氦質(zhì)譜檢漏儀查漏原理及其應(yīng)用

2010-03-13 高滿生湖北省電力試驗研究院

　　介紹了氦質(zhì)譜檢漏儀查漏的原理,通過分析湖北省內(nèi)3臺機組真空系統(tǒng)氦質(zhì)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(jīng)濟性和出力,實現(xiàn)節(jié)能降耗的有效手段。

1、氦質(zhì)譜檢漏儀查漏原理

　　氦質(zhì)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(huán)境(以前的鹵素檢漏污染環(huán)境) 、不危及安全生產(chǎn)(以前的燭光法不適用于氫冷發(fā)電機)等優(yōu)點。以日本的HEL IOT- 303AS氦質(zhì)譜查漏儀進行真空系統(tǒng)查漏為例,其連接圖見圖1。

圖1　真空系統(tǒng)查漏連接圖

　　正常運行時,空氣經(jīng)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(zhì)譜檢漏儀,在真空系統(tǒng)的漏點處噴氦氣,由于氦質(zhì)譜檢漏儀工作時能形成比水環(huán)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(zhì)譜檢漏儀,由于氦分子質(zhì)量與其他分子質(zhì)量不一樣,通過磁場產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)磁力不一樣,儀器上設(shè)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(shù),即可知道通過的分子數(shù)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(tǒng)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(chǎn)的水環(huán)式機械真空泵。3號機組于1997年2月首次并網(wǎng)發(fā)電, 5月完成168 h滿負荷試運,由于機組真空系統(tǒng)龐大,投產(chǎn)后機組真空狀況不好,在設(shè)計循環(huán)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(tǒng)存在明顯泄漏。

　　1997年11月3日開始,對機組真空系統(tǒng)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(zhì)譜檢漏儀共檢查了109處可能漏點,發(fā)現(xiàn)了19處真實漏點,最大漏點主要是機組3號瓦處(低缸調(diào)端)區(qū)域,漏率達到10^-6 Pa·m³ / s,而內(nèi)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(tǒng)灌水查漏,證實了氦質(zhì)譜查漏的位置。當(dāng)水位灌至凝汽器喉部下方時,凝汽器調(diào)端接頸斜面即往外冒水,檢查發(fā)現(xiàn), 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(diào)端斜接頸穿入凝汽器再從爐側(cè)斜接頸穿出,然后排至地溝,由于調(diào)端斜接頸平面與排污管焊口處焊縫開裂,從而導(dǎo)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(shù)據(jù)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(huán)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(tǒng)查漏

　　襄樊電廠4號汽輪機組是由東方汽輪機廠生產(chǎn)的300MW亞臨界機組, 1999 年8 月19 日并網(wǎng)運行。當(dāng)時真空嚴密性試驗結(jié)果為1 080 Pa /min,大大超出400 Pa /min的合格標(biāo)準(zhǔn)。

　　2000年4月3日至4月14日對該機真空系統(tǒng)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(zhì)譜檢漏,并對發(fā)現(xiàn)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(shù)計,真空下降率為117 Pa /min;取DEH真空表讀數(shù)計,真空下降率為157 Pa /min,真空嚴密性試驗結(jié)果達到小于270Pa /min的良好標(biāo)準(zhǔn)。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(fā)現(xiàn)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(cè)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(shù)據(jù)見表2) 。根據(jù)單側(cè)堵漏的效果推算,若進行兩側(cè)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(tǒng)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(shè)計背壓為4.5 kPa。該機組是1998年投產(chǎn)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(shù)據(jù)) ,排汽溫度達51℃ (DAS數(shù)據(jù)) 。真空嚴密性試驗僅持續(xù)2 min,凝汽器真空由91. 80 kPa降至84. 95 kPa(DAS數(shù)據(jù)) ,取2 min數(shù)據(jù)計算,真空系統(tǒng)嚴密性為3.4 kPa /min,大大超過0.4 kPa /min的合格標(biāo)準(zhǔn),表明真空系統(tǒng)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(huán)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(jīng)制造廠同意,檢修人員將垂直的圓環(huán)形封板從水平中分面處割成上下兩半,切割口的寬度爐側(cè)為5～8 mm,電側(cè)的寬度為5 mm,長度約為200 mm (圓環(huán)形封板的徑向尺寸) ,大修后未作恢復(fù)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(huán)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(nèi)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(cè)往缸內(nèi)數(shù)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(tài)( -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(jīng)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?yōu)樨搲?汽輪機啟動升速階段2段抽汽也可能變?yōu)樨搲?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(zhuǎn)前抽真空的時候,由于汽輪機沒有進汽,高壓汽缸內(nèi)是負壓狀態(tài),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(nèi),將前軸封套環(huán)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(zhì)譜檢漏儀對真空系統(tǒng)現(xiàn)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(zhì)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(fā)現(xiàn)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(fù)正常。

2.4、效益分析

　　效益分析見表3。

表3　效益分析