发生泄漏；高压给水加热器疏水一般采用两级逐级自流式，一旦第一级疏水中带汽，在流入下一级高压给水加热器时，就会冲刷加热器管造成损坏；当高压给水加热器内某根管子发生损坏泄漏时，高压给水从泄漏处以极大的速度冲出会将邻近的管子或隔板冲刷破坏。解决措施如下：解决高压给水加热器进汽、进出水、危机疏水阀门内漏问题，运行中严格控制给水品质，保证给水的溶氧浓度和PH值在合理范围内。高压给水加热器正常运行时，汽侧的排空阀应保持在常开位置，保证不凝结气体能够及时排除，减小管道受腐蚀的机率。在投、退高压给水加热器过程中，严格监视、控制高压给水加热器的温升、温降。具备运行条件的随同机组启停的随机启停高压给水加热器，这样负荷逐渐增加或减小，抽汽温度、压力、流量及加热器水温是逐渐上升或下降的，金属的温升、温降可控制在较小范围内，减少了管系与管板的温差，可避免管系胀口松弛和管系膨胀不均而引起的漏泄。如果不能随机启停的，启停中按照高压给水加热器出水温升不大于5℃/min、温降不大于2℃/min进行控制。

通过采取合理有效的措施，高压给水加热器及附属管道泄漏现象能够得到最大程度的控制，既改善了生产现场的环境、稳定了设备运行、降低了机组的故障率、延长了运行周期、减少了能源浪费，提高了机组运行的安全性和火电厂整体的经济性。

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