高压加热器管束泄漏的原因分析和采取的措施

1．引言

高压给水加热器主要利用汽轮机的抽汽来加热锅炉给水,进而使得给水达到所需温度。设置高加是为减少循环的冷源损失, 使蒸汽的热量得到了充分的利用,提高了整个循环的热效率。增加机组经济性及保证机组的安全运行。 如果高加发生故障造成停运，则锅炉的给水只能通过旁系管道进入，就会大大降低进入锅炉的给水温度，从而增加燃料耗量，增加发电成本，降低经济性，同时也会影响锅炉和汽轮发电机组的安全运行。

2．高压加热器结构及原理 

2.1结构

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。

2.2原理

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。 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；凝结段主要利用蒸汽凝结时释放的汽化潜热来对给水进行加热，隔板的作用是使得蒸汽沿高压加热器长度方向均匀分布，并在隔板的导向下流向高压加热器尾部；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。 

3．高压加热器泄露现象 

高压加热器的泄露主要体现在高加水位波动异常，高加水位高信号报警； 高加端差增大，远高于正常值，正常疏水水位无法保持，给水温度降低；高加事故疏水阀开度明显增大甚至打开，内部有类似水冲刷的泄露声；给水泵转速增加，给水流量增大，其原因是由于高加泄露，水侧大量漏入汽通过疏水逐级自流导入除氧器；相同负荷工况下，给水流量明显增大，其原因是由于高加泄露导致传热恶化从而造成了给水温度的降低； 高加运行过程中若不是由于保护误动及高加疏水不畅的原因而发生突然解裂的现象，则必然是由于泄露导致。 

4．高压加热器泄露会导致严重危害

4.1高加泄露会导致其泄露管周围正常的管束受到高压水的冲刷、冲击而导致破坏泄露，受损管束数量增加，从而加剧泄露程度； 

4.2高加泄漏时随着水位的急剧增高，若不及时采取保护措施，待水位淹没抽气管的进口，蒸汽带水将返回到蒸汽管道甚至进入汽缸从而造成汽轮机水击事故； 

4.3 高加泄露导致解列时，随着给水温度的降低，为保持负荷不变需增加燃煤量及风机处的出力，从而造成炉膛过热，汽温升高，标准煤耗增加，机组热耗率增加进而引起厂用电量的增加； 

4.4 高加泄露导致停运时会引起汽轮机末几级蒸汽流量的增加从而加剧叶片的腐蚀，还会使得锅炉壁温度超过极限值，抽汽口各级叶片轴向推力增加，此时为保证机组的安全，就必须降低或限制汽轮机的功率，若高加泄露时间过长，则会严重影响高加的投入率及电厂的发电量。 

5. 高压加热器泄漏的原因分析

5.1 端口泄漏的主要原因

端口的泄漏主要源于热应力过大、管板变形和制造质量不良。

热应力过大：高加正常启停,或机组运行中高加故障停运以及重新启动时会造成高加的温升率、温降率过大使高加管与管板连接处受到很大的热应力,焊缝或胀管处很可能发生损坏,从而引起端口漏泄。

管板变形：管与管板相连接,由于管板发生变形,会使管端口发生漏泄。

制造质量不良：高压加热器中管子与管板间的胀管或焊接技术要求很高。高加管板与管子材质相当重要，它影响管板与管子的焊接。焊接技术至关重要，堆焊技术不过关,会造成孔眼,降低了端口承受机组运行方式变化的能力。选用高加应采用使用业绩好的厂家和选用各方面质量好的产品。

5.2 管本身漏泄的主要原因 

管本身漏泄在于振动、腐蚀、超压等原因。

振动：当通过管子间的蒸汽流量超过设计时,流速也相应超过设计值,严重时会使管子发生振动,有的甚至产生共振现象,管子振动使管外壁与隔板的管孔发生摩擦碰撞,使管壁变薄,在给水压力的作用下破裂。当部分换热管因泄漏而堵管后，更加剧了工况条件的恶化。 

腐蚀：管的外壁和内壁都会发生化学腐蚀。给水中的溶解氧过高或pH值过低,都会使高加管内壁受腐蚀。

超压：高加水侧压力偏高时,若高加水侧未装安全门限制水压,这样就有可能使管子鼓胀而变粗、开裂，使管束泄漏。

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 残 余应力过大而导致焊口泄露。

6．高压加热器泄露防止措施 

6.1.提高高加运行效果的工艺管理，预防管束泄漏。

通过对高压加热器启停操作的科学优化,能有效提高了高加的投运率,在提高热效率的同时,保证了高加的长期安全运行。 

高加投运时，应限制蒸汽参数变化速度，严格控制高加出口给水温升率，尤其不要因忙于其它操作而忽视高加的调整，及时投入疏水自调，减少温度变化率对高加的影响。

通常以出口水温的变化为判断依据。哈尔滨锅炉厂建议温升不大于3～5℃/min，温降不大于1．7℃/min，上海辅机厂提出的规定2℃/min和1．2℃/min。作为我国高加标准的制定单位，其提供的标准应是具权威的理论，应严格执行操作规定。

停高加时,如果突然全关其进汽门并继续向高加进给水,高加的温降率将严重超过限额。 所以机组在运行中需要立即停高加 ，为防止进汽门内漏蒸汽使高加内的水定容升压,应将水侧的排空气阀或放水门打开。 

高加冷态投运时,为了不使高加的温升超过规定,首先微开抽气电动门加热加热器使加热器温度与给水温度差不多, 先投入高压加热器水侧，可用手动阀进行调节，再慢慢开启高加进汽门。  

6.2做好高加检查工作

当发现运行高加有泄漏迹象时，即使是很轻微，应立即停运隔离检漏，不能因泄漏小而维持运行。每次停机后，先检查高加是否漏泄，如果发现漏，即使是轻微，也要及时堵漏或采取其他有效措施。，以防止在运行中发生漏泄。

6.3 高加的防腐工作

高加在运行中，内部要排净空气。 要定期化验给水品质是否合格。在启动时，汽水侧应排净空气，不使气体滞积。高加停运期间的防腐工作要按照制造厂家规定的防腐措施进行维护。

6.4使用新技术改造系统

新的设备通常可以解决一些固有的问题，提高系统的经济性和安全性，所以在做好经济性评估时使用后更新设备能带来较好的效益。 

7.发生管束泄漏后的检修处理 

高压加热器的管系泄漏中大多是管口泄漏。在出现管系泄漏时，应查明究竟是管子本身漏还是焊缝漏，不应草率将管子堵塞，甚至将附近几根管子都堵塞。若是管口漏，便应补焊。

7.1 U形管高加管束的处理

U形管高加管束的泄漏时，更换管子很困难,堵管是一种主要的修复手段。在堵管前应查清管束泄漏的型式及位置，并据此选用合适的堵管方式及工艺，一般是将塞子堵上后焊牢。为保证堵管质量，高加被堵管的端头部位一定要经过良好的处理，使管孔或管板孔圆整、清洁，与堵头有良好的接触面。 

如果管板材质为20MnMo，换热管为SA556GRC2，φ16X2.1碳钢20MnMo材料需要在预热的条件下才能焊接，管板表面堆焊一层含碳量较低的堆焊层的目的就是为了管子管板焊接时不预热而采取的一种工艺措施，因此对管板的返修要考虑到管板的这一结构特点。管板焊接及管子出现泄漏需要补焊和封堵管子时，首先考虑采用热膨胀系数和物理特性与管子管板相近的碳钢焊材如J507。

7.2工序

将泄漏管口处的管板表面用打磨机打磨清理，进行铰孔、清理，加工管塞（用20号低碳钢），堵塞选用材质为#20钢或Q235-A（A3钢）．封堵后端部露出５±１mm；焊条牌号为J507。

焊接顺序按不同管位分别进行，以减少应力集中。每道焊缝焊完后立即进行锤击消除焊接应力处理。全部封堵焊缝结束后，清理焊缝表面，然后可进行100％MT磁粉表面检验和气密性试验合格。

7.3焊接的环境和焊接方法的影响

所有管子和管板必须吹干到不影响和污染焊缝的程度。由于管口不可避免地存在或多或少的入口侵蚀问题，因而管口存在不圆度，表面光洁度也不佳，手工清理不能消除这些缺陷，因此堵管质量受到很大影响。

运行中出现管束泄漏，高加隔离后，为了抢时间提高高加投入率，在高温和潮湿环境中进行焊接，因此出现气孔、夹杂等缺陷是常事，焊接后应力没能彻底消除，焊接管塞密封焊表面因介质温度和冲蚀，造成临近管束密封焊口的熔敷层开裂。

避免此类问题发生，应加强管理，建立良好的作业环境，来提高检修质量，减少高加解裂次数。

8.检修的注意事项

为缩短检修及停运时间，加速水室等部件的冷却，不能用低温水冷却，可以通入压缩空气，或用风机从高加水室抽出热空气，使高加水侧加强通风。 

对于端口漏泄，不能象过去那样堵塞管子而应刮去原有的焊堆再做补焊，但堆焊不宜太多，以防止焊接应力损伤邻近管口的焊缝,对于管本身泄漏。 

当高压加热器泄漏后，为避免泄漏冲刷邻近管束发生二次损伤，应及早隔离处理，对靠近泄漏管束周边的一层管子进行扩大保护性堵管，防止泄漏冲刷管束而使表面减薄留下潜在泄漏隐患。

9．结论

投用高压加热器，要严格执行操作规程严格控制高压加热器温升率和温降率。有泄漏迹象时，应及时隔离处理，管束减小二次损伤，减少继发性冲蚀。严格把好检修质量关，重视堵管工艺，保证堵管质量，是减少频繁泄漏的关键。同时，通过对高加系统的综合治理，包括装置更新、系统优化、新技术应用等，解决影响机组经济性和安全性的隐患问题，提高高压加热器的投入率和系统的可靠性水平。