结垢与泄漏是汽轮机组热交换器常见的两大故障,解决好汽轮机组热交换器的运行监测与故障诊断,特别是寻求一种与运行工况无关或与运行工况变化相关性不大的监测方法,对确保机组安全、经济运行,具有重要的理论意义和工程实用价值。本文应用热交换器设计、分析中的传热单元数法,建立了热交换器传热有效度分析计算模型,提出了基于热交换器传热有效度模型的热交换器结垢、泄漏故障的诊断方法,并进一步给出了消除运行工况对监测结果影响的修正方法。根据高压加热器的传热机理,将高加的整体传热面分为过热蒸汽冷却段、蒸汽凝结段和疏水冷却段,建立了各段传热有效度的计算模型;根据能量和质量平衡,以及水位与疏水调节阀开度变化,讨论了高压加热器泄漏故障早期诊断的可行性;最后建立了以传热有效度为主体,泄漏因子和水位与疏水调节阀开度为辅助的高压加热器泄漏故障监测与诊断的综合模型。利用湿蒸汽的温度与压力的关联关系,通过建立蒸汽饱和压力与饱和温度高精度简化数学模型,实现了基于凝汽器喉部蒸汽温度的凝汽器绝对压力虚拟测量;基于流体流量动压测量原理,借助于凝汽器的绝对压力、汽阻、抽气管内汽气混合物的温度等现有监测信号及汽、气混合物流动动压,建立了基于动压测量的蒸汽、空气流量分离计算模型,并研究、分析了凝汽器不同运行工况时漏入凝汽器空气量测量的可行性和动压传感器的选型;基于无相变传热有效度数学模型,建立了用以监测凝汽器水侧结垢状态的诊断模型,并理论研究了诊断方法的正确有效性。论文以徐州发电有限公司国产200MW汽轮机组的故障运行数据为对象,对上述各诊断方法用于高压加热器和凝汽器进行验证;以某燃机机组的闭式冷却器的设计参数为对象,对无相变换热器的结垢故障诊断方法进行验证,证明了所提出的状态监测与故障诊断方法的正确性、可靠性和实用性。