高加故障原因分析与对策.docx

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高加故障原因分析与对策

高加故障原因分析与对策

一、简介：

目前，大容量火电机组普遍采用具有中间再热的回热循环，以提高整个机组的热经济性。

回热加热器是回热系统的重要设备，它对热经济性的影响很大。

由于设计、安装、检修和运行等方面原因，高加的投入率并不是很高。

高加的故障原因很多，最多的就是漏泄。

二、漏泄的位置：

1、管子端口（管子与管板连接处）；2、管子本身漏泄；3、汽侧与水侧阀门；4、水室隔板（进、出水室之间）漏泄；

三、漏泄的原因：

1、管子端口（管子与管板连接处）漏泄大多是由于起停过程中热应力过大、管板变形。

热应力过大：

高加在与主机正常启停过程中，或在主机故障而高加停运时，或在主机正常运行中因高加故障而使高加停运及在启动时，高加的温升率、温降率超过规定，使高加的管子和管板受到较大热应力，使管子和管板相连接的焊缝或胀接处发生损坏，引起端口漏泄。

主机或高加故障而骤然停运时，如果汽侧停止供汽过快，或汽侧停止供汽后，水侧仍然继续给水，在这两种情况下，因管子的管壁薄，所以在管板管孔内的那端管子收缩很快。

而管板的厚度大，收缩慢，常导致管子与管板的焊缝或胀接处损坏。

这就是规定的温降率允许值只有1.7~2.0℃/分钟，比温升率允许值2~5℃/分钟要严格的原因。

不少发电厂常常发生下属情况，主机运行中高加运行是正常的，但在停机后或停高加后再开机或再投运高加时，却发现高加管系泄漏。

实际上，泄漏不是在停机后，也不是在开机或正确投运高加时引起，而是在停机或停运高加过程中，由于高加温降率过快导致管子和管板连接焊缝或胀接处发生损坏而造成漏泄。

管板变形：

管板与管子相连，管板变形会使管子的端口发生漏泄。

高加管板水侧压力高、温度低，汽侧压力低、温度高，尤其有内置式疏水冷却段，温差更大。

如果管板厚度不够，则管板会有一定的变形。

管板中心会向压力低、温度高的汽侧鼓凸，在水侧，管板发生中心凹陷。

在主机负荷变化时，高加汽侧压力和温度相应变化。

尤其在调峰幅度大，调峰速度过快或负荷突变时，在使用定速给水泵的条件下，水侧压力也会发生较大变化，甚至可能超过高加给水的额定压力。

这些变化会使管板发生变形导致管子端口漏泄或管板发生永久变形。

如果高加的进汽门内漏，则在主机运行中停运高加后，会使高加水侧被加热器而定容升压，如水侧无安全阀或安全阀失灵，压力可能升得很高，也会使管板变形。

2、管子本身漏泄的原因：

管系受到冲刷侵蚀、给水的PH值不合适引起腐蚀、管子本身振动、管子本身材质及工艺不良。

管系受到冲刷侵蚀：

过热蒸汽冷却段及其出口处管束容易受到湿蒸汽的侵蚀。

影响入口管段侵蚀损坏的主要因素有：

给水PH值、含氧量、温度和紊流度，

3、汽侧与水侧阀门：

高加水侧出、入口门、汽侧进汽门发生漏泄，主要原因是制造工艺与质量不好。

4、水室隔板（进、出水室之间）漏泄（又称高加内部进出水发生短路，使部分水不通过加热管直接进入出水管流出。

）：

原因主要是水室隔板结构及密封设计不合理造成的。

这一点上，不仅是国内生产的高加或是国外生产的高加都有此缺陷。

四、上述原因的防止措施：

1、管子端口漏泄防止措施：

管子制造质量要好，管板要有足够的厚度，检修要有正确的堵管工艺。

2、管子本身漏泄的防止措施：

蒸汽冷却段出口蒸汽要有足够的剩余过热度28~41℃，防止闪蒸。

避免低水位或无水位运行。

防止疏水调节阀开度过大，一旦发现漏泄，应及早停用检修，防止继发性冲蚀损环。

入口管段侵蚀防止参数：

给水PH值9.2~9.6，含氧量小于7ppb，水温（低于160℃腐蚀最厉害）大于230℃，流速低于1.6m/s。

3、汽侧与水侧阀门防止措施：

选用正确的阀门，选用工艺质量好的、材质好的阀门。

4、水侧短路的防止措施：

急待改进设计方面的问题如管板厚度、形状、密封、对应力情况的承受能力等。

★以下是其他有关高加故障方面的问题：

五、系统设计方面的原因

1、管道布置方面的原因：

由于系统布置的不合理，造成疏水倒流或汽水两相流动，高加管路系统发生振动在电厂中普遍存在；由于汽水的冲刷造成管路泄漏、振动，引起高加疏水管路发生破裂，造成不必要的人身伤亡和设备损坏事故屡有发生。

2、高加疏水系统设计安装不良

高加疏水系统的运行工况比较复杂对疏水系统的设计安装质量要求十分严格，稍有不慎就会引起疏水管路振动（举例）其主要原因是悬吊架布置不合理，管路系统刚度不够，在高加启停交变膨胀收缩的影响，从而造成管路系统振动。

高参数疏水调整门布置对疏水管路振动也有很大的影响。

一般高加疏水调整门布置在高加出口，但也有少数电厂高加疏水调整门除氧器进口运行中经常发生振动从而造成疏水调整门的损坏，应将调整门尽量安装在较低的部位

在我国由于疏水调整门的设计制造等方面的原因，很难保证高加的正常运行，当疏水调整门故障时有时处于全开的状态，使高加的水位难以维持经过高加疏水系统是汽水混合物，从而造成高加疏水系统振动。

3、自动装置方面的原因（没有太多的有关资料）

4、设备方面的原因

如：

设备制造方面，疏水装置，阀门，自动控制装置等，（在上面已有过说明）

5、设备选择材料方面的原因

由于材料选择上的原因引起高加密封面出现泄漏，影响到高加的投入运行的实例很多，早期投产的高加设计、制造时，对高加法兰平面螺栓和拉筋材质选用不当，高加在长期启停运用中，螺栓受交变应力影响变形，也就是说满负荷时，螺栓受温较高，螺栓是紧的，当负荷低时，抽汽量减少，高加温度下降，螺栓的收缩量较高加法兰体收缩变化量来的迟缓，螺栓松动，从而造成法兰密封面泄漏。

法兰密封垫的选择对泄漏也有很大影响，早期常用的有高压纸柏，但随着机组的频繁调峰，高加热交变应力次数增多，高加纸柏的使用寿命受到影响。

目前各厂所用的高加法兰密封垫也不相同。

六、检修方面的原因

检修工艺质量的不完善，引起高压加热器不能长周期运行，堵管焊口焊接质量要提高防止堵管后焊口泄漏。

目前消除加热器泄漏的方法是用圆锥堵头堵塞，然后用电焊或氩弧焊焊接，对已堵塞的管头裂纹可以用电焊重新烧焊。

加热器管子的堵闷一般不应该超过全部管束的10%，否则应更换整台加热器的管束。

对于高参数的高加钢管泄漏，有些电厂烧焊漏管的同时，把漏管四周的管束也进行烧焊，这种检修方法应该慎重，必须确认漏管泄漏量较大，对四周的管束冲蚀严重时，再烧焊，否则会大大降低高加的使用寿命。

应采取的措施：

定期对高加的热交换管进行检查，以确定管子的泄漏，冲刷减薄情况，并根据管子的状况及时采取措施，保证高加的长期安全、稳定运行。

七、运行方面的高加启停操作和运行监督

（一）高加的工作环境与起停操作

对于大容量机组高加的工作温度一般为250~480℃，压力在32~220bar之间。

由于高加的工作温度、压力较高，所以高压加热器在启动停止过程中，要承受冲击热应力，由于启停时工况的变化较大，温差变化较快，使加热器骤冷或骤热。

温升率和温降率是以给水温度升、降的差值，除以考核时间（分钟），所得的商来表示的。

值得注意的是，在高加启、停过程中，温度的变化往往是不均匀的。

为防止热应力的影响，应该保证在整个启、停过程中任何时刻的温度变化率均不超过规定值。

在电厂运行中要对此做出考核和评价。

有的发电厂对高加给水温度的变化重视不够，由于有些运行人员操作水平低，技术素质差，工作责任心不够，在实际启、停高加时，不严格执行规程，起、停高加的速度很快。

如：

投高加时水侧注水完毕，水侧通水后，三个高加的进汽门即同时开启，给水温度上升很快，最大时达到21~25℃/min。

停高加时也有类似情况。

高压加热器由于运行的操作不当，而引起的泄漏和振动等事故在全国有很多，高加启停应严格按操作规程执行，以保证高加在任何情况下，高加承受较好的温差影响。

1、运行中高加的起停：

主机运行中，高加的起停操作，要使温变率合格，只有“慢”，高加在启用时，应先用蒸汽或给水对高加进行“暖器”。

应微开进汽门，对高加进行预热，以防止温差过大引起密封面泄漏，禁止在任何情况下关水不关汽。

特别对于母管制的给水系统，有些运行人员在高加停用后，仅把抽汽关闭，而不关进出水门，造成高加快速冷却，从而使高加温差过大，引起密封面泄漏。

另外当机组突然甩负荷自动切断高加进汽阀时，也应关闭高加进出水门，让高加自然冷却，待机组恢复后，再按规定高用高加。

正常运行中启停时温度应力的控制：

严格控制高加的温升速率、温降速率，防止高加管子、管板、隔板受到过大的热应力作用而发生变形甚至破坏。

根据试验给水温度变化率增大时，高加寿命急剧缩短。

所以各制造厂对高加温度变化率都有限制值温升速度限制在1.85~5℃／min之间，温降速度限制在1.85~2℃／min之间，这就对运行提出了很高的要求。

同时要控制给水含氧量和PH值在规定范围内，防止管子发生腐蚀。

2、随机启停

高加随主机滑起、滑停：

主机滑起，就是在主机转子冲动前，即向高加注水检漏，合格后，将给水通入高加，随给水温度的升高而使高加升温。

主机冲转前，高加进汽门、抽汽管道上的主机疏水阀、高加汽侧排空气门等也都是打开的，随主机的升速，进入高加的抽汽压力、抽汽量及抽汽温度逐渐上升，高加的温度也逐渐上升。

有的发电厂不象上述的随主机滑起，而是在主机并网后负荷达20~30MW时才投运高加。

这样不如完全随主机滑起好，但在比主机高负荷时才投高加要好的多。

在高加的起停过程中，要注意抽汽对主机胀差的影响。

高加随机滑停，就是在主机停运时，使高加的温度随主机的负荷下降，抽汽和给水温度逐渐下降而下降。

由于主机负荷下降，各个高加之间的汽压差减小，疏水可能不畅，应把疏水倒入扩容器，主机停止转动时，高加也相应停运，关闭抽汽门后，关闭水侧进出水门，打开排水阀。

启停过程中，高加水位的控制受多方面原因的影响，如何控制好水位是保证高加安全稳定运行，对延长高加的使用寿命有着很大的意义，为此应该引起运行工作人员的高度重视。

（二）、正常运行中的维护和监督（各设备的正常运行参数，化学，仪表等）

A、高加运行中的参数监督

正常运行中对高加各参数监视有重大意义，只有通过认真的监视分析才能找出隐含的各种危险点。

1、监视水温

高加的出水温度、进出水温差、给水端差，疏水端差是判断高加运行是否正常的重要依据。

在主机的各个负荷工况下，主机运行参数正常时各有一定的正常数值。

比较运行数值和正常数值，就可以对高加是否正常做出判断。

2、监视水量

高加的进水量超过设计的额定水量，就是高加水侧过负荷。

有两种原因：

一种原因是汽轮机热耗增加，大于设计值使汽轮机在额定满负荷或接近额定满负荷时给水流量超过设计值；另一种原因是发电厂的厂用汽量、锅炉排污量以及汽水损耗量大大增加以至给水量超过设计值。

这种水侧过负荷会引起：

（1）汽侧过负荷，蒸汽流量增加超过设计额定值，引起管束振动而使加热器损坏。

（2）给水流速增加，对管子的冲刷力就增加，常导致加热器内部管系的管口和管子受到侵蚀损坏。

B、运行维护方面：

（1）、控制壳侧水位，避免低水位和无水位运行，可减少疏水冷段内出现闪蒸和汽水两相流的可能性。

（2）、一旦发现管束泄漏，应及早停用检修，防止发生冲刷破坏。

（3）、确定管束损坏部位，分析损坏原因。

（4）、保证放空气系统的正常工作。

（三）、故障情况下的停运（危险工况）

高加在故障、紧急停机情况下，以及高加本身故障（水位高）引起高加自动解除情况下，都属于高加的危险工况。

遇到危险工况时高加应紧急解除：

应迅速关闭进汽、进出水门，水侧走旁路，打开排水阀门。

（四）、运行中加热器水位的控制

运行中加热器水位控制的一般方法及自动控制系统的维护，维持高加汽侧正常疏水水位是高加性能的基本条件，是高加安全，经济运行的根本保证。

但是高加水位影响因素较多，其水位指示并不代表高加内部的真实水位，在高加运行中由于能量转换效应的影响，高加内部真实水位要低于外侧指示水位，同时在各种工况下，高加内外水位差值也有区别，而且同一型号的机组，高加水位布置方式不同其高加最佳水位也不同，（举例说明）疏水管路系统，发生强烈振动，但适当关小疏水调整门，提高高加水位，管路系统振动消除，这就说明疏水水位偏低时，经过疏水调整门进入疏水系统的不是疏水而是汽水两相物，从而造成管路振动。

高加最佳疏水水位是保证疏水系统不振动，热交换效果最好的水位。

由于水位影响因素较多制造厂说明书和运行规程规定的水位不一定是最佳的疏水水位最佳的疏水水位是通过试验的方法来确定的。

（五）、异常水位原因及危害

发生异常水位的原因一方面是由于运行控制方面：

监督不利，调节不当造成的；另一方面是由水位计安装不当造成假水位、低水位、无水位等现象。

异常水位的危害：

高加的低水位和无水位运行对高加安全运行的影响十分重大，高水位不仅影响传热效果、机组的热经济性，而且影响机组的安全性；高加低水位或无水位运行加快了蒸汽对高加的冲蚀，易引起疏水闪蒸，直接影响到高加的使用寿命。

（是否需要详细解释？

）为了保持高加运行方面的安全性，而保持低水位或无水位运行。

这就是高加低水位的危害是必须纠正的错误观点。

低水位造成疏水闪蒸原因、危害、措施：

1、疏水闪蒸：

是指当局部疏水温度比相对于疏水压力的饱和温度高时所发生的剧烈汽化现象。

这种闪蒸现象引起汽水两相共流，对加热器传热管件和壳体内附件的危害极大，不但会引起疏水流动不稳定，而且会引起管系振动和冲刷侵蚀。

出现这种现象原因和容易发生的部位如下：

（1）、由于疏水流速大（如疏水量突然增大），经过疏水冷却器或疏水管道时，其压力下降较大，即相应的饱和温度大幅度下降，使得疏水温度高于饱和温度而出现闪蒸。

（2）、疏水流速虽正常，但在疏水冷却器入口处，由于设计不合理，局部压力损失过大（例如疏水进入传热管管束处、传热管通过的窗状通道处等），致使疏水温度高于相应压力下的饱和温度。

（3）、加热器水位控制不好，水位过低，蒸汽进入疏水冷却段或疏水冷却器，这一方面会使流动压损增大，另外，进入疏水冷却段的蒸汽使疏水的冷却效果降低，使疏水进一步汽化。

（4）、疏水冷却段或疏水冷却器管子本身传热效率降低或特殊原因（如包壳渗漏、金属壁导热等）使疏水温度升高。

（5）、在疏水管道中，弯头、三通、阀门等元件会造成一定的压降，垂直上升的管段也会造成其中流体压力的下降。

因次在疏水过冷度不足的情况下，很容易在阀门、弯头或垂直管段后出现闪蒸。

2、不闪蒸的条件是疏水实际温度降低比其饱和温度降低快。

3、水位限制：

壳侧水位过高，多淹没了一部分有效传热面积，给水在加热器中的吸热量就会减少，也就降低了给水的温升值，从而降低了回热循环的热效率和热经济性。

水位过低，不能浸没内置式疏水冷却段的疏水入口，蒸汽就会进入疏水冷却段，会形成汽水两相流动，影响疏水冷却段内部的传热过程。

在无水位运行的情况下，抽汽压力较高的一级加热器中的蒸汽就会通过疏水管道进入下一级抽汽压力较低的加热器，取代部分参数较低的加热用蒸汽，从而也使回热循环的整体热经济性降低。

（六）、高加出水温度降低的原因分析及处理

1、高加管束、管板泄漏引起给水温度降低

2、疏水装置故障引起高加出水温度降低

3、高加水侧旁路门关不严引起给水温度降低

4、抽汽量减少和进口水温降低引起高加出水温度降低

八、高压加热器涡流检验结果及缺陷分析

从缺陷管在管板上的位置看高压加热器交换管壁厚减薄或泄漏几乎都发生在上部靠近管板边缘的位置，且分布在原来由于泄漏而堵管子的周围。

从缺陷在管子上的位置来看，大部分位于管口向内1.9~2.2m处,对照高加结构图纸确定管子在蒸汽冷却段蒸汽入口处壁厚减薄或泄漏。

即主要是高温蒸汽的冲刷作用所致。

高温蒸汽进入高加冲刷热交换管从而使其壁厚减薄，管子减薄到一定程度，在管内很高的水压（220bar）作用下,冲破管壁而发生破坏，使高加泄漏。

且高加管子泄漏之后，从管子中流出的高压水直接冲击邻近管子，造成邻近管子壁厚减薄甚至破坏，这也是管子分布在已堵管子周围的原因。

观察水室管口，在管板上管口位置有较多暗红色锈和黑色的垢，这说明炉给水水质存在一定的问题。

热交换管子的材料由于给水水质较差，发生氧化、腐蚀，使管子减薄，容易造成管子材料失效。

因此给水水质原因造成的腐蚀也是高加热交换管产生缺陷的一个原因。

蒸汽冷却段由于蒸汽的冲刷作用及高加运行过程的振动，有的隔板已发生变形或破坏，使得高温蒸汽直接冲刷热交换管，使管子破坏。

此外某些管子已经形变、弯曲，这是由于高加启动、停止时的温升率过大，超过规定，使高加管子隔板受到较大的热应力而变形所致。

高加泄漏的原因是复杂的，多方面的，这主要与高加的运行工况有关，诸如汽蚀、压力、起停次数、工况环境及不确定因素等。