楊茂祝

(神華廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東臺山529228)

0 前言

神華廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司600MW亞臨界機組采用的3#高加是由上海動力設備有限公司設計和制造的臥式表面凝結型換熱器，型號為JG-1745-1-1;設計壓力:殼側為 2.07MPa，管側為27.5MPa，水壓試驗為殼側為 3.11MPa，管側為41.25MPa。該高加由過熱蒸汽冷卻段、蒸汽凝結段及疏水冷卻段3部分組成，臥式滾筒結構，疏水逐級自流，水位自動調節(jié)。為避免高溫蒸汽對管板及筒殼的熱沖擊，過熱蒸汽冷卻段用包殼板、套管和遮熱板密封。所有疏水與蒸汽入口處，均裝設沖擊板，以保護管束。

1 高加泄漏及超壓經(jīng)過

2011年6月以來持續(xù)的主要輔機設備狀態(tài)分析發(fā)現(xiàn)3#高加汽側內部存在汽流沖刷聲音，尤其疏水口處較為明顯。初步檢查水位、出水端差、壓力、溫度等各項參數(shù)正常，疏水端差亦無明顯偏差。邀請廠家現(xiàn)場查看分析并咨詢上海電站輔機廠技術部門，專家建議割開上級疏水管座，用內窺鏡檢查是否上級疏水擋板脫落。2012年1月5日發(fā)現(xiàn)給水流量增大約200t/h，A、B汽泵轉速升高，給水流量發(fā)生明顯增大。600MW負荷時3#高加正常疏水調閥已開到100%開度，同時伴有危急疏水調閥開啟現(xiàn)象。判斷3#高加鋼管存在泄漏。

夜間進行3#高加內漏檢查試驗，解除水位高保護，高加汽側退出后檢查3#高加水位穩(wěn)定在228mm。進一步檢查時因危急疏水調閥存在水位高閉鎖關閉無法操作，運行人員關閉了危急疏水調閥前電動門。5分鐘后，3#高加汽側壓力開始上漲，3#高加汽側殼體超壓，安全閥動作。超壓導致正常疏水調閥前電動門和危急疏水調閥前電動門均發(fā)生過力矩報警而無法打開。高加組水側主路緊急切至旁路，開2#高加正常疏水調閥，開2#、3#高加水側放水門放水泄壓。2小時后檢修開啟3#高加危急疏水調閥前電動門，高加汽側安全閥停止動作，汽側壓力顯示回落正?！，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)高加出口電動門閥體側面平衡管反向，導致高加組隔離后仍有高壓給水不斷竄入3#高加水側，通過帶壓堵漏，將平衡管夾扁處理。

高加組解列后對3#高加進行了全面檢查，結果如下:

(1)殼體金屬金相覆膜檢查無變化。

(2)高加汽側超壓造成殼體明顯脹粗變形，短接段、筒身、橢圓封頭減薄，筒體強度校核結果顯示超過塑性變形應力。

(3)過熱蒸汽冷卻段包殼與抽汽襯管角焊縫全部開裂，與隔板、筒體連接部位脫開。

(4)上級疏水防沖板與殼體4處連接焊縫開裂，防沖板與殼體固定壓塊脫開。

(5)疏水冷卻段包殼與殼體過渡的半環(huán)形擋板與筒體連接處焊縫開裂。

(6)管束隔板與殼體間隙增大，支撐強度降低。

(7)中部活動支承托板與筒身角焊縫拉裂，錯位痕跡約20mm。

(8)高加尾部活動支承托板與筒身角焊縫拉裂，錯位痕跡約5mm。

(9)金屬檢驗發(fā)現(xiàn)殼體、管座部分焊口存在裂紋缺陷。

(10)高加汽側打壓查漏確認3#高加進水室右上角(面向管板)5根鋼管泄漏。內窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)泄漏鋼管均斷裂，兩處斷口深度分別為0.45m和0.85m(距管板)。

2 高加泄漏原因分析

通過對3#高加鋼管泄漏檢查情況分析，原因主要有如下幾方面:

(1)安裝質量。3#高加鋼管數(shù)量眾多(2336根)，穿管過程中存在變形、應力，很多管子是靠強力推進去，裝配時引起擦傷、憋勁等。尤其疏冷段的鋼管與管板、隔板，因管壁受到擠壓減薄，外徑減小。內窺鏡檢查亦發(fā)現(xiàn)鋼管內壁存在明顯凹坑、劃痕、環(huán)狀缺陷，為管壁簿厚不均、定距隔板處收縮，承受擠壓應力導致。這些缺陷在鋼管運行一段時間后會導致管子損壞，在高加投運后因熱脹冷縮作用而發(fā)生泄漏。

(2)振動沖擊。鋼管在管板處存在環(huán)狀收縮缺陷，在疏水沖刷下，容易振動斷裂。鋼管與管板、隔板間存在間隙也加劇了管束的振動，加之斷管位置在高加疏水冷卻段出口，水流沖刷作用更為明顯。在水流沖擊作用下鋼管與管板不斷振動摩擦，長期運行后導致管壁局部減薄穿孔而發(fā)生鋼管泄漏。

通過渦流探傷檢測爆管附近相鄰管子并未發(fā)現(xiàn)管束大范圍減薄現(xiàn)象，結合內窺鏡檢查結果，參照高加內部結構圖紙核實爆管點位置，0.45m管子斷裂點在高加汽側疏水冷卻段靠近管板的第一塊隔板位置附近;0.86m管子斷裂點在管板汽側管孔出口附近。這兩處斷裂顯然互有關聯(lián)。其中一根鋼管爆裂后沖刷周邊管束，進而造成其他管子泄漏。斷口成因可能是因鋼管受水流沖擊后搖擺斷裂，該斷裂點屬局部現(xiàn)象。因此，3#高加鋼管泄漏主要受長期震動損傷所致，管子與管板、隔板間發(fā)生碰磨穿孔，泄漏后隨水流沖擊作用而斷裂。

(3)水位低。核實3#高加汽側液位計零位標高及筒體底邊標高，發(fā)現(xiàn)液位計零位高于筒體底邊110mm，就地液位計顯示60mm，換算后僅有170mm(以筒體底邊為基準)。查閱說明書、圖紙資料，3#高加標記正常水位為321mm(以筒體底邊為基準)，低水位283mm?？梢?#高加熱態(tài)水位存在偏差，實際運行水位遠低于正常值。

機組正常運行時，3#高加水位波動至允許最低水位以下，疏水管口部位露出液面，導致蒸汽進入疏水口部位，發(fā)生疏水兩相流動，這也是運行中高加內部異音的根本原因。疏水存在兩相流動造成疏水口處鋼管沖蝕變薄，同時加劇振動，鋼管與隔板碰磨穿孔而斷裂。

3 處理措施

3#高加汽側殼體超壓主要原因是運行人員擅自改變試驗方案，未執(zhí)行關閉危急疏水調閥驗證水位措施，而是關閉了危急疏水調閥前電動門。高加汽側超壓后電動門在高壓差作用下發(fā)過力矩報警無法打開，最終導致3#高加殼體超壓?？刹扇∫韵麓胧┻M行處理。

3.1 殼體檢查

高加汽側殼體超壓事故對高加整體損壞情況較嚴重，對高加換熱效率、水位控制、疏水端差、安全可靠性影響較大，需對高加各部件全面檢查處理。

(1)管座、殼體焊口裂紋缺陷修復，按照廠家焊接工藝挖補處理，探傷檢驗合格。

(2)對高危部位進行重點檢查，包括管口、管板焊縫檢查，疏水調閥開度、危急疏水調閥活動檢查，疏水管所有彎頭進行內外兩側測厚等，保證設備的可靠性。

(3)剩余筒體強度校核，重新報檢取證，由具備壓力容器檢驗資質單位評估出具可繼續(xù)使用的合法報告。

(4)降低襯管，與過熱蒸汽冷卻段包殼開裂焊口焊接修復。

(5)為防止上級沖板受沖擊振動脫落而砸損管束，對疏水防沖板間斷焊接固定，用角鐵進行固定補強。

(6)因位置受限，3#高加殼體內部裂縫、過熱蒸汽冷卻段包殼與殼體裂口、疏冷段與包殼裂縫、管束隔板與殼體間隙大、支撐強度降低等缺陷無法修復處理。經(jīng)評估，對3#高加疏水、水位、換熱效率略有影響，對安全運行影響不大，放行驗收。

3.2 渦流探傷和內窺鏡檢查

對每一根鋼管進行渦流探傷檢查，檢出管壁減薄或損壞等原始缺陷。清洗所有鋼管，并強制通風風干管子內壁。管子內部都要用壓縮空氣吹干并清理干凈，防止積水、加藥殘留、鐵銹等影響探傷結果。標記好有異常的鋼管，并復檢確認。

對所有渦流探傷異常的鋼管進行內窺鏡檢查，其他鋼管抽檢。內窺鏡檢查可清晰看到鋼管內部影像，尤其管壁上的凹坑、劃痕、焊瘤等缺陷，便于及時發(fā)現(xiàn)處理。

3.3 堵管處理

對泄漏鋼管及檢查異常的鋼管進行封堵，對泄漏部位外圍2圈可被沖刷到的鋼管進行擴大保護性封堵。堵頭宜選用與鋼管材質相同、熱膨脹系數(shù)相同的專用加工堵頭，避免發(fā)生脫落、松動現(xiàn)象，確保堵過的鋼管不發(fā)生二次泄漏。打磨原有管口，拋光管孔和堵頭，清潔除去所有的鐵銹氧化物、潮氣和油污等異物，用熱風筒將管口預熱后進行密封堆焊。多孔堵管時需磨去受影響管孔間的管孔帶，使其與堵頭頂部平齊，必要時可進行多層堆焊。著色檢查堵管焊縫，不允許有線狀顯示。用同樣方法堵塞U型管的另一端。

3.4 打壓查漏

堵管結束后，隔離高加汽側，沖入壓縮空氣進行打壓查漏。壓力達到0.6MPa，用肥皂沫對所有管系管口及修補堆焊處進行檢漏，應無鼓泡漏氣現(xiàn)象。上下水室都要檢漏，即每一根U形管的兩端都要進行檢漏，以免錯誤判斷。確認所有泄漏點處理完畢。

3.5 熱態(tài)水位調整

3#高加熱態(tài)水位存在較大偏差，經(jīng)聯(lián)系廠家提供高加熱態(tài)水位調試大綱，編制熱態(tài)水位調整方案，進行了高加水位調整試驗，通過調整DCS內置高加水位變送器量程達到修訂高加水位目的，找出高加最小疏水端差時的水位運行最佳區(qū)域，核實熱態(tài)水位零位基準，并保持高加最佳熱態(tài)水位運行。

試驗中依次提高3#高加水位(保持前一個水位再進行下一個高加水位試驗)，隨著水位的抬高，高加的疏水端差下降，從運行中觀察有了明顯的效果。平均能控制高加疏水端差下降至7℃ ～8℃(原10℃ ～12℃，設計值為5.6℃)，不發(fā)生給水溫度下降情況(設計高加水位+38mm為疏水剛好觸及管束最低部)。當抬高水位而端差變化不大時，選擇水位低設置原則。

按照運行參數(shù)對熱耗的定量分析表，如三臺高加平均疏水端差下降4℃，機組熱耗約下降3.3kJ/kW·h。該項工作不僅提升了回熱系統(tǒng)效率，降低了機組熱耗，還大幅增強了高加組設備運行安全穩(wěn)定性。

4 結束語

本文分析了低水位運行原因引起疏水兩相流而導致高加鋼管泄漏問題，指出長周期運行后有必要優(yōu)化調整高加熱態(tài)水位，同時對高加汽側殼體超壓事故處理過程進行了介紹，高加過熱蒸汽冷卻段、疏水冷卻段全面檢查的各項措施對同類型事故處理具有一定借鑒意義。

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