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高压加热器说明书

高压给水加热器设计使用说明书

（岱海电厂2×600MW亚临界机组高压加热器）

06.3618.023

编制：

校核：

审核：

哈尔滨锅炉厂有限责任公司

二OO四年八月二十日

一、概述

二、高压给水加热器技术数据

三、高压给水加热器结构

四、高压给水加热器的运行与维护

五、高压给水加热器换热管泄漏检修方法

六、高压给水加热器防腐及贮存方法

七、检验

一、概述

1、说明

高压给水加热器（简称高加）是火力发电厂回热系统中的重要设备，它是利用汽轮机的抽汽来加热锅炉给水，使其达到所要求的给水温度，从而提高电厂的热效率并保证机组出力。

高加是在发电厂内最高压力下运行的设备,在运行中还将受到机组负荷突变，给水泵故障，旁路切换等引起的压力和温度的剧变，这些都将给高加带来损害。

为此，高加除了在设计、制造和安装时必须保证质量外，还应加强运行、监视和维护，加强操作人员业务素质培训，才能确保高压加热器处于长期安全运行和完好状态。

本机组高加的运行维护和使用除按本说明书外，用户还应按有关规程，根据实际情况对高加进行使用、维护和监视，以满足电厂安全，经济和满发的要求。

2、主要设计制造标准

2.1美国机械工程学会“ASME”法规第Ⅷ篇第一分篇

2.2美国热交换器学会“HEI”表面式给水加热器标准

2.3GB150-1998《钢制压力容器》

2.4JB4730-94《压力容器无损探伤》

2.5《压力容器安全技术检察规程》

2.6哈锅HG40.2002.014《引进型高压加热器制造、检验和验收技术条件》

3、系统布置

本机组高加系统采用单系列、卧式大旁路布置，有三台高加（从锅炉的方向依次称为第1、2、3高加）及附件组成：

即JG-2150-1高加，JG-2200-2高加，JG-1650-3高加和附件。

在给水进入锅炉前，主给水从除氧器水箱经给水泵进入高加管程，在高加内通过汽轮机抽汽对主给水进行加热。

高加为逐级疏水，在正常情况时3号高加疏水去除氧器。

危急情况下高加疏水去凝汽器（或疏水扩容器）。

二、高压给水加热器技术数据

1．设计参数（见表一）

表一：

高压加热器设计参数

加热器

项目

单位

JG-2150-1

高压加热器

JG-2200-2

高压加热器

JG-1650-3

高压加热器

每台机组设备数

型式

卧式U型管

表面加热

卧式U型管

表面加热

卧式U型管

表面加热

总加热面积

2150

2200

1650

给水量

t/h

1931.43

给水入口温度

℃

246

202.1

170.6

给水出口温度

℃

278.4

246

202.1

加热蒸汽压力

MPa（a）

6.1104

3.7149

1.6254

加热蒸汽温度

℃

386.12

320.03

440.98

蒸汽流量

t/h

146.5

164.9

84.95

疏水量

t/h

146.443

311.322

396.275

疏水出口温度

℃

251.54

207.67

175.86

给水出口温度端差（T.D）

℃

-1.7

疏水出口端差（D.C）

℃

5.54

5.57

5.26

管内流速（15℃时）

m/s

1.995

管侧流程数

给水压降

MPa

0.0879

0.0783

0.0564

壳侧设计压力

MPa（g）

7.15

4.55

2.0

壳程

设计温度

壳侧

℃

290

260

215

蒸汽入口

℃

415

350

475

壳侧水压试验压力

MPa（g）

9.25

6.1

3.5

管侧设计压力

MPa（g）

管侧设计温度

℃

310

280

235

管侧水压试验压力

MPa（g）

41.6

2．结构参数（见表二）

表二：

高压加热器结构数据表

加热器

项目

JG-2150-1

高压加热器

JG-2200-2

高压加热器

JG-1650-3

高压加热器

管

子

U形管数量

根

2531

外径

15.88

厚度

1.95/2.1（仅第1~3排）

平均有效管长

17027

17423

13067

管子固定方法

先焊后胀

加热器总长

11577

12220

10033

壳体内径

2050

壳体壁厚度

短筒身

长筒身

水室半球形封头内径

SR1000

水室壁厚度

130

管板厚度

650

给水分配装置

插入管／钟口形

防冲板

插入管／钟口形

防冲板

插入管／钟口形

防冲板

3.主要材料（见表三）

表三：

高压加热器主要受压元件材料表

加热器

项目

JG-2640-1

高压加热器

JG-2250-2

高压加热器

JG-1600-3

高压加热器

壳体板

短筒身

15CrMoR

P355GH

15CrMoR

长筒身

P355GH

封头板

P355GH

支座板

Q235-A

隔板（上级疏水防冲板）

1Cr18Ni9Ti

管板

20MnMo（Ⅳ）

球形水室

DIWA353

人孔盖、人孔座

20MnMo（Ⅳ）

给水进出接管

15NiCuMoNb5（Ⅳ）

蒸汽进口接管

20MnMo（Ⅲ）

疏水接管

20MnMo（Ⅲ）

危急疏水接管

20MnMo（Ⅲ）

上级疏水进口接管

20MnMo（Ⅲ）

换热管

SA-556Gr.C2

三、高压给水加热器结构概述

1.总则

本机组高加采用管板、U型管全焊接结构，内部设有过热蒸汽冷却段、蒸汽凝结段和疏水冷却段三段。

除此之外，每台高加设有水位调节和报警系统，有关高加的水位调节和报警系统参见有关的图纸和说明书。

2.结构

高加主要部件包括：

壳体、水室、管板、换热管、支撑板、防冲板、包壳板等。

2.1壳体

壳体为全焊接结构。

依照技术条件壳体进行焊后热处理和无损检验，除安全阀接管外，高加的所有部件均为全焊接的非法兰结构。

当高加需拆除壳体时，须沿着所附装配图壳体上的切割线切割。

2.2水室

高加的水室由锻件与厚板焊接而成，封头为耐高压的半球形结构。

水室上设椭圆形人孔以便于进行检修。

椭圆形人孔为自密封结构，采用带加强环的不锈钢石墨缠绕垫。

水室内设有将球体分开的密闭式分程隔板，为防止高加水室内给水短路，在给水出口侧设有膨胀装置，以补偿因温差引起的变形及瞬间水压突变引起的变形与相应的热应力。

给水进口侧设置有防冲蚀装置。

2.3管板

采用与水室相连的锻件作为管板。

2.4管子

高加使用U型管作为加热管，U型管的材料如下：

HP－1、HP－2、HP－3高压加热器，均采用SA-556Gr.C2。

高加管子与管板采用焊接加胀接结构。

2.5管子支撑板

在换热管的全长上布置有一定数量的支撑板，使蒸汽流能垂直冲刷管子以改进传热效果，并增加管束的整体刚性，防止振动，并且保证管子受热能自由膨胀。

支撑板用拉杆和定位管固定在规定的位置处。

2.6防冲板

为防止由蒸汽和上级疏水的冲击引起换热管的损坏，在蒸汽和上级疏水入口处均设有不锈钢防冲板。

2.7包壳板

为了把过热段、疏水段与凝结段隔离开，设置有包壳板，且确保过热段、疏水段的密封性和独立性。

3.高加的三个传热段

3.1过热蒸汽冷却段

由于供给高加的蒸汽一般带有较高的过热度，热交换在过热蒸汽和给水之间进行时，给水就被加热到高于或等于蒸汽的饱和温度，这样就改进了传热效果。

过热蒸汽冷却段用包壳板、套管和遮热板将该段管子封闭,内设隔板使蒸汽以一定的流速和方向流经传热面达到良好传热效果,又避免过热蒸汽与管板、壳体等直接接触,降低热应力，并使蒸汽保留有足够的过热度，以保证蒸汽离开该段时呈干燥状态，防止湿蒸汽冲蚀管子。

该段设在高加给水的出口部位。

3.2凝结段

由过热蒸汽冷却段来的带一定过热度的饱和蒸汽在此段和给水间进行热交换，通常该段的换热面积最大。

蒸汽凝结段是用蒸汽凝结时放出的汽化潜热加热给水，带有一定过热度的蒸汽从两侧沿整个管系向心流进整个凝结段管束。

不凝结气体由管束中心部位的排气管排出，排气管是沿整个凝结段设置，确保不凝结气体及时有效地排出高加，以防止降低传热效果。

3.3疏水冷却段

疏水冷却段是将由凝结段来的蒸汽凝结水继续冷却放出热量来加热给水。

而使凝结水的温度降至饱和温度以下,继续提高机组热效率,疏水冷却段同样是用包壳板、挡板和隔板等将该段的加热管束全部密封起来。

带疏冷段的加热器，必须保持一个规定的液位，避免蒸汽漏到疏水冷却段中，造成汽水两相而冲蚀管子，并保证疏水端差满足设计要求。

4.安装形式

每台高加设有三3个支座以支撑高加就位，位于高加管板下的支座为固定支座，在壳体的中部和尾部设有滑动支座（中部滑动支座滚轮在运行时拆除），当壳体受热膨胀时，可沿轴向滑动，保证设备安全运行。

壳体亦可以拉出。

四、高压给水加热器的运行与维护

高压给水加热器的运行保护措施

启动运行保护措施：

1.高加主给水水质未达到运行规定值时，该高加系统不得启动。

2.在启动运行阶段，须待机的时间足够长，以避免各部件中的温度升高太快，

产生较大的热应力。

启动和停运过程中应严格控制高加出水温度变化率

在升负荷时不超过3℃／min，降负荷时不超过2℃／min。

3.高加原则上应随机组滑启滑停，当因某种原因不能随机组滑启滑停时应按“由

抽汽压力低到抽汽压力高”的顺序依次投入各台高加，且按“由抽汽压力高到抽汽压力低”的顺序依次停运各台高加。

4.严禁已泄漏的加热器投入运行。

5.高加必须在水位计完好，报警信号及保护动作正常的情况下才允许投入运行。

1.启动前检查

1.1检查抽汽管道上逆止阀、进汽阀的动作情况，并作联动试验。

1.2检查疏水管道上的阀门开、关是否正常，以使疏水按规定的排放方向流动。

1.3检查疏水调节系统和液位报警系统是否工作正常。

1.4打开水位计和压力表的控制阀，各种测量仪表、温度表及照明等均应处于良好状态。

1.5在抽汽进入每台高加前，排净抽气管内的凝结水，高加进汽阀、放气阀、放水阀等开关应正常。

2.启动

2.1打开水室（管侧）的排空气阀

2.2把给水缓缓地引入换热管。

当空气从水室中排净时，关闭水室侧排空气阀门，打开给水入、出口阀，关闭旁路，高加通水。

此时保护系统处于备用状态。

2.3开启汽机抽汽阀引入加热蒸汽，应用足够长的时间缓慢地开启阀门，控制出水温度升温速度不大于3℃／min，以保证各部件的热应力不致太高。

2.4疏水阀微开，处于自动调节状态。

3.运行监视

3.1应经常注意高加水位的变化，防止低水位或高水位运行。

3.2定期记录或监视高加的下列仪表指示：

3.2.1水位计水位；

3.2.2每台高加的给水进、出口温度和压力；

3.2.3每台高加的抽汽压力、温度、高加内部汽压；

3.2.4疏水温度；

3.2.5疏水调节阀开度。

4．正常运行时的维护

4.1给水PH值：

对亚临界机组的无铜给水系统应维持在9.2~9.6，对有铜系统应为8.8~9.2，对超临界机组应≥9.4。

（因较高的PH值能促进碳钢形成附着力强的氧化膜，防止材料的腐蚀。

）

4.2给水含氧量应不超过5~7PPb，以降低氧对碳钢管的腐蚀。

4.3在运行中应及时连续排净器内的空气，每台高加均设有排气接口，应采用分别排放至除氧器或凝汽器的方式。

合适的排气量大约是进汽总量的0.2%~0.5%。

5.停运

按抽汽压力由高到低逐个停用。

5.1缓慢关闭进汽阀，使温度的变化平缓，控制给水温度下降速度不大于2℃／min，以防由于热应力使换热管与管板连接处焊接接头及管板边缘处产生裂纹。

5.2关闭壳侧空气阀。

5.3开启给水旁路阀。

5.4关闭给水进、出口阀，关闭疏水调节阀。

5.5开启水侧放空气阀，防止进汽阀不严泄漏，给水因升温热膨胀而超压。

6.预防措施

6.1在抽汽阀开启后，随着汽机负荷的增加，各给水加热器的内压和温度都会升高。

此时，应检查人孔盖的密封处是否泄漏。

6.2在机组启动和停机时或随着汽机负荷的波动，给水温度也会随即变化，这样高压给水加热器就会不断产生热应力。

上述的热应力产生在给水温度随时发生变化的瞬变期，热应力大小取决于给水温度变化的幅度。

随着给水温度的每一次变化给水加热器就经历了一次热应力。

允许的应力重复次数取决于热应力大小（即给水温度变化的幅度）。

再者，给水有一定的压力，在启动和停运期间，加热器经历了应力的重复，其中除上述热应力之外还有由内压产生的应力。

给水温差的限制值是由产生于管板中心区域的热应力与由内压产生的应力所构成的重复应力的疲劳点所决定的。

温差为75℃时，允许的重复次数11000～21000次。

温差为100℃时，允许的重复次数7000～12000次。

允许的重复次数受最小弯管半径R的限制，且其最小值表示R为60.3mm时允许的重复次数，最大值相应于R为31.8mm时。

哈锅制造的给水加热器最小弯管半径为31.8mm。

6.3应注意监视处于关闭状态的给水旁路阀是否泄漏，可根据旁路阀后的温度测点或对照高加出口水温的差异来检查，当发现由于给水旁路阀不严而使高加出水温度下降时，应及早消除旁路阀的缺陷。

6.4应经常监视和核对高加疏水冷却段的端差（疏水出口温度与给水进口温度之差）当端差增大时，应及时分析原因，加以处理。

6.5注意负荷与疏水调节阀开度的关系，当负荷未变，而调节阀开度加大时，管束就可能出现了轻度泄漏。

五、高压给水加热器换热管泄漏检修方法

为了安全、有效地策划和实施高加的维护与检验，制定以下措施：

总体要求：

1工作前详细核对工作项目。

2检查高加已泄压至大气压。

3检查高加中存水已经排尽。

4检测进入高加前高加内的含氧量。

5保持高加在所有工作期间的正常通风。

6检查落实安全措施和防止异物进入高加的措施。

7杜绝把不必要的物品带入高加，工具和其他必需品也尽可能少带入。

8严禁独自一人从事高加内部检修工作。

9遵守“进出高加所携带物品工具等应逐一核对”的规定。

1.如何查证管子泄漏

1.1运行中管子泄漏的确定

1.1.1疏水调节阀开度的增大。

1.1.2高加水位上升。

1.1.3产生振动和声音异常。

1.1.4给水压力的下降（在发生低给水流量时）。

1.1.5给水流量变化（对比除氧器出口与锅炉入口之间的给水流量）。

1.2检测高加管系泄漏的方法

1.2.1壳侧放净疏水，利用给水对高加作通水试验，根据高加水侧的压力变化情况与放水阀的排水情况，可判断高加有无泄漏，并估计泄漏程度。

一般漏水量大的是管子本身泄漏，漏水量少的是管端处的焊接接头泄漏。

1.2.2在确认高加有泄漏后，通过管程的放水口放掉内部积水，用专用的拆卸工具将水室人孔盖拿出，拆下水室上分程盖板，并拆除防冲蚀装置，由壳侧通以0.5~0.8MPa的压缩空气，在管端涂以肥皂水，可用10倍放大镜对管板表面焊接接头作细微观察，如果气流从该管径内射出则为管子本身泄漏，如有微量气流冲破焊接接头处肥皂水膜而逸出，则为管端焊接接头泄漏并可确定泄漏位置。

1.2.3可以采用以下步骤：

在壳侧加一定的气压（0.1~0.5MPa）或抽成真空，然后在泄漏的管子内插入一个形状如图1所示可移动的塞子。

当移动此塞子到泄漏部位时，根据气流的改变和声音的变化，便可测定管子具体泄漏位置（深度）。

1.2.4当壳程不可能加压或抽真空时，将壳侧泄压至大气压，在U形管内插入一个可移动的塞子，同时封闭管子另一端，管内充气加压。

然后缓慢地移动塞子，当移动塞子通过泄漏位置时，与此管相连的压力表的指针会发生较大的变化。

（见图2）

1.2.5有条件的电厂也可采用内窥镜进行检测。

1.2.6检漏期间应将确切的管端焊接接头泄漏位置标上记号，并在管板布孔图上记录下相应位置。

2.管子泄漏的检修程序

2.1对高加换热管和管端焊接接头可能会有以下三种泄漏状态。

2.1.1管端焊接部位的微小泄漏（有水从裂纹或非贯穿性气孔中渗出）。

2.1.2管端焊接部位的较大泄漏（管板上的管孔被冲蚀）。

2.1.3因管子出现针孔或断裂所产生的泄漏。

2.2根据不同情况采取以下两种检修方法

2.2.1当漏点位置距水室侧管板平面小于6mm时，基本是管端焊接接头部位泄漏。

a.用直径Φ16mm／Φ11mm的阶梯钻头钻削掉原焊接接头及漏点缺陷（如有防磨套管时，须同时钻削掉相应套管翻边部分）。

b.管端烘干，清除水渍、油污、锈斑等影响焊接质量的污垢，露出金属光泽。

用手工氩弧焊或焊条电弧焊焊妥管端处焊接接头。

2.2.2当漏点位置距水室侧管板平面大于6mm时，基本是管子孔泄漏和断裂，采用两种堵塞（见图）焊堵：

其中堵塞I型为通用型式，堵塞II型仅用于无法钻削掉其间的防磨套管和管子时。

a.I型式：

①用直径Φ16mm的钻头，对管端进行钻孔，钻孔深度约30mm，钻削掉其间的防磨套管和管子。

②插入一个堵塞I型到管孔内并定位焊。

③用手工氩弧焊或焊条电弧焊焊接堵塞。

b.II型式：

①用直径Φ11mm左右的铰刀铰圆管口。

②插入一个堵塞II型到管子内并定位焊。

③用手工氩弧焊或焊条电弧焊焊接堵塞。

焊材：

焊丝ER50S－6或ER49－1（H08Mn2SiA）,直径Φ2.4或Φ2.5；焊条E5015，直径Φ2.5mm。

2.2.3凡管子本身发生泄漏时，对泄漏管子和周圈管子应进行保护性堵管。

3.当高加管子泄漏或人孔密封失效时，必须停运高加，清除水室内存水，打开人孔盖进行有关的检修工作，兹分述如下：

3.1高加人孔密封泄漏检修

高加人孔采用自密封结构，密封衬垫采用不锈钢石墨缠绕衬垫或不锈钢石墨高强度复合衬垫，经过一段时期运行之后，如衬垫产生泄漏则必须及时更换为新的衬垫。

在高加再次启动时，必须对衬垫施加一定的预紧力，在管道注水后，应再次适当拧紧螺母。

当高加停运而不需要打开人孔盖时，应在泄压前再次拧紧螺母。

3.2人孔盖的拆卸程序

3.2.1用吊车将人孔拆卸装置（以下简称“装置”）起吊至人孔盖近处；

3.2.2卸去两个预紧螺母与压板及一个预紧螺栓（暂时保留另一个预紧螺栓），将人孔盖与“装置”连接固定牢靠。

3.2.3操作“装置”，将人孔盖推入水室；

3.2.4将人孔盖沿任一方向旋转90°并留出空隙，小心地退出人孔盖并放置妥当。

3.2.5换上新衬垫，（每打开一次人孔盖均必须换上新垫圈）。

3.3人孔盖的安装程序

首先要检查与清理人孔盖及人孔座表面等，然后换上新衬垫。

将“装置”起吊至适当高度。

3.3.1将人孔盖与“装置连接固定牢靠。

3.3.2旋人孔盖，使其推入人孔口，再朝人孔密封座方向旋转90°就位。

3.3.3装上压板与两个预紧螺栓，并拧紧。

3.3.4拆去“装置”。

3.3.5进行泄漏试验。

六、高压给水加热器防腐及贮存方法

采用碳钢管的给水加热器（包括不锈钢管）在设备调试运行后将按下列程序进行防腐处理和贮存。

1.设备投运后在汽机停运期间的贮存方法

1.1短期（一至三天）

1.1.1壳侧

a.蒸汽密封

利用流动的除氧器启动蒸汽（用辅助蒸汽）经由高压加热器壳程排气管道进入高压加热器作蒸汽密封。

密封压力应控制在大约0.049~0.098MPa，检查无负压产生。

蒸汽因热量散失将冷凝，使设备水位上升，监测水位并当水位上升时打开放水阀放水。

b.充氮密封

当不具备蒸汽密封条件时，利用源自于氮气密封系统的氮气进行密封；

氮气密封压力应控制在大约0.049~0.098MPa，其氮气纯度不低于99.5%。

1.1.2管侧

在停运情况下水侧应充满除氧水（含氧量5~7PPb以下）。

1.2中等周期（4天至14天）

1.2.1壳侧

采用充氮或充除氧水保护。

采用充氮时，充氮气压力为0.049~0.098MPa，充氮气的纯度不低于99.5%；

采用充除氧水时，其含氧量为5~7PPb，PH值在9.2~9.6，联胺（N2H4）浓度100~150PPm。

1.2.2管侧

a.充水贮存

水侧充满无压力含联胺（N2H4）100~150PPm，PH值在9.2~9.6的除氧水（含氧量为5~7PPb）。

b.充氮密封

当不具备满水贮存条件时采用充氮密封，氮气密封压力应控制在0.049~0.098MPa，氮气的纯度不低于99.5%。

1.3长期（15天或更长）

当停运两星期以上时，管侧与壳侧均应采用充氮气保护，其方法是将管侧、壳侧排净积水，待加热器冷却后用抽真空或烘干法使设备完全干燥，然后管侧、壳侧分别充氮，氮气纯度不低于99.5%，充氮压力为0.049~0.098MPa，当压力低于0.049MPa时，应重新充氮。

1.4系统停运期间（与时间多长无关）

1.4.1正常停运

在设备解列后，无论在壳侧与管侧均应充满含有一定浓度防腐液（钝化水）的水12小时以上，在生成防锈膜层后将水排除。

依正常停运的时间长短，按1.1~1.3所述方法维护高加，以防止高加的腐蚀。

1.4.2紧急停运

当设备停运后或切换至旁路时，应尽快地开始供（充）水或将疏水排放掉（当内部温度高于100℃时）。

当加热器压力降至0.2MPa时，逐渐保持氮气大约0.02MPa，在排除水后继续充氮密封。

当温度降至更低时打开水室，在内部温度仍然较高时，用空气干燥它。

因为内部要充满氮气，在打开水室和开始内部工作之前进行空气清洗是必要的。

由于上述工作是在湿度较小的状态下完成的，且在运行前水室和管子的内表面已形成稳定的保护膜，故不必担心会发生腐蚀问题。

七、检验

高加在长期使用中应定期作如下检验：

7.1检查设备壳体、封头过渡区和其它应力集中部位及所有焊接接头处是否有裂纹，特别是水室管板的圆角过渡区处及管板与水室筒身的对接焊接接头，对有怀疑的部位应采用10倍放大镜检查或采用磁粉、着色进行表面探伤。

如发现表面裂纹时，应采取超声

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