汽輪機(jī)真空系統(tǒng)的氦質(zhì)譜儀檢漏方法及泄漏案例分析

謝作爽，祁 偉，方匡坤，王 飛

（1.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 310012；2.淮浙煤電有限責(zé)任公司鳳臺(tái)發(fā)電分公司，安徽 淮南 232100；3.浙江浙能臺(tái)州第二發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 臺(tái)州 317109；4.浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 金華 321100）

汽輪機(jī)真空系統(tǒng)的氦質(zhì)譜儀檢漏方法及泄漏案例分析

謝作爽1，祁 偉2，方匡坤3，王 飛4

（1.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 310012；2.淮浙煤電有限責(zé)任公司鳳臺(tái)發(fā)電分公司，安徽 淮南 232100；3.浙江浙能臺(tái)州第二發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 臺(tái)州 317109；4.浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 金華 321100）

汽輪機(jī)真空系統(tǒng)的泄漏，會(huì)導(dǎo)致真空的下降，影響汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行。介紹了氦質(zhì)譜儀查漏方法，將之應(yīng)用于發(fā)電廠汽輪機(jī)真空系統(tǒng)查漏工作，并簡(jiǎn)析真空系統(tǒng)查漏工作中易被忽視的泄漏點(diǎn)。對(duì)于某些特定機(jī)型汽輪機(jī)存在共性的泄漏點(diǎn)，結(jié)合案例深入分析與處理，消除影響機(jī)組真空的泄漏點(diǎn)。

凝汽器；真空；檢漏；氦質(zhì)譜儀；推拉裝置；汽缸補(bǔ)償器

0 引言

各汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中，凝汽器真空是保障機(jī)組運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)之一。而影響凝汽器真空的因素是多方面的，比如隨低壓缸排汽進(jìn)入凝汽器汽側(cè)不凝性的空氣量，這主要跟凝結(jié)水溶解氧含量及除氧器除氧效果有關(guān)；因汽輪機(jī)真空系統(tǒng)上設(shè)備、管道等存在泄漏點(diǎn)，被吸入至凝汽器汽側(cè)不凝性的空氣量[1-3]。凝汽器的循環(huán)冷卻水、換熱管束的工作情況以及真空泵或抽氣器等抽真空設(shè)備的運(yùn)行情況也是重要影響因素。以上這些因素的綜合作用，最終影響機(jī)組的真空。

運(yùn)行機(jī)組真空嚴(yán)密性差導(dǎo)致真空泵電流過大，或進(jìn)一步導(dǎo)致凝汽器真空下降，從而影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，一般也都從各影響因素上進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整。除了必要的運(yùn)行調(diào)整，還需通過各種手段進(jìn)行汽輪機(jī)真空系統(tǒng)查漏工作，包括凝汽器壓水查漏法、貼塑料薄膜法、刷肥皂泡法、燭火法、鹵素法、超聲波法、氦質(zhì)譜儀法等[4]。

而其中，鹵素法、超聲波法、氦質(zhì)譜儀法可在機(jī)組運(yùn)行期間在線進(jìn)行，但因鹵素法所用示蹤氣體對(duì)環(huán)境有害，超聲波法又易受周邊環(huán)境影響其檢測(cè)的準(zhǔn)確性。由此，不受周邊環(huán)境影響同時(shí)又不影響周邊環(huán)境的氦質(zhì)譜儀法為最優(yōu)的汽輪機(jī)真空系統(tǒng)在線檢漏方法[5]。

1 氦質(zhì)譜儀查漏技術(shù)介紹

氦質(zhì)譜儀查漏法是一種在線式、易操作，且靈敏度高、抗干擾的監(jiān)測(cè)方法。其在各行業(yè)查漏應(yīng)用中，有真空法、正壓法、真空壓力法、背壓法等4種方法[6]。而在各發(fā)電廠的查漏工作中，多采用真空法和正壓法。發(fā)電機(jī)及壓力容器、壓力管道等的氣密性檢查多采用正壓法，而汽輪機(jī)真空系統(tǒng)查漏則多采用真空法進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏。

該方法使用的氣體噴槍逐塊、逐區(qū)域地對(duì)汽輪機(jī)真空系統(tǒng)各設(shè)備、各部位噴射氦氣。如果某處存在泄漏點(diǎn)，作為檢漏示蹤氣體的氦氣將隨同環(huán)境中的空氣被吸入，最終從真空泵氣水分離器排放管排出，通過監(jiān)測(cè)探頭在抽氣器出口抽吸氦氣及其他不凝性氣體形成的混合氣體，并通過氦質(zhì)譜儀內(nèi)的質(zhì)譜分析功能，分析氦氣分子顆粒在靶板上的物質(zhì)量，判斷被檢位置的泄漏空氣相對(duì)

量[7-8]。

省內(nèi)各測(cè)試單位多采用德國(guó)英?？倒镜腢L1000型移動(dòng)式氦質(zhì)譜儀，其基準(zhǔn)示數(shù)為1.0×10-6Pa·m3/s。在檢漏過程中，根據(jù)氦質(zhì)譜儀顯示屏上示數(shù)變化的情況，判斷被檢位置是否泄漏，及泄漏的程度。

2 汽輪機(jī)真空系統(tǒng)查漏范圍

汽輪機(jī)真空系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備、部位較為繁雜，且現(xiàn)場(chǎng)分布廣，部分設(shè)備、部位的安裝位置差，影響真空泄漏點(diǎn)的查找。應(yīng)根據(jù)機(jī)組的自身特點(diǎn)及具體的泄漏程度，從以下各方面全面或有重點(diǎn)地開展檢漏工作[9-10]。

（1）低壓缸部分：低壓外缸中分面、人孔門、防爆膜及前、后軸封等。

（2）給水泵汽輪機(jī)部分：給水泵汽輪機(jī)中分面、人孔門、防爆膜、軸封及排汽管上的排汽蝶閥、法蘭面、波紋膨脹節(jié)等。

（3）凝汽器及相連的負(fù)壓系統(tǒng)：凝汽器本體，與凝汽器本體相連的低壓旁路、三級(jí)減溫器，各疏水?dāng)U容器，低加、軸加，低加進(jìn)汽管及真空破壞門、水位計(jì)、聯(lián)箱等設(shè)備及附屬管路、閥門等[3-4]。

（4）凝結(jié)水泵及入口區(qū)域：凝結(jié)水泵的軸端機(jī)械密封損壞或軸端密封水工作異常，或入口區(qū)域閥門、濾網(wǎng)、波紋膨脹節(jié)等泄漏，造成凝結(jié)水溶解氧含量超標(biāo)。

（5）微正壓部位：中低壓連通管法蘭、膨脹節(jié)，部分低壓加熱器及相應(yīng)的疏水、排氣管道等部位，在低負(fù)荷時(shí)會(huì)呈現(xiàn)負(fù)壓狀態(tài)，導(dǎo)致空氣被該區(qū)域的泄漏點(diǎn)吸入。

3 常規(guī)泄漏點(diǎn)分析

在利用氦質(zhì)譜儀對(duì)各機(jī)組真空系統(tǒng)查漏過程中，發(fā)現(xiàn)以下普遍存在，但又容易被各發(fā)電廠忽視的泄漏點(diǎn)：

（1）部分機(jī)組的低壓缸前、后軸封處存在10-5～10-4Pa·m3/s級(jí)別的泄漏。

近幾年投產(chǎn)或通流部分改造的機(jī)組，在安裝、檢修過程中普遍將通流部分及汽、軸封徑向間隙調(diào)至汽輪機(jī)廠家規(guī)定值區(qū)間的中、下限，以減少級(jí)間漏汽和軸端漏汽。但在機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)或變工況等過程中，因汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸系振動(dòng)，汽輪機(jī)動(dòng)靜部分的碰磨會(huì)使汽、軸封徑向間隙逐步擴(kuò)大。其次，在機(jī)組工況變化、軸封徑向間隙變化的過程中，軸封低壓母管供、回汽無(wú)法同步變化；另外，部分機(jī)組因軸封體與低壓外缸結(jié)合面、軸封體上、下兩半結(jié)合面出現(xiàn)間隙等原因，導(dǎo)致出現(xiàn)10-5～10-4Pa·m3/s級(jí)別的泄漏。軸封泄漏可通過解體軸封重新調(diào)整軸封間隙，或處理軸封上、下半結(jié)合面，軸封與低壓外缸結(jié)合面間隙的方式進(jìn)行消除；在無(wú)法解體重新調(diào)整軸封間隙及處理軸封各結(jié)合面時(shí)，可通過調(diào)整低壓缸軸封的供、回汽來(lái)消除，但應(yīng)加強(qiáng)對(duì)潤(rùn)滑油油質(zhì)的監(jiān)視[11]。

（2）部分機(jī)組汽輪機(jī)、給水泵汽輪機(jī)真空信號(hào)或排汽壓力信號(hào)、壓力表及溫度套管管路等存在10-5Pa·m3/s級(jí)別的泄漏。

因無(wú)法足夠靠近被檢的測(cè)量管路進(jìn)行精確測(cè)量，因此實(shí)際泄漏率可能更大。正壓系統(tǒng)的信號(hào)管路因發(fā)生接頭松動(dòng)或管道焊縫開裂等現(xiàn)象時(shí)，被測(cè)量介質(zhì)會(huì)經(jīng)泄漏點(diǎn)溢出，容易被發(fā)現(xiàn)并得到及時(shí)處理。但類似凝汽器真空、給水泵汽輪機(jī)排汽壓力等信號(hào)屬于負(fù)壓信號(hào)，發(fā)生泄漏時(shí)不易被察覺；同時(shí)因涉及汽輪機(jī)、給水泵汽輪機(jī)的跳閘邏輯，導(dǎo)致大部分發(fā)電廠和查漏廠家均不對(duì)該類管路進(jìn)行查漏。但如果任由已存在泄漏的接頭、焊縫持續(xù)泄漏，反而因泄漏量過大，導(dǎo)致對(duì)壓力、真空信號(hào)測(cè)量不準(zhǔn)，引發(fā)汽輪機(jī)、給水泵的跳閘邏輯。應(yīng)對(duì)發(fā)現(xiàn)的此類信號(hào)管路漏點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)封堵，并在合適時(shí)間進(jìn)行進(jìn)一步處理。

（3）部分機(jī)組凝汽器、小機(jī)排汽管道、低旁管道、三級(jí)減溫水后管道等負(fù)壓區(qū)域人孔門10-5～10-4Pa·m3/s級(jí)別的泄漏。

因人孔門密封墊片的裝復(fù)工藝、質(zhì)量不過關(guān)，或使用周期較長(zhǎng)而老化、開裂等原因?qū)е氯丝组T處泄漏。對(duì)于此類重要的密封件，在設(shè)備裝復(fù)前和裝復(fù)時(shí)加強(qiáng)工藝、質(zhì)量控制；并適當(dāng)減少此類密封件的使用周期。發(fā)生泄漏后，及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)封堵。

各相應(yīng)泄漏點(diǎn)的氦質(zhì)譜儀示數(shù)較小，但其分布廣、數(shù)量多，如果泄漏點(diǎn)數(shù)量增加，則相應(yīng)的總泄漏量就可能影響到機(jī)組真空。

4 特定機(jī)型汽輪機(jī)真空系統(tǒng)泄漏案例分析

除了以上幾個(gè)各類型機(jī)組可能均會(huì)普遍存在的泄漏點(diǎn)之外，某些特定機(jī)型的汽輪機(jī)真空系統(tǒng)存在的泄漏點(diǎn)，也應(yīng)引起足夠重視。

4.1 低壓缸推拉裝置

4.1.1 泄漏點(diǎn)介紹

（1）X發(fā)電廠泄漏點(diǎn)介紹。

X發(fā)電廠1號(hào)、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為上汽1 050 MW超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)。為減少汽缸與轉(zhuǎn)子間的相對(duì)膨脹，尤其是低壓內(nèi)缸與低壓轉(zhuǎn)子的相對(duì)膨脹，中壓外缸與低壓內(nèi)缸以及各低壓內(nèi)缸之間布置推拉裝置[12]。

在利用氦質(zhì)譜儀對(duì)該發(fā)電廠2號(hào)汽輪機(jī)A低壓缸側(cè)真空系統(tǒng)進(jìn)行查漏時(shí)，發(fā)現(xiàn)A低壓缸左前、左后、右前、右后推拉裝置處（汽輪機(jī)前軸承箱視向）存在大漏點(diǎn)，其質(zhì)譜儀示數(shù)分別為2.63×10-4Pa·m3/s， 2.08×10-4Pa·m3/s，1.6×10-4Pa·m3/s，1.48×10-4Pa·m3/s。

對(duì)X發(fā)電廠1號(hào)汽輪機(jī)A與B低壓缸側(cè)真空系統(tǒng)進(jìn)行查漏時(shí)，在A與B低壓缸左前、左后、右前、右后推拉裝置處均發(fā)現(xiàn)10-5Pa·m3/s等級(jí)以上中等漏點(diǎn)。

（2）Y發(fā)電廠泄漏點(diǎn)介紹。

Y發(fā)電廠3號(hào)、4號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為上汽660 MW超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，A與B低壓缸同樣各有4只推拉裝置。對(duì)其3號(hào)汽輪機(jī)A與B低壓缸的推拉裝置進(jìn)行查漏時(shí)，發(fā)現(xiàn)各推拉裝置均存在泄漏率不等的泄漏點(diǎn)，其質(zhì)譜儀示數(shù)見表1。

表1 Y發(fā)電廠3號(hào)機(jī)A與B低壓缸推拉裝置氦質(zhì)譜儀檢漏示數(shù)Pa·m3/s

4.1.2 泄漏點(diǎn)分析

如圖1所示，分析汽缸推拉裝置的汽缸補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)，并考慮到氦氣的易擴(kuò)散性，決定以汽缸補(bǔ)償器的護(hù)罩為界，依次對(duì)汽缸補(bǔ)償器護(hù)罩內(nèi)側(cè)、外側(cè)檢查，以盡量確定汽缸推拉裝置的汽缸補(bǔ)償器區(qū)域的泄漏情況。X與Y兩發(fā)電廠相應(yīng)位置的質(zhì)譜儀示數(shù)見表2、表3。

圖1 汽缸推拉裝置的汽缸補(bǔ)償器局部結(jié)構(gòu)

如表2、表3所示，推拉裝置的汽缸補(bǔ)償器區(qū)域均存在泄漏率不同的漏點(diǎn)，且以汽缸補(bǔ)償器護(hù)罩為界，護(hù)罩外側(cè)的泄漏明顯大于護(hù)罩內(nèi)側(cè)的泄漏。研究汽缸補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)，推斷推拉裝置內(nèi)側(cè)密封法蘭與低壓外缸間的密封條老化泄漏、護(hù)罩與推拉裝置內(nèi)側(cè)密封法蘭的角焊縫開裂為汽缸補(bǔ)償器護(hù)罩外側(cè)泄漏的2個(gè)可能原因。

表2 X發(fā)電廠1號(hào)機(jī)A低壓缸推拉裝置第二次氦質(zhì)譜儀檢漏示數(shù)Pa·m3/s

4.1.3 臨時(shí)處理措施

因運(yùn)行期間汽缸補(bǔ)償器護(hù)罩與低壓外缸之間無(wú)相對(duì)位移，Y發(fā)電廠決定對(duì)3號(hào)汽輪機(jī)B低壓缸的推拉裝置汽缸補(bǔ)償器護(hù)罩外側(cè)與低壓外缸之間的間隙使用密封膠進(jìn)行填縫處理。填縫處理后的氦質(zhì)譜儀示數(shù)見表4。可見，使用密封膠填縫處理后，各推拉裝置的汽缸補(bǔ)償器的泄漏大體上呈下降趨勢(shì)。但隨時(shí)間和溫度的變化，存在各處密封膠老化開裂后，各推拉裝置處的泄漏率回升的可能性。

4.1.4 建議停機(jī)處理措施

包括X發(fā)電廠1號(hào)、2號(hào)機(jī)，Y發(fā)電廠3號(hào)、4號(hào)機(jī)在內(nèi)的各臺(tái)上汽600 MW與1 000 MW等級(jí)機(jī)組應(yīng)利用機(jī)組機(jī)修期間，對(duì)各汽缸推拉裝置進(jìn)行解體，對(duì)各道波紋補(bǔ)償器、各部位焊縫進(jìn)行滲透探傷，更換各道密封件。

4.2 軸承箱溢油管路

4.2.1 泄漏點(diǎn)介紹

Y發(fā)電廠1號(hào)、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為東汽600 MW超臨界、中間一次再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，配N-36000-7型雙殼體、雙背壓、雙進(jìn)雙出、單流程、橫向布置凝汽器[13-15]。

與文獻(xiàn)[13]所提的情況類似，Y發(fā)電廠1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)期間，利用氦質(zhì)譜儀進(jìn)行真空系統(tǒng)查漏，發(fā)現(xiàn)高、低壓凝汽器左側(cè)（爐側(cè)）斜接頸上各自引出的規(guī)格為Φ57 mm×3.5 mm的排污管的管口處，質(zhì)譜儀示數(shù)為10-3～10-2Pa·m3/s級(jí)別。經(jīng)查，為A與B低壓缸前、后軸承箱溢油管分別從A與B低壓外缸前、后端穿入凝汽器汽側(cè)，在各臺(tái)凝汽器汽側(cè)匯合后，從距各自凝汽器排汽中心線430 mm，高度9.8 m處的左側(cè)（爐側(cè)）斜接頸處穿出[13]。

4.2.2 泄漏點(diǎn)分析

該管道上沿程較多焊縫，又多次穿過凝汽器汽側(cè)金屬壁面，導(dǎo)致凝汽器汽側(cè)內(nèi)部管道或凝汽器斜接頸上的穿壁管的任一道焊縫出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，均可能使空氣漏入凝汽器汽側(cè)。且排污管道的首、末端均未設(shè)置隔離閥門，無(wú)法實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的隔離。

4.2.3 臨時(shí)處理措施

使用軟木塞封堵各排污管首、末端，使用密封膠或其他材料封堵穿壁管處焊縫。臨時(shí)處理后，2路排污管首、末端及穿壁管焊縫處泄漏檢查時(shí)質(zhì)譜儀示數(shù)為10-6～10-5Pa·m3/s級(jí)別。

4.2.4 建議停機(jī)處理措施

該管道原作用為引流各軸承箱油檔溢油，減少火災(zāi)隱患。實(shí)際運(yùn)行中，因各軸承箱負(fù)壓建立情況及油檔密封情況良好，已無(wú)該管道存在的必要性。

因此，建議包括Y發(fā)電廠1號(hào)、2號(hào)機(jī)在內(nèi)的東汽600 MW與1 000 MW等級(jí)機(jī)組取消該管道，封堵該管道原在凝汽器斜接頸上的開孔，并為斜接頸封堵處的內(nèi)、外壁面做防腐處理。

5 結(jié)語(yǔ)

不同類型、不同運(yùn)行工況下的汽輪機(jī)組，真空系統(tǒng)的泄漏點(diǎn)也各不相同，但其中也埋伏著一些容易被忽視的類似泄漏點(diǎn)；某些同類型的汽輪機(jī)組，也存在著某些設(shè)計(jì)、制造或安裝的缺陷造成的相同泄漏點(diǎn)。以上介紹了幾處典型案例，以供廣大運(yùn)行、維護(hù)、檢修及試驗(yàn)人員在機(jī)組真空系統(tǒng)運(yùn)行、檢修及查漏工作中參考。

表3 Y發(fā)電廠3號(hào)機(jī)A與B低壓缸推拉裝置第二次氦質(zhì)譜儀檢漏示數(shù)Pa·m3/s

表4 Y電廠3號(hào)機(jī)A與B低壓缸推拉裝置臨時(shí)處理后氦質(zhì)譜儀檢漏示數(shù)Pa·m3/s

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2017-09-22

謝作爽（1983），男，工程師，從事發(fā)電廠汽輪機(jī)性能試驗(yàn)相關(guān)工作。

（本文編輯：陸 瑩）

Leak Detection Method for Vacuum System of Steam Turbine Using Helium Mass Spectrometer and Leakage Case Analysis

XIE Zuoshuang1， QI Wei2， FANG Kuangkun3， WANG Fei4
（1.Zhejiang Energy Group Ramp;D Co.， Ltd.， Hangzhou 310012， China；2.Huaizhe Coalamp;Power Co.， Ltd.， Fengtai Power Branch，Huainan Anhui 232100，China；3.Zhejiang Zheneng Taizhou Second Electric Power Generation Co.， Ltd.， Taizhou Zhejiang 317109， China；4.Zhejiang Zheneng Lanxi Power Generation Co.，Ltd.，Jinhua Zhejiang 321100，China）

The drop of the vacuum level of the turbine is caused by the leakage of the vacuum system of steam turbine which seriously affects economic and safe operation of unit.The vacuum system leakage detection method using helium mass spectrometer and its application in vacuum system leakage detection of steam turbine are introduced in the paper.The paper also analyzes leakage points that are often ignored.Combined leakage cases，the analysis and processing method are advanced to remove some common leakage points which affected the turbine vacuum for the typical steam turbines.

condenser； vacuum； leak detection； helium mass spectrometer； thrust bolt device； cylinder compensator

10.19585/j.zjdl.201711014

1007-1881（2017）11-0078-05

TK26

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