660MW超超臨界機(jī)組真空泄漏原因分析及處理

華陸平 郝慶豐 項(xiàng) 林

淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠

0 前言

某電廠4號(hào)汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)德國(guó)西門子技術(shù)設(shè)計(jì)制造，型號(hào)為N660—27/600/620的超超臨界、單軸、四缸四排汽、中間再熱凝汽式機(jī)組，配用一臺(tái)N-39200型凝汽器。當(dāng)冷卻水溫為21℃時(shí)，凝汽器的平均背壓為4.7kPa。投產(chǎn)后，該機(jī)組重要性能指標(biāo)在國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組中處于領(lǐng)先位置，THA工況供電煤耗為278g/(kWh)，汽輪機(jī)熱耗7 273kJ/(kWh)，高壓缸效率90.3%，中壓缸效率93%，低壓缸效率89.3%。

機(jī)組投產(chǎn)兩年之后，該機(jī)組的真空嚴(yán)密性逐年下降。2018上半年的數(shù)據(jù)顯示，凝汽器低壓側(cè)和高壓側(cè)真空下降速度分別為350Pa/min和260Pa/min，根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》的要求，100MW以上的汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器真空下降速度不高于270Pa/min，該機(jī)組的高壓側(cè)凝汽器未達(dá)到規(guī)范要求，低壓側(cè)凝汽器也只是基本滿足要求，整體真空嚴(yán)密性較差。

1 凝汽器真空泄漏的危害

汽輪機(jī)組的低壓缸排汽被循環(huán)水冷卻成凝結(jié)水時(shí)，體積大幅度縮小，凝汽器內(nèi)部形成高度真空，所有與之相連的設(shè)備或系統(tǒng)若不嚴(yán)密，都會(huì)向凝汽器內(nèi)漏入空氣，因低壓缸排汽中的不溶于水的氣體，將會(huì)使凝汽器內(nèi)的壓力逐步升高、真空度下降。如果這些與凝汽器相連的設(shè)備或系統(tǒng)的真空嚴(yán)密性較差，可能會(huì)有以下幾點(diǎn)危害：

(1)水環(huán)真空泵抽吸能力不足以將這些空氣及時(shí)抽走時(shí)，會(huì)導(dǎo)致凝汽器傳熱效率下降，汽輪機(jī)的排汽焓值上升，有效焓降將降低，使機(jī)組熱效率下降。根據(jù)《600MW火電機(jī)組節(jié)能對(duì)標(biāo)指導(dǎo)手冊(cè)》，凝汽器真空度每下降1%，機(jī)組的供電煤耗將增加1.79g/(kWh)。

(2)由于機(jī)組的排汽壓力和排汽溫度會(huì)上升，排汽缸及軸承座等部件受熱膨脹引起動(dòng)靜中心改變，使汽輪機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生較大的激振力，易使末級(jí)葉片損壞，威脅汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)當(dāng)漏入真空系統(tǒng)的空氣雖然能夠被及時(shí)地抽出，但需增加水環(huán)真空泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，廠用電率將增加。

(4)由于漏入了空氣，凝結(jié)水溶氧增加，可造成低壓設(shè)備氧腐蝕。

2 凝汽器真空查漏的傳統(tǒng)方法

凝汽器真空嚴(yán)密性差會(huì)產(chǎn)生以上危害，因此真空系統(tǒng)的檢漏尤為重要。該廠根據(jù)機(jī)組的停運(yùn)狀態(tài)或運(yùn)行狀態(tài)，采取了不同的檢漏方法。

(1)在機(jī)組停運(yùn)時(shí)，采取“灌水法”，將水灌至凝汽器汽側(cè)，水位到達(dá)低壓缸氣封洼窩處，持續(xù)24小時(shí)以上，用肉眼直觀的方法找出泄漏點(diǎn)。該方法雖然簡(jiǎn)單方便，但其缺點(diǎn)是查找的泄漏點(diǎn)不完全。因?yàn)橐恍┘?xì)小的裂紋只有在熱態(tài)設(shè)備膨脹或有壓力的情況下才發(fā)生泄漏，冷態(tài)不易被發(fā)現(xiàn)。另外，由于灌水的水位高度限制，對(duì)低壓外缸部分的漏點(diǎn)無法查出。該廠在2016年和2017年的停機(jī)檢修中，曾多次采用“灌水法”檢漏，但在檢修后進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)的結(jié)果表明，機(jī)組的真空泄漏速度并沒有明顯下降，檢漏效果不佳。

(2)在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，該廠最早采取的是“鹵素法”，即：利用鹵素(氟利昂)作為示蹤氣體檢漏，在真空泵的出口處布置鹵素檢測(cè)儀，用噴槍在可能泄漏的部位噴氟利昂。如有泄漏，則氟利昂會(huì)從泄漏處進(jìn)入凝汽器，被真空泵抽出，最后讓鹵素檢測(cè)儀檢測(cè)到。該方法優(yōu)點(diǎn)可用于在線檢漏，能夠查處一些常見的泄漏點(diǎn)，但由于鹵素溶解于水的特點(diǎn)，會(huì)使這種檢漏方法的靈敏度下降。該廠在近兩年的在線檢漏時(shí)多次使用”鹵素法”，確實(shí)查找出了部分漏點(diǎn)并進(jìn)行了堵漏，但機(jī)組的真空下降速度依然沒有達(dá)到“不高于270Pa/min”的要求。說明“鹵素法”查找真空泄漏的作用有限。同時(shí)，“鹵素法”中采用的氟利昂，由于其有破壞臭氧層的不利之處，按照環(huán)保部的相關(guān)規(guī)定，在2010年后已經(jīng)被禁止使用。

3 凝汽器真空查漏方法的改進(jìn)

由于在停機(jī)時(shí)采用“灌水法”和在線時(shí)采用“鹵素法”檢漏并沒有取得很好的效果，仍有部分泄漏點(diǎn)沒有被查出，汽輪機(jī)的真空下降速度依然超過270Pa/min。該廠經(jīng)過調(diào)研后，決定采取“氦質(zhì)譜檢漏法”對(duì)凝汽器真空進(jìn)行檢漏。

“氦質(zhì)譜檢漏法”是以氦氣作為示蹤氣體，用噴頭在真空系統(tǒng)可能泄漏的部位噴入氦氣，在凝汽器的真空泵口處布置氦檢儀檢測(cè)。如有泄漏，則氦氣會(huì)從泄漏處進(jìn)入凝汽器，被真空泵抽出，最后被氦檢儀檢測(cè)到。由于氦氣是除氫氣外最輕的氣體，可檢測(cè)極其微小漏孔。同時(shí)，氦氣在真空中傳輸速度快且難溶于水的特點(diǎn)，使其具有靈敏快速的檢漏優(yōu)勢(shì)。

圖1 “氦質(zhì)譜檢漏法”安裝位置示意圖

4 凝汽器真空檢漏結(jié)果及漏點(diǎn)分析

該廠采用“氦質(zhì)譜檢漏法”對(duì)4號(hào)機(jī)組真空系統(tǒng)進(jìn)行了檢漏工作并進(jìn)行了分析處理。

4.1 確定真空檢漏范圍

(1)低壓缸：前、后軸封及汽封套結(jié)合面；低壓缸防爆門；中低壓連通管與外缸結(jié)合面，汽缸法蘭面；后缸噴水系統(tǒng)管道閥門；低壓內(nèi)缸推拉桿處波形補(bǔ)償器；低壓缸膨脹測(cè)量裝置波形補(bǔ)償器。

(2)凝汽器：凝汽器喉部焊縫；凝汽器汽側(cè)和熱井人孔門；凝汽器真空破壞門；凝汽器汽側(cè)和熱井空氣門、放水門；各真空泵進(jìn)、出口管路及閥門；凝汽器熱井至凝泵進(jìn)口管路，凝泵抽空氣管，凝泵軸端密封；凝汽器水幕噴水系統(tǒng)管路及閥門；凝結(jié)水再循環(huán)系統(tǒng)閥門；凝汽器檢漏裝置。

(3)低壓加熱器和軸封加熱器：與低加汽側(cè)相連的各管道法蘭、閥門及水位計(jì)測(cè)量筒；軸封加熱器汽側(cè)閥門；軸封加熱器疏水至凝汽器水封筒管路；

(4)疏水系統(tǒng)：疏水?dāng)U容器人孔門；所有與疏擴(kuò)、疏水立管相連的管路及閥門；疏水冷卻器疏水、鍋爐啟動(dòng)疏水及除氧器溢放水至凝汽器管路及閥門。

(5)給水泵汽輪機(jī)：后軸封結(jié)合面，排汽缸中分面法蘭，人孔門；排汽管道各結(jié)合面法蘭，人孔門、防爆門，波形補(bǔ)償器，排汽蝶閥及旁路閥；噴水減溫管路閥門。

(6)其他系統(tǒng)：低壓旁路閥（閥桿填料、減溫水管路、波形補(bǔ)償器等）；汽輪機(jī)各進(jìn)汽閥門桿漏汽法蘭；汽缸及汽門U型密封漏汽系統(tǒng)連接法蘭；軸封溢流系統(tǒng)管路及閥門。

4.2 檢查出的漏點(diǎn)情況

根據(jù)氦質(zhì)譜檢測(cè)儀檢測(cè)數(shù)據(jù)，將設(shè)備泄漏量分為特大、大、中、小四種漏點(diǎn)性質(zhì)，具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：

表1 漏點(diǎn)性質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

本次共查到泄漏點(diǎn)18處，其中特大漏點(diǎn)1處，大漏點(diǎn)1處，中漏點(diǎn)5處，小漏點(diǎn)11處。對(duì)這些漏點(diǎn)的泄漏原因分析及處理情況如下：

(1)對(duì)于低壓缸本體各結(jié)合面，小汽輪機(jī)本體結(jié)合面，與真空泵連接處各法蘭及各系統(tǒng)閥門閥桿密封處等中、小漏點(diǎn)，這些微正壓或負(fù)壓系統(tǒng)的泄漏原因大多是因?yàn)槠涿芊饷嫣幍膲|片老化、開裂等原因造成的，對(duì)其使用“硅酮平面密封膠”進(jìn)行臨時(shí)封堵處理，最終處理方法為在機(jī)組檢修時(shí)更換密封件。

(2)A小機(jī)低壓軸封（后軸封）處泄漏：漏點(diǎn)性質(zhì)為中等漏點(diǎn)。泄漏原因：小機(jī)在多次的熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，汽缸滑銷系統(tǒng)卡澀，汽缸只能向爐側(cè)膨脹，所以導(dǎo)致另一側(cè)產(chǎn)生動(dòng)靜碰磨，汽封片被磨損嚴(yán)重。對(duì)該漏點(diǎn)采取臨時(shí)措施為：將軸封壓力提高至10kPa，漏點(diǎn)可消除；提高軸封壓力的同時(shí)極可能讓蒸汽進(jìn)入到小機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)，導(dǎo)致油中帶水。因此，在2018年C級(jí)檢修中，對(duì)小機(jī)進(jìn)行了解體檢查，更換了汽封片后調(diào)小了汽封間隙到合格范圍，并對(duì)滑銷系統(tǒng)進(jìn)行了處理，已保證其運(yùn)行時(shí)不再卡澀。

(3)低壓內(nèi)缸推拉桿處及中心導(dǎo)向銷處的汽缸補(bǔ)償器泄漏，泄漏性質(zhì)為中等漏點(diǎn)。該漏點(diǎn)也是上汽廠引進(jìn)西門子機(jī)組所具有的特殊漏點(diǎn)。因此類型汽廠輪機(jī)低壓外缸與低壓內(nèi)缸無剛性連接，低壓內(nèi)缸并非支撐在低壓外缸上，而是通過內(nèi)缸貓爪穿過低壓外缸上面的四個(gè)孔支撐在落地式軸承座上，所以需要在低壓內(nèi)缸貓爪支撐位置和中心導(dǎo)向銷的位置采用12只波紋管進(jìn)行補(bǔ)償和密封。采用如此結(jié)構(gòu)的作用使運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子與內(nèi)缸的徑向間隙不會(huì)像傳統(tǒng)機(jī)組那樣受到支撐點(diǎn)溫度變化膨脹不均的影響。但同時(shí)帶來了一個(gè)很多電廠都出現(xiàn)過的問題，即：汽缸補(bǔ)償器處漏真空。泄漏的原因是由于補(bǔ)償器與內(nèi)外缸兩個(gè)密封面的“O”型密封圈在使用一段時(shí)間后老化，起不到密封作用。解決辦法：在停機(jī)時(shí)將其更換為氟橡膠材質(zhì)的密封圈，使用壽命更加持久。

圖2 汽缸補(bǔ)償器示意圖

(4)C真空泵入口閥門內(nèi)漏：在該泵備用時(shí)，空氣從真空泵出口處被倒吸入運(yùn)行真空泵入口，漏點(diǎn)性質(zhì)為大漏點(diǎn)，泄漏原因?yàn)殚y門的密封面損壞，需進(jìn)行研磨處理。在2018年的C級(jí)檢修中，對(duì)此閥門進(jìn)行了處理，處理后漏點(diǎn)消失。由于此類型漏點(diǎn)比較隱蔽，查找時(shí)不易被發(fā)現(xiàn)，需重點(diǎn)關(guān)注。

(5)左側(cè)中壓調(diào)閥與汽缸連接處U型密封漏氣法蘭與排汽管連接處泄漏，漏點(diǎn)性質(zhì)為特大漏點(diǎn)。該漏點(diǎn)也是上汽引進(jìn)西門子類型機(jī)組所具有的特殊漏點(diǎn)，有別于其他類型機(jī)組，因此查找漏點(diǎn)時(shí)容易忽視。傳統(tǒng)機(jī)組進(jìn)汽閥采用平板型環(huán)狀密封圈，依靠螺栓壓緊密封圈獲得密封性能。平板密封圈長(zhǎng)期處于高溫高壓下，蠕變的積累導(dǎo)致松弛，密封性能隨之下降。U型密封作為一種新型密封代替過去的平板密封，此密封在工作機(jī)組負(fù)荷越高，進(jìn)入其“U”型腔室的壓力越高，越能壓緊密封面，所以具有更好的高溫密封性能。機(jī)組在正常運(yùn)行狀態(tài)下，U型密封是沒有蒸汽泄漏到排汽管道中，但由于排汽管道與凝汽器連接，所以當(dāng)連接法蘭位置的石墨墊片損壞時(shí)，空氣從該處進(jìn)入到凝汽器。針對(duì)此漏點(diǎn)的處理辦法是：在停機(jī)時(shí)更換U型密封漏氣法蘭與排汽管連接處的法蘭墊片。

圖3 U型密封墊在汽門中安裝位置

5 效果及建議

5.1 檢漏并處理后的真空嚴(yán)密性試驗(yàn)情況

該廠通過本次查找泄漏并對(duì)漏點(diǎn)處理后，在隨后進(jìn)行的真空嚴(yán)密性試驗(yàn)中，低壓側(cè)凝汽器真空泄漏速度為90Pa/min、高壓側(cè)為60Pa/min，相比處理前的真空嚴(yán)密性試驗(yàn)數(shù)據(jù)（低壓側(cè)350Pa/min、高壓側(cè)260Pa/min）有了明顯的改善。

5.2 總結(jié)及建議

影響凝汽器真空的設(shè)備數(shù)量較多、種類各異，不同類型的機(jī)組，出現(xiàn)的漏點(diǎn)位置也不同，電廠應(yīng)根據(jù)機(jī)組的特點(diǎn)，制定凝汽器真空檢漏的范圍，盡量做到不漏項(xiàng)。同時(shí)，應(yīng)選擇合適的檢漏方法，提高檢漏的準(zhǔn)確性和效率。針對(duì)檢出的漏點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行分析，選擇在線處理或停機(jī)處理的方式，對(duì)最終的處理措施應(yīng)對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行本質(zhì)分析，從源頭上處理好泄漏點(diǎn)。