氦質譜檢漏儀查漏原理及其應用

2010-03-13 真空檢漏 高滿生 湖北省電力試驗研究院

  介紹了氦質譜檢漏儀查漏的原理,通過分析湖北省內3臺機組真空系統氦質譜檢漏儀查漏的情況及真空狀況的改善,指出提高汽輪機真空,是提高機組運行經濟性和出力,實現節能降耗的有效手段。

1、氦質譜檢漏儀查漏原理

  氦質譜檢漏是一種精度很高的不停機查漏方法,具有靈敏度高、抗干擾、不污染環境(以前的鹵素檢漏污染環境) 、不危及安全生產(以前的燭光法不適用于氫冷發電機)等優點。以日本的HEL IOT- 303AS氦質譜查漏儀進行真空系統查漏為例,其連接圖見圖1。


圖1 真空系統查漏連接圖

  正常運行時,空氣經過漏點被吸入凝汽器后被真空泵抽出,排至大氣。試驗時在真空泵入口的空氣管上接一根軟管至氦質譜檢漏儀,在真空系統的漏點處噴氦氣,由于氦質譜檢漏儀工作時能形成比水環式真空泵更高的真空,因此,漏入真空泵入口管上氦氣與空氣的混合元體,有一部分被吸入到氦質譜檢漏儀,由于氦分子質量與其他分子質量不一樣,通過磁場產生的偏轉磁力不一樣,儀器上設計有一狹縫,剛好使氦分子通過而其他分子無法通過,這樣,通過狹縫后的氦分子打在收集板上,通過靶板計數,即可知道通過的分子數泄漏量的相對大小。

2、查漏實例及效益分析

2.1、陽邏電廠3號汽輪機300MW真空系統查漏

  陽邏電廠3號汽輪機組是上海汽輪機廠制造的N300216.7/538/538 型汽輪機,凝汽器由上海電站輔機廠制造, 2臺真空泵是由武漢水泵廠生產的水環式機械真空泵。3號機組于1997年2月首次并網發電, 5月完成168 h滿負荷試運,由于機組真空系統龐大,投產后機組真空狀況不好,在設計循環水溫時, 2臺真空泵運行,真空僅94 kPa,排汽溫度達40℃,若單臺真空泵運行,真空降低約2 kPa,表明真空系統存在明顯泄漏。

  1997年11月3日開始,對機組真空系統泄漏情況進行檢查,制定泄漏檢查清單。1997年11月4~5日,采用氦質譜檢漏儀共檢查了109處可能漏點,發現了19處真實漏點,最大漏點主要是機組3號瓦處(低缸調端)區域,漏率達到10-6 Pa·m3 / s,而內徑12 mm的儀表管漏率約為10-7 Pa·m3/s,因此,泄漏點大小超過<38 mm。12月初,機組小修時對真空系統灌水查漏,證實了氦質譜查漏的位置。當水位灌至凝汽器喉部下方時,凝汽器調端接頸斜面即往外冒水,檢查發現, 3號軸承洼窩底部有一個<57的排污管,由于位置狹窄,該管從凝汽器調端斜接頸穿入凝汽器再從爐側斜接頸穿出,然后排至地溝,由于調端斜接頸平面與排污管焊口處焊縫開裂,從而導致機組運行時真空嚴密性不好,影響機組真空達2 kPa。小修中將該點焊縫處理后,機組真空情況大大改善,處理前后機組真空情況對比見表1。

表1 陽邏3號機組真空狀況改善對照表

  表1數據表明機組真空狀況明顯改善,真空嚴密性大大提高,查漏前不合格,查漏處理后泄漏率減小為0. 26 kPa·min- 1 ,達到良好水平;凝汽器端差大大降低,由9℃降至5℃,由于泄漏空氣量減少,凝汽器銅管傳熱的熱阻減小,端差降低,機組真空提高;相同負荷情況下,機組真空提高約3. 9 kPa,扣除循環水入口水溫的影響2. 1 kPa,機組真空提高約1. 8 kPa,這與運行人員記錄停運1臺真空泵真空降低2 kPa吻合。

2.2、襄樊電廠4號汽輪機真空系統查漏

  襄樊電廠4號汽輪機組是由東方汽輪機廠生產的300MW亞臨界機組, 1999 年8 月19 日并網運行。當時真空嚴密性試驗結果為1 080 Pa /min,大大超出400 Pa /min的合格標準。

  2000年4月3日至4月14日對該機真空系統的所有法蘭中分面、焊縫、閥門閥桿、對空排放門、大小機軸封、凝汽器喉部等100多個部位進行了氦質譜檢漏,并對發現的漏點進行了堵漏處理。4月15日再次進行真空嚴密性試驗,試驗中全停真空泵,試驗負荷283MW,取DCS真空表讀數計,真空下降率為117 Pa /min;取DEH真空表讀數計,真空下降率為157 Pa /min,真空嚴密性試驗結果達到小于270Pa /min的良好標準。查漏堵漏處理后相同負荷條件下機組真空由93 kPa提高到94 kPa。

  2008年4月,機組真空嚴密性再次變差,檢查了100多處可能漏點,發現34處漏點,最大漏點為低壓缸后軸封(漏率為3. 44 ×10 -5 Pa·m3/s, <10儀表管閥門開啟半圈漏率為1. 5 ×10- 6 Pa·m3/s) ! 

  2008年4月14下午,為證實漏點部位及檢驗堵漏效果,電廠檢修部進行臨時性堵漏工作:采用汽缸密封脂對漏點部位進行封堵,堵完一側軸封隔板套上半圈,真空上升約0. 2~0.3kPa,隨后,對軸封隔板套下半圈和軸封處汽缸中分面進行堵漏,真空又上升0. 3 kPa (數據見表2) 。根據單側堵漏的效果推算,若進行兩側堵漏,真空也將上升約1 kPa。

表2 襄樊4號機組真空狀況改善對照表

2.3、沙市電廠9號汽輪機真空系統查漏

  沙市電廠9號汽輪機組是哈爾濱汽輪機廠制造的C5528. 83 /0. 98型抽汽凝汽式汽輪機,配2臺射水抽氣器,額定工況機組設計背壓為4.5 kPa。該機組是1998年投產的改造機組, 2001年4 月份機組大修。大修前機組真空狀況不好, 2001年3月6日在55MW負荷運行,真空僅90 kPa (DAS數據) ,排汽溫度達51℃ (DAS數據) 。真空嚴密性試驗僅持續2 min,凝汽器真空由91. 80 kPa降至84. 95 kPa(DAS數據) ,取2 min數據計算,真空系統嚴密性為3.4 kPa /min,大大超過0.4 kPa /min的合格標準,表明真空系統存在明顯泄漏, 2001 年4 月份機組大修,大修后開機時,機組真空僅能達到62 kPa,無法啟動。5月18日下午, 9號機組再次抽真空進行運行查漏。固定端抽氣器運行, 8min后真空升到62kPa便不再上升,汽輪機無法啟動。電廠檢修人員反映,大修期間揭缸的時候,高壓前軸封套與汽缸之間有一垂直的圓環形封板將上下汽缸用整圈螺栓連在一起,由于下半圈螺栓與下汽缸連在一起,被前軸承箱(1號軸承箱)擋住,無法拆卸,經制造廠同意,檢修人員將垂直的圓環形封板從水平中分面處割成上下兩半,切割口的寬度爐側為5~8 mm,電側的寬度為5 mm,長度約為200 mm (圓環形封板的徑向尺寸) ,大修后未作恢復處理。因此,大修后首次啟動真空差的直接原因是機組前軸封套環形封板檢修切割口的泄漏。

  找到原因后,汽輪機抽真空后對該處進行火焰法檢查,打火機的火焰被長長地吸入切割口處,表明該處存在明顯泄漏。破壞真空后,將該處進行內部封堵及外部切割口封焊。重新抽真空,真空最高值達到85 kPa,比處理前提高23 kPa。泄漏機理分析:高壓前軸封6檔汽封,有5檔漏氣引出。5檔漏氣從大氣側往缸內數分別是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ,去向分別是: Ⅰ檔軸封回汽(氣)到軸加,Ⅱ檔軸封供汽從除氧器來, Ⅲ檔軸封漏氣接至6抽口(額定壓力0.04Mpa ( a) ) , Ⅳ檔軸封漏氣接至5抽口(額定壓力0.2MPa (a)) , Ⅴ檔軸封漏氣接至2抽口(額定壓力2.5MPa (a) ) 。機組額定負荷運行時, 6抽為負壓狀態( -60 kPa) ,高壓前軸封密封不好,大氣中的空氣軸向漏入,從軸封Ⅲ檔沿連通管進入6段抽汽,經低壓缸或1號低加從而進入凝汽器,影響機組真空。負荷低于40% ~50%額定負荷時,5段抽汽也開始變為負壓,汽輪機啟動升速階段2段抽汽也可能變為負壓,這些部位成為低負荷階段的空氣漏點,是機組負荷增加真空反而上升的原因。

  甚至在汽輪機啟動沖轉前抽真空的時候,由于汽輪機沒有進汽,高壓汽缸內是負壓狀態,空氣可直接由前軸封、前軸封套與高壓缸間的間隙漏入汽缸內,將前軸封套環形封板切割口的初步封堵處理后,真空比處理前提高23 kPa。

  影響機組運行真空的最大漏點是機組前、后軸封處。5月19日至21日,運用氦質譜檢漏儀對真空系統現場進行了實地檢查。由于大修期間進行了灌水查漏,因此氦質譜查漏重點為灌水查漏查不到的地方(凝汽器喉部以上的汽輪機本體部位) ,共檢查了76處可能漏點,發現了4處真實漏點。最大漏點主要是機組前、后軸封處,漏率達到2 ×10- 6 Pa·m3/s及1.5 ×10-5 Pa·m3/s。其中后軸封泄漏包括兩部分,即后軸封5 ×10-6 Pa·m3/s,后軸封套與低壓缸相連的垂直法蘭面間隙6.2×10-6 Pa·m3/s。對漏點進行處理后機組的真空恢復正常。

2.4、效益分析

  效益分析見表3。

表3 效益分析

3、結論

  通過在多個電廠實施氦質譜查漏,發現了影響真空的大漏點。通過消除漏點,有效提高了汽輪機組真空,節能降耗減排效果顯著。因此,氦質譜檢漏值得大力推廣和實施。