某型高加的失效原因及分析

李 晴

(上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機(jī)廠，上海 200090)

0 概 述

在某型350 MW機(jī)組中，布置有3臺(tái)高壓加熱器(簡(jiǎn)稱高加)，均為單列臥式表面換熱管管板式結(jié)構(gòu)，高加由蒸汽冷卻段、凝結(jié)段、疏水冷卻段組成，殼程介質(zhì)為蒸汽，管程介質(zhì)為水。高加投運(yùn)不滿10年，多次發(fā)生了泄漏。特別是3號(hào)高加的下端差異常，無(wú)法建立疏水水位，疏水端差DCA為20℃，影響了高加的正常運(yùn)行。為了查明高加泄漏原因，決定讓3號(hào)高加返廠進(jìn)行檢查。以期查明泄漏原因，為今后的設(shè)計(jì)制造及安裝提供參考，避免類似情況的重復(fù)發(fā)生。

1 高加安裝時(shí)間及運(yùn)行參數(shù)

高加制造完成后被運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間、安裝時(shí)間及投用時(shí)間，如表1所示。高加設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，如表2所示。

為了分析高加的失效原因，需將高加拆解。割開(kāi)短接筒身后，將殼體筒身抽出，并在短接的汽機(jī)側(cè)割開(kāi)檢測(cè)窗口，拆除了部分疏冷段包殼，對(duì)受損換熱管及疏冷段端板進(jìn)行取樣。

表1某機(jī)組高加的安裝及投運(yùn)時(shí)間(年.月)

高加編號(hào)運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝投用初始泄漏漏管數(shù)量/根1號(hào)高加2006.32006.62006.12未統(tǒng)計(jì)未統(tǒng)計(jì)2號(hào)高加2006.32006.62006.12未統(tǒng)計(jì)未統(tǒng)計(jì)3號(hào)高加2006.32006.62006.122010.224

注：漏管數(shù)量中的24根，含保護(hù)性堵管數(shù)，堵管率為2.06%。

表2某機(jī)組高加THA工況時(shí)運(yùn)行參數(shù)

加熱器編號(hào)1號(hào)高加2號(hào)高加3號(hào)高加管側(cè)設(shè)計(jì)壓力/ MPa28.0528.0528.05管側(cè)設(shè)計(jì)溫度/℃295265215給水進(jìn)口壓力/ MPa～16.7～16.7～16.7給水進(jìn)、出口溫度/℃241.3/274.6201.2/241.3175.8/201.2殼側(cè)設(shè)計(jì)壓力/ MPa7.854.812.07殼側(cè)設(shè)計(jì)溫度/℃420/295360/265470/215抽汽進(jìn)口壓力/MPa5.76733.42771.5939抽汽進(jìn)口溫度/℃384.7318.0440.3

高加堵管的分布情況，如見(jiàn)圖1所示。堵管區(qū)域主要集中在蒸汽冷卻段和疏水冷卻段。

圖1 在管板端面堵管的分布位置

2 解剖蒸汽冷卻段

在短接的蒸冷段汽機(jī)側(cè)區(qū)域進(jìn)行開(kāi)窗檢測(cè)，尋獲了較為集中的爆管區(qū)。短接上的開(kāi)窗位置，如圖2所示。經(jīng)檢查，在蒸冷段內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了受損的外包殼、爆管的換熱管及遺落的堵頭。蒸冷段的損壞情況，如圖3所示。隨后，對(duì)已爆管的7根換熱管及內(nèi)外包殼受損處進(jìn)行取樣，發(fā)現(xiàn)換熱管表面有深淺不同的劃痕，可能是有異物進(jìn)入該區(qū)域造成的劃痕。

圖2 短接上的開(kāi)窗位置

圖3 蒸汽冷區(qū)段損壞情況

3 解剖疏水冷卻段

高加管束的剖面圖，如圖4所示。在圖4的換熱管取樣位置，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的換熱管有爆管現(xiàn)象，但未見(jiàn)換熱管表面有異物及劃痕，經(jīng)分析，可能因查漏、堵漏不及時(shí)，在爆管周圍的換熱管也被損壞。隨后對(duì)爆管區(qū)換熱管進(jìn)行取樣，發(fā)現(xiàn)換熱管壁厚有不同程度的減薄。進(jìn)一步打開(kāi)疏冷段包殼后，發(fā)現(xiàn)疏冷段包殼內(nèi)部的換熱管完好。爆管區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)圖片，如圖5所示。

圖4 管束剖面圖

圖5 疏冷段爆管區(qū)域

4 原因分析

4.1 蒸冷段換熱管的失效原因

蒸冷段內(nèi)換熱管的爆管區(qū)較為集中，其中1根換熱管完全斷裂，其余換熱管的破口圍繞該管子分布，包殼破口位置與換熱管斷裂位置相對(duì)應(yīng)，在換熱管斷口附近的外表面，發(fā)現(xiàn)了多處較深的劃痕。由此判斷，在蒸汽管道內(nèi)存有異物，極有可能是抽汽管道逆止閥的不銹鋼纏繞墊片的碎片，掉入了蒸汽管道。當(dāng)高加投運(yùn)時(shí)，碎片隨蒸汽進(jìn)入高加蒸冷段，并遺留在換熱管的間隙中。隨著高加運(yùn)行時(shí)汽流的振動(dòng)，碎片割傷某根換熱管，因而產(chǎn)生了爆管。因?yàn)槲醇皶r(shí)發(fā)現(xiàn)某根換熱管已泄漏，所以，泄漏管周圍的換熱管受到了沖擊，繼而發(fā)生周圍換熱管的斷管，造成蒸冷段的內(nèi)外包殼被相繼擊穿。電廠在6個(gè)月內(nèi)，先后3次堵漏才處置完畢，但在蒸冷段的外包殼上已有孔洞，使未經(jīng)冷卻的過(guò)熱蒸汽外溢，且流速偏大，沖擊了疏冷段入口區(qū)域的管束，并引起了疏冷段的水位波動(dòng)。

4.2 疏冷段換熱管的失效原因

疏冷段換熱管的破壞區(qū)，集中在疏冷段端板內(nèi)排的管孔附近，換熱管疑似被腐蝕或沖刷減薄。根據(jù)腐蝕原理可知，在一定溫度及酸堿度的情況下，鐵首先被腐蝕生成軟性的氫氧化亞鐵，然后氧化生成組織堅(jiān)硬的四氧化三鐵。當(dāng)溫度低于200℃時(shí)，這種轉(zhuǎn)化過(guò)程很緩慢。由于3號(hào)高加給水的進(jìn)出口溫度，均低于200℃，換熱管在未形成較硬的四氧化三鐵前，軟性的氫氧化亞鐵就已被給水沖走，引起換熱管壁厚的減薄，最終發(fā)生損壞。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)高加的換熱管普遍采用碳鋼材質(zhì)，碳鋼在高于200℃時(shí)，耐腐蝕性能良好，但3號(hào)高加的給水溫度普遍低于200℃，因此，3號(hào)高加極易發(fā)生沖蝕現(xiàn)象。運(yùn)行時(shí)，應(yīng)控制給水的pH值在9.5左右，給水的含氧量不超過(guò)7μg/L，可有效地降低換熱管的腐蝕速率。同時(shí)，在高加抽氣管的逆止門上，不建議采用不銹鋼纏繞墊片。據(jù)統(tǒng)計(jì)，最近發(fā)生了多起不銹鋼纏繞墊片碎裂的事件，碎片從抽氣管道進(jìn)入高加管束，引起了換熱管泄漏。