凝汽式汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性差分析及對(duì)策

黃藝峰

(中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525000)

1 前言

對(duì)于汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，真空的高低對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有著直接的關(guān)系，真空高，排汽壓力低，有效焓降較大，被循環(huán)水帶走的熱量越少，機(jī)組的效率越高，當(dāng)凝汽器內(nèi)漏入空氣后，降低了真空，有效焓降減少，循環(huán)水帶走的熱量增多。通過(guò)凝汽器的真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果，可以鑒定凝汽器的工作情況，采取對(duì)策消除泄漏點(diǎn)。

2 汽輪機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

公司兩臺(tái)汽輪機(jī)組為南京汽輪電機(jī)集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CC50-9.5/4.0/12.7型雙抽凝汽式汽輪機(jī)。真空抽汽系統(tǒng)采用兩臺(tái)2BW4 253-0EK4型水環(huán)真空泵，抽氣量：48.96kg/h(干空氣量)，最高抽氣真空度：3.3kPa，汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)水環(huán)真空泵一開(kāi)一備。汽輪機(jī)主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 汽輪機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3 凝汽器真空的成因

凝汽器中形成真空的成因是，由于汽輪機(jī)的排汽被冷卻成凝結(jié)水，其比容急劇縮小。如蒸汽在絕對(duì)壓力4kPa時(shí)，蒸汽的體積比水容積大3萬(wàn)多倍[1]。當(dāng)排汽凝結(jié)成水后，體積就大為縮小，使凝汽器汽側(cè)形成高度真空，它是汽水系統(tǒng)完成循環(huán)的必要條件。正是因?yàn)槟鲀?nèi)部為極高的真空，所以所有與之相連接的設(shè)備都有可能因?yàn)椴粐?yán)而往凝汽器內(nèi)部漏入空氣，加上汽輪機(jī)排汽中的不凝結(jié)氣體，如果不及時(shí)抽出，將會(huì)逐漸升高凝汽器內(nèi)的壓力值，真空下降，導(dǎo)致蒸汽的排汽焓值上升，有效焓降降低，汽輪機(jī)蒸汽循環(huán)的效率下降。

4 汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性差的危害

汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性差的危害主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

(1)真空嚴(yán)密性差時(shí)，漏入真空系統(tǒng)的空氣較多，真空泵不能夠?qū)⒙┤氲目諝饧皶r(shí)抽走，機(jī)組的排汽壓力和排汽溫度就會(huì)上升，降低了汽輪機(jī)組的效率，增加供電煤耗，并可能威脅汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。另一方面，由于空氣的存在，蒸汽與冷卻水的換熱系數(shù)降低，導(dǎo)致排汽與冷卻水出水溫差增大。

(2)當(dāng)漏入真空系統(tǒng)的空氣雖然能夠被及時(shí)地抽出，但需增加真空泵的負(fù)荷，浪費(fèi)廠用電及工業(yè)用水。

(3)由于漏入了空氣，導(dǎo)致凝汽器過(guò)冷度過(guò)大，系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性降低，凝結(jié)水溶氧增加，可造成低壓設(shè)備氧腐蝕。

5 汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性檢查

進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)，汽輪機(jī)負(fù)荷為48MW，凝汽器負(fù)荷穩(wěn)定在80%額定負(fù)荷以上，關(guān)閉凝汽器抽氣出口門(mén)，停運(yùn)抽氣設(shè)備，30秒后開(kāi)始記錄凝汽器壓力，記錄8分鐘，每分鐘記錄一次，取其中后5分鐘內(nèi)的真空下降值計(jì)算每分鐘的真空平均下降值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2所示。

表2 真空嚴(yán)密性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)計(jì)算后5分鐘真空度下降速速率為0.49kPa.min-1，根據(jù)DL/T932-2005《凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》對(duì)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)裝機(jī)容量<100MW的機(jī)組要求，真空下降速率≤400Pa.min-1，由此判定真空嚴(yán)密性不合格[2]。

6 原因分析及解決方法

6.1 檢漏儀檢漏

有兩種方式可以檢測(cè)出泄漏：

示蹤氣體A放在容器里面，處于正壓，然后用儀器去檢測(cè)，容器外圍是否有氣體A，如果容器外有氣體A，則容器有漏。用這種方式能檢測(cè)出漏點(diǎn)，并能大概判斷泄漏的程度。這種檢漏方式叫Sniffer檢漏或正壓檢漏。

示蹤氣體A噴在容器外面，用儀器去檢測(cè)容器里面是否有氣體A。這種方式能檢測(cè)出漏點(diǎn)，并能測(cè)知漏率。這種檢漏方式叫真空檢漏。如圖1所示。

圖1 檢漏儀檢漏圖

本次檢測(cè)采用SFJ-271型氦質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行負(fù)壓模式真空檢漏，將氦質(zhì)譜儀檢測(cè)探頭放在水環(huán)真空泵排氣口，示蹤氣體采用氦氣，分別對(duì)凝汽器熱井排水管、凝汽器熱井就地水位計(jì)及接頭、凝汽器人孔門(mén)、真空破壞閥、汽輪機(jī)后汽封、低壓缸防爆門(mén)，高壓缸中分面螺栓和聯(lián)接凝汽器的所有管路閥門(mén)法蘭等逐一檢測(cè)。檢測(cè)點(diǎn)漏率如表3所示。

表3 氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)數(shù)據(jù)

按照SFJ-271型氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)出的漏率值，當(dāng)漏率值在1×10-4Mbar·s-1以上時(shí)為明顯漏點(diǎn)[4]。從檢測(cè)數(shù)據(jù)可以判斷后汽封及低壓缸防爆門(mén)為明顯泄漏點(diǎn)。

6.2 問(wèn)題處理及效果檢查

(1)汽輪機(jī)低壓缸防爆門(mén)結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示，凝汽式汽輪機(jī)低壓缸兩邊各有向空排汽的安全門(mén)，當(dāng)運(yùn)行中真空下降，排汽壓力迅速升高到0.11MPa時(shí)，石棉膠墊就會(huì)破裂，同時(shí)蒸汽從凝汽器通過(guò)向空排汽安全門(mén)排至大氣，使低壓缸不致?lián)p壞。經(jīng)分析認(rèn)為汽輪機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行，防爆門(mén)長(zhǎng)期與水汽接觸，造成螺栓腐蝕，同時(shí)機(jī)組振動(dòng)和排汽壓力的波動(dòng)使爆破片振動(dòng)，造成螺栓松動(dòng)密封面損壞失效，空氣漏入低壓缸內(nèi)。停機(jī)大修時(shí)，拆開(kāi)防爆門(mén)檢查，發(fā)現(xiàn)外側(cè)石棉板硬化有裂紋，法蘭密封面銹蝕。經(jīng)過(guò)除銹處理并對(duì)低壓防爆門(mén)進(jìn)行改良如圖2(b)所示，法蘭內(nèi)側(cè)采用增強(qiáng)石墨墊密封，外側(cè)采用石棉紙板墊，在大修中更換2mm厚的高壓紙板膜片，組裝時(shí)，在各接合面處涂抹耐油硅酮密封膠，確保各接合面的嚴(yán)密性。

圖2 低壓缸防爆門(mén)

(2)本機(jī)組前后汽封和隔板汽封，均采用了梳齒式汽封結(jié)構(gòu)。這種汽封結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子上面的汽封高低槽齒與汽封環(huán)的長(zhǎng)短齒相配，形成了迷宮式汽封，汽封環(huán)采用機(jī)械可調(diào)式結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整墊片調(diào)整弧段與轉(zhuǎn)子間的徑向間隙。在氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)出后汽封為明顯漏點(diǎn)后，運(yùn)行期間通過(guò)調(diào)整汽封壓力，氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)顯示漏率減少，但后汽封壓力達(dá)到17KPa時(shí)出現(xiàn)冒汽，為避免潤(rùn)滑油中因蒸汽漏入帶水只能降低汽封壓力。停機(jī)大修時(shí)拆檢后軸封時(shí)發(fā)現(xiàn)汽封環(huán)間隙過(guò)大，分布不均，通過(guò)滾膠布的方法如圖3所示，調(diào)整墊片調(diào)整弧段與轉(zhuǎn)子間的徑向間隙，將間隙調(diào)整至0.35～0.45mm達(dá)到下限要求。

圖3 后軸封汽封

圖4 凝汽器真空系統(tǒng)

(3)檢修完后對(duì)凝汽器真空系統(tǒng)進(jìn)行了灌水查漏如圖4所示，檢查了凝汽器冷卻銅管脹接處、凝汽器吼部，凝汽器人孔門(mén)等均無(wú)水滲漏；發(fā)現(xiàn)抽氣排氣管濾網(wǎng)有滴水，經(jīng)更換墊片后檢查無(wú)泄漏。

大修完后機(jī)組進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)，各檢測(cè)點(diǎn)漏率正常。后汽封壓力調(diào)至28kPa真空度達(dá)到92.6kPa。各月真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)比如表4所示。

由表4可見(jiàn)，機(jī)組真空系統(tǒng)嚴(yán)密性較修前有了較大程度的提高。這證明我們提出的真空系統(tǒng)漏空原因及所采取措施是可行的，通過(guò)對(duì)此次查找的漏點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的處理，我們對(duì)大修后的機(jī)組再進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，數(shù)據(jù)已經(jīng)從不合格甚至不能做，到大修后第一次308Pa min-1，已經(jīng)達(dá)到合格范圍之內(nèi)。此后在機(jī)組運(yùn)行的幾個(gè)月內(nèi)，真空嚴(yán)密性試驗(yàn)值一直在合格范圍之內(nèi)。

表4 真空嚴(yán)密性試驗(yàn)對(duì)比表(kPa/min)

7 結(jié)論

(1)真空系統(tǒng)嚴(yán)密性作為汽輪發(fā)電機(jī)組的重要安全指標(biāo)之一[3]，必須對(duì)其加強(qiáng)監(jiān)視。嚴(yán)密性不足的根本原因是泄漏，造成真空系統(tǒng)泄漏的因素是多方面的，既有設(shè)備本身的原因，也有運(yùn)行操作和檢修質(zhì)量方面的問(wèn)題。查找漏點(diǎn)要舉一反三，徹底處理好，保證質(zhì)量。

(2)定期做真空嚴(yán)密性試驗(yàn)并消除漏點(diǎn)，要做到每月一次，并及時(shí)有效的查找分析并消除漏氣點(diǎn)。從而保證機(jī)組真空嚴(yán)密性達(dá)到合格的水平，從根本上消除泄漏對(duì)機(jī)組造成的影響。

[1]靳智平，王毅林.汽輪機(jī)原理及系統(tǒng).北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[2]DL/T932-2005，凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則[s].

[3]史劍戟，沈坤全，江運(yùn)漢，等.凝汽器真空嚴(yán)密性研究[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，13(3).

[4]朱平.氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)在汽輪機(jī)真空系統(tǒng)檢漏中的應(yīng)用[C].徐州發(fā)電廠第二屆青年科技論文集，2000.