高压加热器运行中存在问题分析

摘要

高压加热器是给水回热系统的重要设备，其性能和运行的可靠性直接影响机组的经济性和安全性。

本文首先阐述了给水高压加热器在火电厂中的重要作用，简单介绍了高压加热器的结构和工作原理，对高压加热器在运行中暴露的问题进行的深入分析，结合高压加热器的结构和系统的布置介绍了高加本体、附件及系统的常见故障，并介绍了高加设备及系统故障诊断方法和具体措施。指出了高加泄漏及疏水管振动对机组经济性安全性的影响，详细介绍了高加泄漏和疏水管振动的原因、危害、及处理措施。分析了高加运行中存在的问题对给水温度的影响，阐述了高加运行对温度变化控制及疏水水位控制的重要性。

本文最后从高加启停方式、高加自动保护、高加疏水系统改造、高加运行中的监视和运行方式的改变及高加的维护检修五个方面提出了高加优化运行的措施。

关键词：高压加热器；故障诊断；优化运行

2.1.3疏水器故障引起加热器出水温度降低

疏水器故障分两种情况:其一是疏水器排不出水，使加热器水位升高或满水，汽水热交换面积减少，出水温度降低。出现这种情况时必须立即开启疏水器旁门，停用疏水器，必要时手动开启危急疏水门。停用后的疏水器应及时检修。另一种情况是加热器运行中疏水器处常开启状态，起不到疏水作用，这时除加热器出水温度降低外，较明显的特征是水位计无水位运行。

2.1.4抽汽量减少和进口水温降低引起高加出水温度降低

加热器抽汽量减少主要是机组负荷减少，单向门卡涩和抽汽进口汽阀卡涩，开度不足，使高加加热量减少而引起出水温度降低。此外，加热器空气管路的孔眼过大，引起排汽携带部分抽汽进入低一级加热器中，给水吸收的热量减少，此种情况可以比较两级加热器出水温度变化值进行诊断。高加进口水温较低引起出口水温降低的原因主要是低一级加热器管束破裂，旁路门关闭不严，疏水器的故障和加热器停用等，处理方法同前。

2.2 高加疏水管振动的原因分析及处理

2.2.1 高加疏水管振动的原因分析

1. 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振动，如马鞍山电厂2台125机组投产时高加疏水管时就发生强烈振动，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，后经增加悬吊架，加固加强管路支架，使高加疏水管振动显著下降。

高参数高加疏水调整门布置位置对疏水管路振动也有很大的影响。一般高加疏水调整门都布置在高加出口，但也有少数电厂高加疏水调整门布置在其它部位的，如:马鞍山电厂高加疏水调整门布置在15米层的除氧器进口，运行中经常发生振动从而造成疏水调整门的损坏，95年大修将疏水调整门改在0米层的高加出口处，运行后振动显著下降。

2.疏水器或疏水调整门故障引起高加疏水管振动

中低压机组高加都配置疏水器，当疏水器故障时，疏水器不能自动调节，高加无水位运行，经过高加疏水管的不是疏水而是汽水两相物，从而造成疏水管振动。

高压机组的高加都不采用疏水器，而是靠疏水调整门来调节内部水位的。但我国的高加疏水调整门由于设计和制造方面的原因，在实际运行很难保证正常运行，当疏水调整门故障时，疏水调整门几乎处于全开状态，使高加难以维持水位，经过高加疏水系统是汽水混合物，从而造成疏水系统振动。

3.高加疏水水位对系统振动的影响

维持高加汽侧的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加热器内部的真实水位。在高加的运行中，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，高加疏水布置方式不同，其高加最佳水位也不相同，如:马鞍山电厂125机组高加为例，当高加疏水位在320mm时，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，这就说明高加疏水水位偏低时，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。

高加最佳的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。

2.2.2 解决疏水管振动的处理措施

1.使高加疏水有一定的过冷度

300MW机组的高压加热器按其换热阶段设置为三部分；内置蒸汽冷却段、蒸汽凝结段、内置式疏水冷却段。在加热器的结构设计中必需对这三部分的换热面积进行合理的分配。才能使回热系统有较高的经济性。蒸汽冷却段面积的设定，一方面要达到最佳的换热效果，另一方面还要在蒸汽流出冷却段时有一定的过热度，避免蒸汽出口处产生湿蒸汽，使管束受到冲刷，降低加热器的使用寿命。凝结有足够的冷却面积，凝结所有从蒸汽冷却段来的蒸汽，该段也是高压加热器主要的换热区。疏水冷却段面积的设定，应使疏水流出加热器时有一定的过冷度，《高压加热器技术条件》GB10865—89中规定：设有内置式疏水冷却段的高压加热器其疏水端差不小于5.5 ℃。这样使有一定过冷度的疏水进入疏水管道，减少了疏水汽化形成两相流的可能性。

2.有效控制高加水位

高加应设置可靠的水位监测装置，除要设置高水位报警信号外，还应设置低水位报警，这不仅可以防止压力较高的蒸汽进入压力较低的高加或除氧器内造成超压，而且也可防止高加疏水管道中进入蒸汽形成两相流。

选择调节性能可靠的高加疏水调节阀很重要。高加的疏水水位的控制，主要是靠高加疏水调节阀的调节来完成的，该阀应具有良好的开度及流量的线性关系，阀门在最大最小流量间调节时，其开度应在80%一20%之间，并且该调节阀应为低压差阀门，以减少阀门的局部阻力。

在选择高加疏水调节阀的驱动方式时，应尽量采用电动执行机构若采用气动执行机构，应该尽量减少气源损失，避免由于气源损失而使调节阀控制信号滞后，而使高加疏水水位控制滞后，在低水位时，蒸汽进入疏水管道从而引起管道振动。

电厂中除氧器高位布置，有的布置在21m，有的布置在除氧煤仓问顶约40m，这使压力最低一级高加的疏水调节阀距汽源点较远，导致气源压力损失较大，调节阀控制信号滞后。在采用气动执行机构时，有些电厂为了解决气源压力损失太大带来的隐患，采用气电、电气转换来控制气动调节阀。

许多高压加热器的疏水接口是采用虹吸管结构形式，为了防止由于加热器的疏水水位波动而使虹吸口露出水面，蒸汽进入疏水管道，加热器生产厂在设计时

应加长虹吸管插入疏水中的深度，防止这种现象的发生。

另外在运行初期的调试过程中应建立高加疏水调节阀开度和机组负荷的关系血线，利用该血线可以监督和分析高加在运行中可能出现的异常情况，如疏水调节阀发生卡涩、冲蚀、结垢、阀芯脱落等并随着运行时间的延长，由于调节阀冲蚀或结垢使调节性能发生变化，血线应在不断地运行过程中进行修正，提高调节质量

3.合理布置疏水管道

为了减少流动阻力，应注意高加疏水管道流速的选取。《高压加热器技术条件》GB10865—89中规定：疏水出口管内的水速不应大于1.2m/s，当疏水为饱和疏水且水位不受控制时，其疏水管内水速不应大于0.6m/s。

高加疏水调节阀的安装应靠近下一级加热器的疏水入口，阀门管道应尽量短而直，以免由于调节阀的局部阻力使疏水中产生两相流，引起管道振动。

高加的布置应充分考虑使疏水管道流程简捷，减少管道的阻力管道布置时在满足管系应力要求的前提下不宜太柔，管系支吊架设置应尽量多采用支架型式，在适当的位置设固定支架、导向支架或限位装置。

由于除氧器布置位置较高，最低一级高加的疏水至除氧器的管道应避免倒u 形布置方式，这种布置方式在u形的顶部容易形成汽体聚集区，汽体无法排出，引起管道振动。

2.3高加泄露对机组的影响

2.3.1 高加泄漏的原因

1.高压加热器启动时产生的热应力过大

高压加热器位于给水泵和省煤器之间,当高压加热器投运时,高压加热器处于室温状态而给水泵供水温度高达221. 1～276.7 ℃,壳体、管束、管板等主要组成部件骤然受热,膨胀不均,热应力过大,导致加热器水室管板泄漏,钢管与管板焊缝泄漏。由于机组启停频繁,启停时高压加热器的温度变化率超出允许值,使管束与管板膨胀不均,从而产生一定的热应力,在这种应力的反复作用下,管束受到损伤和破坏。

2.启动时高压加热器振动

高压加热器启动时处于0.1 MPa 的大气压之下,而给水泵供水压力在21.4～24.5 MPa 之间给水电动门开启时间较短,当大量高温高压给水涌入高压加热器水侧时,空气不能及时排走,使高压加热器受水锤冲击而产生振动,加剧了对高压

加热器的损伤和破坏。另外高温高压的蒸汽在管外流动时,对管束产生横向和纵向冲刷,产生和加剧了高压加热器振动。因振动而使高压加热器泄漏的现象非常普遍。

3. 高压加热器疏水水位不稳定

高压加热器运行时,其水位热工测量信号与实际水位不一致,实际水位在要求范围内,而热工测量信号却反映偏高或偏低。当反映偏高时,事故疏水电动门开启,导致高压加热器低水位或无水位运行;当反映偏低时,事故疏水电动门关闭,致使高水位保护动作,事故疏水电动门自动开启。无论测量水位信号偏高或偏低均造成事故疏水电动门频繁开闭,使管束受到不应有的冲刷、振动和管板过热,加速管束损坏。另外,由于高压加热器危急疏水电动门关闭不严造成泄漏,不能保持合格的疏水水位致使管束

长时间受到汽水冲刷和管板过热。

4.管束漏水对周围管子的破坏

高压加热器内部的管束紧密而有序地排列在一起,由于水侧压力高于最大汽侧压力(4.8MPa) ,当管子损坏断裂时,高温高压水柱连续冲刷周围管子,形成大面积泄漏。另水柱连续冲刷周围管子,形成大面积泄漏。另外高压加热器内部的管束处于自由状态,当管子断裂时,在高速水流的作用下,管子断口自由摆动不断碰击周围管子,对周围管子形成一定破坏。

5.工作介质对管束的损伤和破坏

(1) 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。若蒸汽中含有一定水分,那么在蒸汽段内就会出现侵蚀损坏。蒸汽冷却段出口处附近的管束有更多的机会受到汽水侵蚀。疏水冷却段入口附近管束受汽水侵蚀的情况也较普遍。

(2) 管子给水入口端的侵蚀:损坏部位一般发生在管束的给水入口端约200 mm 的范围内。入口管端是侵蚀和腐蚀共同作用的过程,其原理为管壁金属在表面形成的氧化膜被高速紊流的给水破坏并带走。在这种连续不断的过程中,金属材料不断损失,最终导致管子破损,有的损坏面可扩大到管端焊缝甚至管板。

(3) 腐蚀:腐蚀损坏是高压加热器管束损坏的常见形式,分为以下8种情况:一般均匀腐蚀、电势腐蚀、间隙腐蚀、点蚀、金属晶间腐蚀、选择性浸析或分离、侵蚀腐蚀、应力腐蚀。

(4) 超压爆管:给水泵出口压力增大,可能使管束超过设计压力发生爆管,此情况

多发生在高压加热器启停时。

6.管束自振的损伤和破坏

管束振动是管壳式热交换器中普遍存在的一个问题。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的固有频率或其倍数相吻合时,就引起共振,使振幅大大增加,就会造成管束的破坏。振动损坏的形式:

(1) 振动使管子与管板连接处应力超过材料疲劳极限而断裂。

(2)振动使管子在支撑隔板的管孔中与隔板金属发生摩擦损坏。

(3)振幅较大时,在支承之间位置相邻的管子互相碰撞摩擦,使管子磨损或疲劳

断裂。

7. 检修工艺差

高压加热器在停机检修时,由于检修人员技术、责任心等多方面的原因,进行高压加热器查漏时不彻底,对于管口与管板胀口处细小的裂缝和裂开管子周围相邻的管子未作处理,特别是已断开管子周围相邻的管子已被高压加热器水流和断管碰撞损伤得十分严重,虽然没有泄漏,但承受热应力的能力已经很低。在高压加热器启动时,断裂管子周围相邻管子在承受压力和温度骤升时,形成泄漏隐患,发

生高压加热器检修后在投运过程中大面积的泄漏就是这一因素造成的。

结论

本文针对高压加热器偏离设计工况运行，给水温度达不到设计值的原因进行的详细分析，其原因是多方面的，要从设计、制造、安装、检修和运行维护以及机组具体工况各方面进行分析和处理，才能保证其达到经济合理的运行状态。本文通过对高加系统的运行状况分析，指出造成高加系统故障停运的原因主要有：高加内部管束泄漏、高加疏水系统泄漏、运行操作失误、高加热工控制系统工作不稳定等原因。并且针对上述原因，提出以下技改措施：高加投入或退出运行时应严格执行操作规程；对疏水系统进行改造，采用“汽液两相流自调节水位控制器”；运行人员要严格控制给水品质，以防水质不良造成腐蚀泄漏，热工自动调节要做好工作，使其能满足各种工况下的水位自动调节要求，保证调节性能良好，提高自动投入率；提高热工仪表保护的可靠性；加强高加停运时的维护检修。通过采取以上处理措施高加投入率会有较大的提高、给水温度达到设计值。提高了机组热效率和机组的安全性。

总之，高压加热器直接影响机组的经济性和安全性，一方面我们要在高加设计、制造、安装等方面进一步提高；另一方面我们要提高运行人员的操作水平。从而达到提高高加投运率，且使机组能够安全、稳定、经济运行。

本文在设计时由于时间仓促，只是对造成高加运行故障的主要原因进行了详细的分析并且提出了改善措施。但是由于设计者能力有限，难免有一些漏洞，希望各位老师指出错误，我将虚心地接受并加以改进

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