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    • 一种高压加热器流程隔板改进方法在火电厂的应用

        摘要:

        针对某热电有限公司300MW机组给水温度低于设计值的问题,分析确定高压加热器流程隔板短路是导致给水温度降低的主要原因,提出高压加热器流程隔板改进方法,解决流程隔板短路问题,提高了给水温度。

        1概述

        某热电有限公司为2×300MW中间再热抽凝式汽轮机组,单机配置3台高压加热器(简称高加),为卧式布置,U形管式、双流程、传热段为过热-凝结-疏冷三段式、全焊结构、水室自密封人孔、给水大旁路系统。设备型号分别为JG-1150-Ⅰ、JG-1200-Ⅱ、JG-900-Ⅲ,其中:JG为高加;1150为名义换热面积1150m2;Ⅰ为按加热蒸汽压力由高到低顺序排列的第1台,按给水流向由Ⅲ型高加流向Ⅱ型,再流向Ⅰ型,最终流出至锅炉。高加是火电机组回热系统中重要的表面式加热器,高压给水通过给水入口管进入高加U型管束内,与汽侧的高温蒸汽进行热量交换,并由给水出口管流出进入下一级。高加本体由水室、管系和壳体等组成,内部分为过热蒸汽冷却段、蒸汽凝结段和疏水冷却段。

        2存在问题分析

        某热电有限公司2台机组于2012年12月投产,运行4年后出现高加给水出口温度低于设计值的问题,300MW额定工况给水温度分别为273℃、272.6℃,较设计值274.9℃低1.9℃、2.3℃,导致锅炉热效率下降。

        分析影响高加给水出口温度低的原因如下。

        a.抽汽电动阀、止回阀开度不足,抽汽管道阻力大,进入高加的抽汽量减少,导致高加加热能力下降,下端差减小,使给水温度降低。

        b.高加运行水位控制不当,一是水位过高,淹没过热冷却段部分换热管,导致换热面积减小,上端差增大,温升降低;二是水位过低,部分蒸汽随疏水直接进入下一级,减少了抽汽放热时间,未与给水进行充分换热,下端差增大,造成高加出水温度低。

        c.抽汽在高加内凝结后,汽侧积存空气或其他不凝结气体不能有效排出,导致高加汽侧热阻增大,降低了换热系数,影响高加换热效果,使给水温度降低。

        d.高加长期运行后蒸汽品质、给水品质不良,在换热管内、外壁产生结垢,传热热阻增大,传热效率下降,使出水温度降低。

        e.高加系统存在水侧短路现象,高加给水入口三通阀内漏使部分给水不能进入高加,或者高加水室流程隔板损坏,给水未全部经过加热器换热管加热,导致高压给水温升低,达不到设计值。

        通过设备检修、调整运行方式、控制汽水品质等手段对影响原因逐项排查,最终确定给水温度降低原因。

        a.拆解检查各高加抽汽电动阀、止回阀无异常,整定阀门行程,确认阀门开度正常,对比抽汽压力与高加进汽压力差值,均在设计压降范围内,排除因管道阻力大、抽汽量减少导致的给水温度降低。

        b.首先检查各高加水位均与设计值偏差不大,其次进行运行水位调整试验,在水位设计值±100mm内,水位变化对端差影响非常小,给水温度基本不变,可排除加热器运行中水位控制不当引起的给水温度降低。

        c.检查高加运行排汽手动门、逆止门无异常,测量管道温度均接近蒸汽饱和温度,说明汽侧排汽正常,排除因汽侧积存空气对高加换热效果的影响。

        d.核实汽水品质均合格,未发生长期超标运行,拆解高加水室人孔及汽侧安全门,使用工业内窥镜检查换热管内、外表面无结垢,可排除汽水品质不良影响高加传热效率。

        e.拆解检查高加给水入口三通阀无异常,整定阀门行程,确认阀门无内漏。检查水室流程隔板,发现多台高加隔板人孔盖法兰螺栓、螺帽脱落,螺孔直接贯通,法兰垫片缺失,密封面出现冲刷沟痕,导致隔板两侧贯通短路,入口侧部分给水未经加热直接漏流至出口侧,导致给水温升不足。

        3流程隔板短路分析

        高加水室内由流程隔板将入口侧低温给水和出口侧高温给水分开,流程隔板是1个组合件,由1个拼接的平隔板和2个人孔盖板组成,平隔板与水室焊接,人孔盖板通过螺栓固定在平隔板上,采用垫片密封,便于在高加管束发生泄漏时进行堵管检修。

        分析高加水室及流程隔板结构,一方面由于平隔板与人孔盖板面积均较大,在制作加工时其密封面平面度加工非常难,平面度精度低,平隔板在与水室焊接时产生热应力变形,导致平隔板与人孔盖板法兰密封面之间垫片紧力不均,严重时甚至会产生间隙,高压给水通过间隙冲刷损坏垫片、法兰密封面;另一方面法兰螺栓、螺帽受高压给水冲刷受损,紧力减小,进而脱落,使流程隔板处产生漏流,形成短路,导致部分给水未经加热,出口温度降低。

        4改进措施及效果

        2016年机组检修期间,将法兰密封面清理干净后对冲蚀部位补焊打磨,更换法兰垫片,补齐缺失和损坏的螺栓、螺帽,处理后2台机组在300MW额定工况下给水温度均能达设计值。但机组运行1年后,又发现给水温度降低的问题,检查隔板法兰部分螺栓脱落、垫片冲刷损坏,造成给水短路。通过进一步分析流程隔板结构、螺栓和螺帽脱落、法兰密封面和垫片冲刷损坏原因,制定了流程隔板改进措施。

        高加水室流程隔板改进,主要针对给水短路原因,从结构和材质方面考虑,解决流程隔板变形和高压给水冲刷问题,将原流程隔板拆除,更换改造优化后的流程隔板。

        a.改进流程隔板整体结构

        一是增加隔板厚度,由12mm增至16mm,提高隔板强度;二是在便于检修的前提下,将双人孔盖板改为单人孔中央布置方式,减少平隔板焊接面积,并采用加厚法兰,焊口采用X型坡口,须内外施焊,严格控制焊接速度和质量,避免因焊接工艺不当产生热应力变形。另外,单人孔中央布置减小了密封面的长度,降低了发生泄漏的几率。

        b.改进流程隔板法兰、螺栓结构

        原流程隔板的平隔板和人孔盖板法兰为平法兰配合,垫片及螺栓、螺帽均易受高压给水冲刷。改造后平隔板和人孔盖板法兰采用凹凸止口配合结构,并在人孔盖板四周设计包边,作为垫片防护罩,螺帽采用埋孔结构,焊接在法兰螺孔对应处,螺栓上紧后栽入螺帽内,可有效防止高压给水冲刷垫片和螺栓。

        c.改进流程隔板、垫片材质

        原流程隔板使用Q235碳钢材质,改造均选用耐冲刷的304不锈钢材质,并严格控制法兰密封面的加工精度,保证平面度、表面光洁度;垫片选用高强石墨复合垫,提高抗冲刷性能。

        通过对高加流程隔板的优化改进,彻底消除了因隔板、螺栓冲刷、人孔垫片损坏等缺陷导致的给水短路问题,2台机组在300MW额定负荷时,给水温度分别达到276.1℃、275.4℃,均高出设计值,较改进前提高3.1℃、2.8℃。根据火力发电厂能耗率指标分析,对于300MW机组给水温度降低1℃,发电煤耗增加0.11g/kWh,折算2台机组发电煤耗分别节约0.341g/kWh、0.308g/kWh,以2018年机组年利用小时数5000h计算,2台机组年节约标煤973.5t。

        5结束语

        火电机组给水温度是一项重要的技术经济指标,对机组能耗率影响很大。高加流程隔板短路导致给水温度降低是常见问题,从检修经验来看,仅通过更换垫片、螺栓等常规检修方法难以实现长周期达标运行。本文提出了一种高加流程隔板改进方法,包括对隔板结构、法兰和材质改造,确保给水温度达到设计值,取得了较好的经济效益。

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