电厂高加维修技术方案

电厂高加维修技术方案要点

一 .概述

1.火力发电厂的高压给水加热器（以下简称“高加”）是利用汽轮机的抽汽加热锅炉给水的换热装置。电厂配置了给水加热系统以后，可以提高电厂热效率10-12%（高的可达15%左右）节省燃料，并有利于机组安全运行。高加的运行就是利用汽轮机已做部分功的蒸汽来加热锅炉给水。汽轮机在高压缸中间的抽气用作3#和2#高加设备进汽，在中压缸抽汽可提供1#高加进汽。给水通过蒸汽以及饱和水的加热后，在进入锅炉气包之前已加热到较高的温度，可减少燃煤的加热过程，使锅炉热效率提高。如果高加发生故障而停运，届时给水就改道旁路管道而进入锅炉，没有经过高加加热的水在锅炉中吸收热量增加，因此降低了锅炉的蒸汽蒸发量，造成过热器中的蒸汽过热度提高，有可能造成过热器被损坏；高加停运，汽轮机的膨胀差增大，威胁汽轮机的安全。因此，高加停运可能使电厂发电负荷降低10-15%并且给汽轮机的安全运行造成损害。

2.高加简介

高加由水室、管系、壳程筒体等结构组成，通常设计为二段式与三段式两种。一般在小型机组设计成二段式，而大中型高加在结构上允许时，都装设“疏冷段”即按三段式设计。因此，目前的高加结构设计都采用过热段、冷凝段、疏冷段三段结构设计。本案的设计选用三段结构设计。

3.高加的结构简介

3.1水室的结构：水室有水室筒体、封头、进出水接管、倒拔伍德式密封人孔等组成。

3.1.1水室筒体：

近年来，高加水室一般采用两种结构形式，一种是直管段式，另一种是半球形式。直管段式直管下部与管板焊接、上部与密封组件焊接，水室空间较大，进出方便，有利于人员维修。一般直管段材料采用20MnMoⅢ锻件；半球形水室与管板直接焊接。由于直径超过1200mm的半球形封头已能容纳维修人员在水室内进行检修，而且半球形封头受力好，可减薄钢板厚度或将富余的金属用于开孔补强，同时又能省去圆筒形的短节。一般半球形封头的材料选用Q345R。

3.1.2人孔

目前人孔的设计结构目前有两种结构。

3.1.2.1内压自紧式密封结构：国内外采用此结构的人孔设计结构形式较广泛，一般采用300×400mm椭圆形人孔配上专用工装，可将椭圆人孔盖拿出来以便可更换密封垫。该结构充分利用了内压的自紧力，使预紧的螺栓直径大大减小，一般采用4个M48×4的螺栓即可。在内压超过预紧力时，可利用内压来压紧垫片，内压越高密封的轴向力越大，密封效果越好。

3.1.2.2改进伍德式自紧密封结构：这种结构顶盖斜面的分力压紧密封垫。它需要螺栓（如8个M30×3.5或1个M64×4的牵制螺栓进行倒吊牵制达到预紧密封，利用内压力来推动顶盖达到运行工况的密封。当检修时，顶盖可以取出，增大了检修空间。

以上两种自紧式密封，使水室的人孔结构简洁，轻巧。较之于平垫或双锥密封的大螺栓连接，结构上要简便许多，节省了大量金属，拆卸顶盖、检修亦方便；占用设备空间要小得多，密封也非常可靠。因此，以上两种自紧式密封结构，已在高加设备设计上占据了绝对的主导地位。采用直管段水室和改进伍德式自紧密封结构，虽然造价交半球形封头高，但检修空间更大。因此，本案设计选用改进伍德式自紧密封结构。

3.1.3分程隔板：

分程隔板的盖板一般采用不锈钢，以提高其高温防冲刷磨损的能力及提高热强性。若分程隔板不能密封，势必造成给水未经加热就旁路出口，降低了出水温度同时亦降低了电厂效率。与封头相焊的隔板框架可采用碳钢，一般采用 16mm厚的钢板。

3.2管系：管系由管板、换热管、过热段、冷凝段及疏冷段、空气抽出管、折流板等组成。

3.2.1管板结构：管板是高加设备中最重要的的零件之一，一般为20MnMoⅣ大型碗状锻件，成本较高。

3.2.2换热管结构：

高加换热管一般采用GB5310-2008优质碳素钢（如20G）或ASME SA-556MC2高压无缝钢管。本案设计结构采用 16×2.5的SA-556MC2冷拔无缝钢管。一般钢管制造厂均可按不同的弯管半径，弯好后供货并且可根据弯曲半径的大小进行弯管段局部消除应力热处理。例如：江苏一公司的国产化高加换热管，它的产品质量已经达到德国或日本的钢管质量水平，因此它已可替代进口管。

高加换热管是高加进行传热的重要界面，由于不断受到高温、高压水的冲刷（管内给水流速一般达2m/s）。特别是管板上表面至管内距离为100～125mm深度处，给水对管子的冲蚀尤为严重。因此，本案在管口端加设防冲套管，以提高换热管的使用寿命。管子与管板的连接采用预胀、焊接、液压贴胀胀接以减小口部胀接应力。对管子的壁厚公差需相应提出要求，严格按照GB151-1999《管壳式换热器》的要求进行。一般情况假如负偏差超标，容易造成液压胀管器胀杆前后的O形橡胶圈在升压时由于间隙过大而压力上不去，造成设计的胀度达不到要求；若正偏差超标则会造成胀杆插不进换热管或插入困难。

3.2.3过热段、冷凝段、疏冷段

3.2.3.1过热段：高温抽气进入过热段包壳内。经过隔板造成蒸汽多道折流后，使过热的蒸汽冷却至高于饱和温度25-30℃（通常取T2=T S+25℃）时，出口至冷凝段。在高温蒸汽入口冲击部位应设有不锈钢防冲挡板，蒸汽返回向上流动进入包壳上部半圆形族孔结构，蒸汽气流得到分散以直接冲击换热管。过热段出口高于饱和温度25℃的蒸汽是为了保持管子壁面的干燥，如果低于饱和温度时会凝结水，在高速的蒸汽带水的冲击下会引起严重冲刷磨损腐蚀。因此需要控制进入冷凝段蒸汽的过热度。过热段内蒸汽的传热系数低，约为冷凝段的28%左右，过热段内蒸汽流速一般不超过25m/s。因此设置过热段结构是为了改善热交换。

3.2.3.2冷凝段：对于立式式筒体，在水位线以上均为蒸汽。蒸汽与换热管外壁面相接触，壁面温度低于蒸汽饱和温度，使蒸汽冷凝成水，在外壁面上形成一层液膜。由于在筒体内蒸汽凝结为蒸汽流速不高，此液膜呈层流流动，成为液膜层流放热。由于立式结构液膜距离长，液膜越积越厚，传热效果越差；对于卧式筒体管子水膜流下的距离短、水膜薄、传热效果较好。在相同情况下的单根管子，卧式高加的蒸汽放热系数是立式高加的约为1.7倍，虽然卧式下面管排的水膜亦较厚，但平均传热效果卧式优于立式。但本案由于立式结构已经确定，无回旋余地。

3.2.3.3疏冷段：设置疏冷段是为了充分利用余热量提高给水温度；设立疏冷段使疏水出口温度低于饱和温度，并使疏水初出口温度与高加给水温度之差为5.6℃-8.3℃。疏冷段是由包壳与疏冷端板组焊而成的密封腔，假如疏冷段泄漏，则饱和水缩短了换热路程，造成给水温度降低，疏水出口温度升高，满足不了下端差的规定值。疏冷端板为保证密封，一般设计厚度为δ70mm，端板孔径大小与公差与管板相同。一般结构是端板与换热管通过端板厚度70mm之内贴胀30-40mm而达到密封效果。这样需要采用长距离的液压胀杆内伸至需贴胀的部件进行胀接，需要准确定位，否