氦質(zhì)譜檢漏儀查漏原理及其應用
介紹了氦質(zhì)譜檢漏儀查漏的原理,通過(guò)分析湖北省內3臺機組真空系統氦質(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(shí)現節能降耗的有效手段。
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(diǎn)。以日本的HEL IOT- 303AS氦質(zhì)譜查漏儀進(jìn)行真空系統查漏為例,其連接圖見(jiàn)圖1。
圖1 真空系統查漏連接圖
正常運行時(shí),空氣經(jīng)過(guò)漏點(diǎn)被吸入凝汽器后被真空泵抽出,排至大氣。試驗時(shí)在真空泵入口的空氣管上接一根軟管至氦質(zhì)譜檢漏儀,在真空系統的漏點(diǎn)處噴氦氣,由于氦質(zhì)譜檢漏儀工作時(shí)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(guò)磁場(chǎng)產(chǎn)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(guò)而其他分子無(wú)法通過(guò),這樣,通過(guò)狹縫后的氦分子打在收集板上,通過(guò)靶板計數,即可知道通過(guò)的分子數泄漏量的相對大小。
2、查漏實(shí)例及效益分析
2.1、陽(yáng)邏電廠(chǎng)3號汽輪機300MW真空系統查漏
陽(yáng)邏電廠(chǎng)3號汽輪機組是上海汽輪機廠(chǎng)制造的N300216.7/538/538 型汽輪機,凝汽器由上海電站輔機廠(chǎng)制造, 2臺真空泵是由武漢水泵廠(chǎng)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(mǎn)負荷試運,由于機組真空系統龐大,投產(chǎn)后機組真空狀況不好,在設計循環(huán)水溫時(shí), 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(kāi)始,對機組真空系統泄漏情況進(jìn)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(diǎn),發(fā)現了19處真實(shí)漏點(diǎn),最大漏點(diǎn)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(diǎn)大小超過(guò)<38 mm。12月初,機組小修時(shí)對真空系統灌水查漏,證實(shí)了氦質(zhì)譜查漏的位置。當水位灌至凝汽器喉部下方時(shí),凝汽器調端接頸斜面即往外冒水,檢查發(fā)現, 3號軸承洼窩底部有一個(gè)<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(kāi)裂,從而導致機組運行時(shí)真空嚴密性不好,影響機組真空達2 kPa。小修中將該點(diǎn)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(jiàn)表1。
表1 陽(yáng)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(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(chǎng)4號汽輪機真空系統查漏
襄樊電廠(chǎng)4號汽輪機組是由東方汽輪機廠(chǎng)生產(chǎn)的300MW亞臨界機組, 1999 年8 月19 日并網(wǎng)運行。當時(shí)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(mén)閥桿、對空排放門(mén)、大小機軸封、凝汽器喉部等100多個(gè)部位進(jìn)行了氦質(zhì)譜檢漏,并對發(fā)現的漏點(diǎn)進(jìn)行了堵漏處理。4月15日再次進(jìn)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(diǎn),發(fā)現34處漏點(diǎn),最大漏點(diǎn)為低壓缸后軸封(漏率為3. 44 ×10 -5 Pa·m3/s, <10儀表管閥門(mén)開(kāi)啟半圈漏率為1. 5 ×10- 6 Pa·m3/s) �！ �
2008年4月14下午,為證實(shí)漏點(diǎn)部位及檢驗堵漏效果,電廠(chǎng)檢修部進(jìn)行臨時(shí)性堵漏工作:采用汽缸密封脂對漏點(diǎn)部位進(jìn)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(jìn)行堵漏,真空又上升0. 3 kPa (數據見(jiàn)表2) 。根據單側堵漏的效果推算,若進(jìn)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(chǎng)9號汽輪機真空系統查漏
沙市電廠(chǎng)9號汽輪機組是哈爾濱汽輪機廠(chǎng)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(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(guò)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(kāi)機時(shí),機組真空僅能達到62 kPa,無(wú)法啟動(dòng)。5月18日下午, 9號機組再次抽真空進(jìn)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(wú)法啟動(dòng)。電廠(chǎng)檢修人員反映,大修期間揭缸的時(shí)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(wú)法拆卸,經(jīng)制造廠(chǎng)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,切割口的寬度爐側為5～8 mm,電側的寬度為5 mm,長(cháng)度約為200 mm (圓環(huán)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(dòng)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(jìn)行火焰法檢查,打火機的火焰被長(cháng)長(cháng)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(jìn)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(lái), 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(shí), 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(jìn)入6段抽汽,經(jīng)低壓缸或1號低加從而進(jìn)入凝汽器,影響機組真空。負荷低于40% ～50%額定負荷時(shí),5段抽汽也開(kāi)始變?yōu)樨搲?汽輪機啟動(dòng)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(diǎn),是機組負荷增加真空反而上升的原因。
甚至在汽輪機啟動(dòng)沖轉前抽真空的時(shí)候,由于汽輪機沒(méi)有進(jìn)汽,高壓汽缸內是負壓狀態(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,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(diǎn)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現場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)地檢查。由于大修期間進(jìn)行了灌水查漏,因此氦質(zhì)譜查漏重點(diǎn)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(diǎn),發(fā)現了4處真實(shí)漏點(diǎn)。最大漏點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)行處理后機組的真空恢復正常。
2.4、效益分析
效益分析見(jiàn)表3。
表3 效益分析
3、結論
通過(guò)在多個(gè)電廠(chǎng)實(shí)施氦質(zhì)譜查漏,發(fā)現了影響真空的大漏點(diǎn)。通過(guò)消除漏點(diǎn),有效提高了汽輪機組真空,節能降耗減排效果顯著(zhù)。因此,氦質(zhì)譜檢漏值得大力推廣和實(shí)施。
