俄制500 MW汽輪機(jī)運(yùn)行中凝汽器循環(huán)水單側(cè)隔離查漏方法

鄭 金

(華能伊敏電廠，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008)

凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪機(jī)組的一個(gè)重要組成部分，其工作性能的好壞直接影響著汽輪機(jī)的排汽壓力，而排汽壓力又直接影響汽輪機(jī)組的循環(huán)熱效率，即影響著整個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。凝汽器較普遍存在著泄漏問題，而且隨著機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行，即凝汽器運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，泄漏問題越來越突出。特別在超臨界直流鍋爐中對(duì)爐水需求品質(zhì)高的背景下，凝汽器泄漏問題已經(jīng)嚴(yán)重影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于凝汽器回收疏水種類較多，在沒有徹底排除回收疏水水質(zhì)異常影響外，還存在一旦冒著低真空的風(fēng)險(xiǎn)凝汽器循環(huán)水單側(cè)停運(yùn)后未出現(xiàn)泄漏點(diǎn)的擔(dān)憂[1-2]。

華能伊敏電廠一期裝機(jī)兩臺(tái)500 MW超臨界燃煤機(jī)組，1998年11月9日和1999年9月14日1號(hào)、2號(hào)機(jī)組先后投產(chǎn)發(fā)電。機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行后伴隨系統(tǒng)的優(yōu)化加之熱耗高，于2014—2016年先后進(jìn)行了1號(hào)、2號(hào)機(jī)組通流部分改造。自2017年以來，1號(hào)機(jī)組凝汽器曾三次發(fā)生泄漏而且泄漏點(diǎn)均出現(xiàn)在相同區(qū)域。為此，在機(jī)組運(yùn)行中實(shí)施凝汽器單側(cè)循環(huán)水隔離查漏，并積累了一些較為完善的查漏操作方法。

1 計(jì)及諧波的逆變器并網(wǎng)模型

1號(hào)、2號(hào)機(jī)組原為俄羅斯波道爾斯克奧爾忠尼啟澤機(jī)械制造廠與列寧格勒金屬制造廠早期生產(chǎn)的500 MW超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽沖動(dòng)凝汽器式K-500-240-4型汽輪機(jī)。由于設(shè)計(jì)水平及加工制造工藝的限制，機(jī)組的效率較低、熱耗率較高，在2014—2016年間，由南京汽輪機(jī)制造廠對(duì)1號(hào)、2號(hào)機(jī)組的高、中壓缸進(jìn)行通流部分增容改造?，F(xiàn)機(jī)組型號(hào)為N550-23.54/540/540型汽輪機(jī)為超臨界壓力單軸、四缸、四排汽、凝汽式汽輪機(jī)。但冷端凝汽器仍為原俄羅斯設(shè)計(jì)生產(chǎn)。

2 凝汽器的運(yùn)行監(jiān)督

對(duì)凝汽器的運(yùn)行監(jiān)督措施主要有：真空接近最有利真空程度；凝結(jié)水過冷度；凝結(jié)水水質(zhì)合格程度。凝結(jié)水水質(zhì)主要是指硬度、電導(dǎo)率、PH值、含氧量等指標(biāo)。由于凝汽器冷卻水管脹接口不嚴(yán)或冷卻水管被腐蝕損壞等原因，循環(huán)水從凝汽器冷卻水側(cè)泄漏至汽側(cè)，使凝結(jié)水水質(zhì)惡化，將導(dǎo)致凝結(jié)水處理的運(yùn)行費(fèi)用的增加[3]。若泄漏比較嚴(yán)重影響凝結(jié)水的品質(zhì)，將會(huì)使鍋爐的受熱面甚至汽輪機(jī)通流部分產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕等，從而影響機(jī)爐設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，凝汽器運(yùn)行中必須加強(qiáng)對(duì)凝結(jié)水水質(zhì)的監(jiān)督，一旦發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水水質(zhì)惡化必須跟蹤監(jiān)視變化趨勢(shì)，并及時(shí)排查惡化原因，迅速采取措施消除缺陷。

3 凝汽器泄漏原因

從實(shí)踐來看，造成凝汽器冷卻水管泄漏的原因大致有以下幾方面。

(1)在低壓缸檢修期間，防護(hù)板布置安裝不到位，使工器具、零部件不慎掉入凝汽器中，從而導(dǎo)致冷去水管被嚴(yán)重砸傷。

(2)在機(jī)組運(yùn)行中，因凝汽器冷卻水管上部位置布設(shè)了很多的管道以及疏水防護(hù)板等，如果這些裝置安裝焊接出現(xiàn)了問題就可能發(fā)生脫落、斷裂，進(jìn)而掉入凝汽器中將冷卻水管砸傷。

(3)凝汽器冷卻水管，尤其是靠近疏水口位置，因疏水消能器失效，導(dǎo)致大量高能疏水蒸汽沖刷管子，造成冷卻水管嚴(yán)重減薄而發(fā)生穿漏。此外，高壓清洗冷卻水管過程中，局部清洗過度時(shí)，很容易沖蝕冷卻水管內(nèi)壁，使局部冷去水管減薄泄漏。

4 凝汽器主要故障

(1)凝汽器冷卻水管泄漏、凝結(jié)水質(zhì)超標(biāo)，使凝汽器循環(huán)水膠球清洗系統(tǒng)無法定期投運(yùn)，凝汽器端差增大，嚴(yán)重影響機(jī)組真空，被迫對(duì)凝汽器循環(huán)水在機(jī)組運(yùn)行中一、二流道依次停運(yùn)進(jìn)行單側(cè)查漏。俄制500 MW機(jī)組由于循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、閥門嚴(yán)密性很差，凝汽器在運(yùn)行中單側(cè)循環(huán)水隔離非常困難，當(dāng)單元除鹽處理能力不足導(dǎo)致給水品質(zhì)惡化時(shí)被迫停機(jī)。

(2)循環(huán)水系統(tǒng)閥門多為蝶閥，閥體閥芯尺寸較大，運(yùn)行中操作次數(shù)少、結(jié)垢銹蝕嚴(yán)重，凝汽器單側(cè)停運(yùn)隔離過程中經(jīng)常出現(xiàn)卡澀掉電、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與閥芯脫離、閥芯脫落。

(3)伊敏電廠機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行因冬季水塔填料破損，經(jīng)常使凝汽器單側(cè)循環(huán)水停運(yùn)時(shí)機(jī)組真空無法維持，甚至因凝汽器入口水室端蓋填料、膠球堵塞致使單側(cè)停運(yùn)時(shí)凝汽器端部人孔法蘭嚴(yán)重漏水，特別表現(xiàn)在給水泵汽輪機(jī)凝汽器更為顯著。主機(jī)凝汽器進(jìn)口水室端蓋堵塞情況見圖1。

圖1 主機(jī)凝汽器進(jìn)口水室端蓋堵塞情況

(4)循環(huán)水泵出口蝶閥動(dòng)作不穩(wěn)定，有時(shí)對(duì)凝汽器的沖擊很大，甚至造成凝汽器、發(fā)電機(jī)氫冷器以及勵(lì)磁機(jī)空冷器的端蓋泄漏，甚至在循環(huán)水出口管道未完全注滿水情況下啟動(dòng)循環(huán)泵開出口門時(shí)，對(duì)凝汽器的沖擊泄漏造成加劇影響。

5 機(jī)組運(yùn)行中凝汽器循環(huán)水單側(cè)隔離方法

5.1 大規(guī)模排查

在汽機(jī)專業(yè)帶領(lǐng)下，對(duì)1號(hào)機(jī)進(jìn)行了大規(guī)模排查，先后將1號(hào)、2號(hào)機(jī)熱網(wǎng)尖峰、基本加熱器，一期新、老全廠加熱器，三期首站疏水，11號(hào)、12號(hào)小機(jī)凝結(jié)水，機(jī)爐疏水箱，這些可能影響水質(zhì)的系統(tǒng)隔離，并跟蹤進(jìn)行化驗(yàn)分析。

依次采取了提高一級(jí)凝泵出口壓力至0.8 MPa，降低冷卻水泵壓力至0.5 MPa，防止循環(huán)水竄入凝結(jié)水；凝泵密封水至疏水箱檢查門開啟化驗(yàn)水質(zhì)；汽泵密封水回水開啟檢查門化驗(yàn)水質(zhì)；電泵組密封水回水取樣監(jiān)測(cè)等措施。

在外圍系統(tǒng)徹底排查且水質(zhì)無明顯變化后，在廠部、發(fā)電領(lǐng)導(dǎo)的要求下，冒著低真空的風(fēng)險(xiǎn)，首先給水泵汽輪機(jī)凝汽器進(jìn)行單側(cè)清掃滿足停運(yùn)后，對(duì)主機(jī)成功的進(jìn)行了單側(cè)循環(huán)水停運(yùn)。

5.2 泄漏查找

伊敏電廠1號(hào)機(jī)自2017年3月23日機(jī)組B級(jí)檢修后啟動(dòng)并網(wǎng)截止至今連續(xù)長(zhǎng)周期運(yùn)行365天，先后分別在2017年4月12日和2017年11月20日、2018年3月7日發(fā)生凝汽器冷卻水管泄漏。

針對(duì)伊敏電廠一期機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)際特點(diǎn)，主機(jī)凝汽器循環(huán)水一、二流道分別接帶11、12號(hào)給水泵汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)水的一、二流道。若要將主機(jī)凝汽器循環(huán)水一或二流道停運(yùn)隔離，必須使給水泵汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)水一、二流道具備停運(yùn)條件，否則無法對(duì)主機(jī)凝汽器循環(huán)水實(shí)現(xiàn)單側(cè)隔離查漏或清掃。

2017年的兩次泄漏隔離安全措施，首先對(duì)給水泵汽輪機(jī)凝汽器一、二流道進(jìn)行由循環(huán)水入口門后的反沖洗排水進(jìn)行反沖洗(因給水泵汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)水進(jìn)、出口門不嚴(yán)無法單側(cè)清掃)，直至給水泵汽輪機(jī)一、二流道均滿足單側(cè)停運(yùn)后，方可對(duì)主機(jī)凝汽器循環(huán)水進(jìn)行單側(cè)隔離停運(yùn)進(jìn)行清掃或查漏。

本次泄漏時(shí)間是2018年3月7日，利用同前兩次的給水泵汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)水反沖洗后，小機(jī)(給水泵汽輪機(jī))凝汽器單獨(dú)停運(yùn)二流道循環(huán)水真空勉強(qiáng)維持，而單獨(dú)停運(yùn)小機(jī)凝汽器一流道循環(huán)水，12號(hào)小機(jī)凝汽器真空無法維持停運(yùn)10 min，真空達(dá)52.9 kPa，保護(hù)動(dòng)作值為60 kPa，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行直接構(gòu)成威脅。2018年3月14日利用環(huán)境溫度低、機(jī)組負(fù)荷低時(shí)段對(duì)1號(hào)機(jī)組凝汽器循環(huán)水二流道進(jìn)行單側(cè)停運(yùn)隔離，化學(xué)水質(zhì)無變化，表明排除凝汽器二流道循環(huán)水存在泄漏的可能。

2018年3月16日前后夜班，經(jīng)伊敏電廠技術(shù)人員探究將12號(hào)小機(jī)凝汽器循環(huán)水入口門后反沖洗管加裝連通管，在停運(yùn)凝汽器一流道循環(huán)水前將聯(lián)通門開啟，即讓12號(hào)小機(jī)凝汽器循環(huán)水二流道分帶部分一流道循環(huán)水，維持12號(hào)小機(jī)凝汽器循環(huán)水一流道回水門開啟位，使在主小機(jī)一流道循環(huán)水單側(cè)停運(yùn)期間，12號(hào)小機(jī)部分一流道回水至主機(jī)一流道凝汽器循環(huán)水出口門前，再由主機(jī)凝汽器一流道膠球泵排向一流道凝汽器循環(huán)水入口管，將11號(hào)循環(huán)水泵出口門開啟倒回前池的方式再次成功的進(jìn)行一流道凝汽器循環(huán)水單側(cè)停運(yùn)隔離措施。

5.3 凝汽器冷卻水管在線快速查漏方法

凝汽器在線查漏過程中采用的方法一般有充氦法和泡沫法、塑料薄膜覆蓋法、聽診器檢測(cè)法等。以下將對(duì)充氦法在凝汽器冷卻水管快速查漏過程中的應(yīng)用進(jìn)行具體分析。本文介紹一種充氦檢漏方法，所選用的德國萊寶UL200+氦檢漏儀具有快速易用等特點(diǎn)，而且具有高靈敏度以及實(shí)用性。對(duì)于UL200+氦檢漏設(shè)備而言，其最小查漏率為1×10-8， 可對(duì)較小泄漏點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。

由于凝汽器汽側(cè)、抽真空聯(lián)接管以及冷卻水管外壁部件處于高真空狀態(tài)下，氦氣在凝汽器真空負(fù)壓的作用下經(jīng)漏點(diǎn)迅速進(jìn)入真空系統(tǒng)，隨真空系統(tǒng)的不凝結(jié)氣體經(jīng)真空泵排向大氣，利用高精度的氦氣檢漏儀在真空泵汽水分離器排氣口收集取樣，根據(jù)氦氣檢漏儀檢漏量，判定被測(cè)區(qū)域是否存在漏點(diǎn)及漏點(diǎn)大小。

在進(jìn)行充氦查漏法之前，需要將凝汽器水室的循環(huán)水放干凈后，只需打開其中一側(cè)的人孔門，用噴槍向水室內(nèi)噴射入適量的氦氣，如果該側(cè)冷卻水管無漏點(diǎn)，真空泵終端的氦氣檢漏儀就監(jiān)測(cè)不到數(shù)據(jù)，說明泄漏點(diǎn)在另外一個(gè)水室。相反，如果該側(cè)冷卻水管有漏點(diǎn)，氦氣就會(huì)通過漏點(diǎn)被吸入真空系統(tǒng)，再通過真空泵排氣口排出，最后被探頭采集并送至氦質(zhì)譜儀檢測(cè)。

氦氣查漏可以和泡沫查漏法結(jié)合使用，具體流程是先用氦氣查漏法，判斷具體是那側(cè)凝汽器泄漏(本機(jī)組為單軸四缸四排結(jié)構(gòu)，排汽對(duì)應(yīng)6個(gè)凝汽器水室)，然后再用泡沫查漏法對(duì)懷疑泄漏的水室里的所有冷卻水管涂抹泡沫，查出具體是哪幾根冷卻水管泄漏，然后打進(jìn)用塑料的堵頭。在此過程中，適當(dāng)降低機(jī)組負(fù)荷至250 MW左右，停運(yùn)需真空查漏的一側(cè)凝汽器，將前、后水室內(nèi)的水放凈，打開人孔門，清掃端管板表面附著的雜物；啟動(dòng)在線泡沫檢漏機(jī)，將泡沫檢漏劑均勻的噴涂在前、后水室的端管板表面；用刮板刮平端管板表面的泡沫，使管口形成一層豐厚平整的白色泡沫層；管口處泡沫層向內(nèi)凹陷的地方，則為泄漏的冷卻水管。凝汽器冷卻水管堵漏堵設(shè)備見圖2。

機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)前真空系統(tǒng)高水位注水查漏時(shí)，將凝汽器水側(cè)進(jìn)出口一、二流道人孔打開檢查冷卻水管是否存在泄漏。

6 凝汽器循環(huán)水單側(cè)停運(yùn)查漏注意事項(xiàng)

(1)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常必須對(duì)凝汽器回收的所有疏水水質(zhì)徹底可靠排除后方可考慮單側(cè)清掃。

圖2 凝汽器冷卻水管堵漏設(shè)備

(2)12號(hào)小機(jī)竄軸在單側(cè)停運(yùn)前后竄軸由-0.33 mm增大至-0.45 mm；小機(jī)排汽室溫度最高達(dá)156℃。

(3)小機(jī)真空由7.1 kPa高至54.7 kPa，主機(jī)真空4.0 kPa下降至6.4 kPa。

(4)檢修人員在凝汽器進(jìn)出口水室防止出現(xiàn)水淹。

(5)主機(jī)一流道膠球保證連續(xù)運(yùn)行。

(6)檢修人員在凝汽器水室查漏應(yīng)間斷進(jìn)行防止出現(xiàn)窒息。

(7)治漏后恢復(fù)循環(huán)水運(yùn)行過程中防止出現(xiàn)掉真空。

(8)主、小機(jī)振動(dòng)。

(9)加堵時(shí)不能過度。

(10)必須保證查漏的全面徹底性。

(11)時(shí)刻監(jiān)視凝汽器進(jìn)出口水室下方管道水位變化趨勢(shì)。

(12)循環(huán)水泵出口門開位防突關(guān)支撐。

7 預(yù)防凝汽器冷卻水管泄漏方法

(1)機(jī)組檢修時(shí)對(duì)凝汽器回收疏水口處消能器檢查。主、小機(jī)凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)、出口門定期檢修確保閥門能關(guān)閉嚴(yán)密。

(2)建議加強(qiáng)對(duì)地處寒冷地區(qū)機(jī)組的水塔填料破損治理。

(3)循環(huán)水濃縮倍率的合理控制，循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)的穩(wěn)定。

(4)凝汽器循環(huán)水膠球清洗系統(tǒng)的定期投運(yùn)，進(jìn)而減少循環(huán)水對(duì)凝汽器冷卻水管的腐蝕，

(5)凝結(jié)水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)督在線儀表可靠投運(yùn)并加強(qiáng)監(jiān)視。

(6)對(duì)于涉及兩臺(tái)循環(huán)機(jī)組而單循環(huán)泵運(yùn)行方式時(shí)，盡量使每臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行小時(shí)數(shù)相同，避免出現(xiàn)某流道堵塞嚴(yán)重。

(7)主小機(jī)凝汽器循環(huán)水進(jìn)出口門具有開關(guān)過程中實(shí)現(xiàn)中停功能。

(8)涉及循環(huán)水系統(tǒng)操作應(yīng)緩慢進(jìn)行防止系統(tǒng)存在大量空氣導(dǎo)致水錘現(xiàn)象發(fā)生，確保機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

8 結(jié)語

凝汽器冷卻水管在機(jī)組運(yùn)行過程中通常會(huì)出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，為了能夠有效檢查和防范泄漏，建議充氦查漏法與塑料薄膜覆蓋查漏法結(jié)合使用，而且在具體的應(yīng)用過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行不斷的創(chuàng)新和改進(jìn)，以此來防范凝汽器泄漏。