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电建技术|高压加热器运行常见问题及对策


疏水对高加的影响


高加疏水调节系统不稳定,当疏水调节阀开度过大,加热器出现低水位或者无水位时,上一级高加蒸汽通过疏水管道直接进入下一级高加汽侧,从而降低回热效率,破坏各加热器间的正常参数关系;同时蒸汽在疏水管道内造成汽液两相流会严重冲刷疏水管道,并产生振动,特别是对于疏水管弯头及疏水调节阀损害较大。
当疏水调节阀开度过小或者关闭不严,将导致加热器水位升高,从而加热器高水位运行,因减少了换热面积,使加热器出口水的温度降低。

 

加热器疏水管道振动异常案例

设备介绍

某电厂加热器采用逐级疏水,3号高加加热器后疏水进入除氧器。各高加危急疏水直接排入汽轮机本体疏水扩容器。

事件经过

1号机组大修后,发现1号高加至2号高加疏水管道发生明显晃动,为了彻底查询管道振动的原因,采取有效解决措施,进行1号高加水位变动试验。数据如下表:

 

 

原因分析

通过对1号高加水位变动试验数据分析:1号高加水位低于450mm(CRT显示)时,下端温度差均高于规定的5.6度,高加水位从454mm下降到415过程中,疏水调节阀开度从40%一直增大到72.4%,期间机组负荷无变化,随着疏水阀门开度加大,高加水位并未响应下降,但逐渐出现了疏水管道振动,认为随着疏水阀门开度加大,大部分蒸汽进入疏水管道引起疏水管道温度升高,同时疏水管道内蒸汽与水两相流的存在,使管道发生晃动。

整改措施

1.将1号高加水位设定从435mm修改为450mm,避免过度疏水,防止低水位运行发生的疏水管道振动和下端差增大。
2.检修期间,对1号高加内部进行检查。

 

汽水冲蚀对高加的影响

高加的管束工作条件恶劣,管束的外壁受到汽、水两相流的冲刷。由于是两相流,蒸汽携带水滴撞击外壁,长期运行使管壁变薄,并在管束内部高压给水的作用下发生爆裂。这种情况多发生在内置式的过热蒸汽冷却段、疏水冷却段和上级疏水进口处。

1. 对于大容量的机组,高加大都设计成内置式的过热蒸汽冷却段。在高加过热蒸汽冷却段的出口要求仍要有一定的过热度,一般要求在30度~50度。如果设计的换热系数偏小,在变工况运行时,使出口的过热度变小甚至变为湿蒸汽,那么在过热蒸汽冷却段的末端和凝结段的入口就难免要发生两相流冲蚀。

2. 当疏水调节阀故障、调节不好或变负荷运行时,易造成低水位或无水位运行,这时会有汽水同时流入疏水冷却段,使流速增大,加剧冲刷管子外壁。

3. 上级疏水在流入进口处,因为压力降低,会有部分疏水水发生汽化,形成汽、水两相流,如果疏水挡板安装不牢或是挡板的面积偏小,将加剧对附近管束的冲蚀。

 

高加疏水管爆裂异常事件分析

事件描述

值班人员在汽机房听到爆响,现场发现有大量汽水。降负荷后发现2号高加和3号高加正常疏水阀门处泄漏,及时隔绝高压加热器,后发现该正常疏水阀门后管道爆破性撕裂。

原因分析

得知设备运行参数:温度230度,压力2MPa;从爆破处看,管道上部管壁明显减薄,分析原因如下:
管道壁厚没有达到原始设计壁厚。管道材质20号钢,设计规格为外径219mm,壁厚7mm。但是现场焊口部位没有发现磨损,同时厚度为6.5mm,达不到设计厚度。
汽蚀造成壁厚减薄。疏水阀门直径100mm,阀门后直径变为200mm,扩容量大。阀门前压力3.7MPa(即2号高加汽侧压力),阀门后压力1.7MPa(即3号高加汽侧压力),疏水阀门前后压差大,加上疏水温度较高,疏水经过疏水阀门后发生闪蒸汽化,产生两相流,冲蚀疏水管道内壁。

整改措施

更换破损管道。使用材质20G,管道壁厚加至10mm,提高管道可靠性。
加大机组其他高加疏水管道的检查,主要是测定管道壁厚,防止类似事件。

高加管束端口泄漏原因

热应力过大

高加在启停过程中的温升率、降温率超过规定,使高加的管子和管板受到较大的热应力,导致管子和管板相连接的焊缝或胀接处发生损坏,引起端口泄漏。另外,调峰时负荷变化速度太快或因故障导致加热器突然停止运行时,如果汽侧停止供汽过快或者汽侧停止供汽后水侧仍然继续进入给水,因管子管壁薄,收缩快,管板厚,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℃/min,比温升率允许值2℃~5℃/min要严格的原因。

管板变形

管子与管板相连,管板变形会使管子的端口发生泄漏。高加管板水侧压力高、温度低,汽侧则压力低、温度高,尤其有内置式疏水冷却段的加热器,温差更大。如果管板的厚度不够强度不足,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的变化,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泄漏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。

堵管工艺不当和焊接缺陷

一般常用锥形塞焊接堵管。打入锥形塞时用力要适度;捶击力量太大,引起管孔变形,影响邻近管子与管板连接处,会造成损坏而使之出现新的泄漏。应遵循严格的堵管工艺。
高加的管板材质是合金钢,高加的管子材质是低碳钢,焊接前需要在管板上堆焊一层低碳钢;往往由于堆焊技术不过关,以致留有焊接缺陷。

高加管子本身泄漏原因

汽水冲刷侵蚀

汽水冲蚀是管子发生泄漏的重要原因一般分两种情况:

1. 汽水两相流冲刷管子,使其变薄。

汽水两相流产生的原因主要有:


加热器疏水水位过低或者无水位、疏水温度高于设计值、疏水流动阻力大、或者抽气压力突然降低,这些原因使疏水发生闪蒸汽化,疏水进入下一级加热器时就带有蒸汽,冲刷加热器管。
过热蒸汽冷却段出口蒸汽达不到设计要求的过热度,从而在后面管束段部分发生冷凝产生水。
高加某个管束发生泄漏,高压给水从泄漏处以极大的速度冲刷管子或者隔板。

2. 蒸汽或者疏水的直接冲刷。

主要由于:防冲板失效或者设计不合理,失去防冲刷保护作用;防冲板面积不够大,水滴随高速气流运动,冲刷防冲板以外的管束;由于某种原因,使入口处的汽流速度过快,加速汽流对管束的冲刷
汽水冲蚀失效案例,已经在前面一期讲过,此处不再重复,具体点击查看原文。

管子振动

给水温度过低或机组超负荷等情况下,通过加热器管子间蒸汽流量和流速超过设计值较多时,具有一定弹性的管束在壳侧流体扰动力的作用下会产生振动,当激振力的频率与管束自然振动频率或其倍数相吻合时,将引起管束共振,使振幅大大的增加,导致管子与管板的连接处受到反复作用力造成管束损坏,管束振动损坏的机理一般有:
①由于振动而使管子或管子与管板连接处的应力超过材料的疲劳持久极限,使管子疲劳断裂;②振动的管子在支撑隔板的管孔中与隔板金属发生摩擦,使管壁变薄,最后导致破裂;③当振动幅度较大时,在跨度的中间位置相邻的管子会相互摩擦,使管子磨损或疲劳断裂机组停运时,应检查高加是否泄漏,并想办法消除。对于端口泄漏,应刮去原有焊缝金属再进行补焊,并进行适当的热处理,消除热应力。

超压爆管

引起高加水侧压力过高的因素有:一是对配用定速驱动给水泵的系统,如果只根据正常运行时的给水压力来确定加热器水侧的设计压力,那么启动过程中或低负荷运行时,由于锅炉给水调节门开度较小,给水流量减小,给水泵出口压力增大,可能使管束承受超过设计值的给水压力而发生爆管。运行中负荷突降或紧急停炉,熄火后常常发生这种情况。二是在机组运行中高加因故停用时,如果给水进出口阀门关闭严密,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,会使管束的给水压力大幅度上升。高加水侧压力过高,水侧又未安装安全门时,过高的压力会使管子鼓胀而变粗开裂。

 

管束腐蚀

给水溶氧量和PH值超标会严重腐蚀高加管束,同时机组停运后要对高加进行必要的防腐工作,其内部残留的水分和气体均对管束产生腐蚀。

管束材质与工艺缺陷

管子材质不良,管壁厚薄不均,组装前管子有缺陷,胀口处过胀,管子外侧有拉损伤痕等,在加热器遇到异常工况时,会导致管子大量损坏。换热U型管子管壁过薄,是结构上造成泄漏的根本原因。

 

 

 

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日期:2016-8-30 阅读:1376次
 
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