氦質(zhì)譜檢漏儀查漏原理及其應(yīng)用

2010-03-13 高滿(mǎn)生湖北省電力試驗(yàn)研究院

　　介紹了氦質(zhì)譜檢漏儀查漏的原理,通過(guò)分析湖北省內(nèi)3臺(tái)機(jī)組真空系統(tǒng)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(jī)真空,是提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和出力,實(shí)現(xiàn)節(jié)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(jī)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(jī))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(tǒng)查漏為例,其連接圖見(jiàn)圖1。

圖1　真空系統(tǒng)查漏連接圖

　　正常運(yùn)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(yàn)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(tǒng)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(zhuǎn)磁力不一樣,儀器上設(shè)計(jì)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(jì)數(shù),即可知道通過(guò)的分子數(shù)泄漏量的相對(duì)大小。

2、查漏實(shí)例及效益分析

2.1、陽(yáng)邏電廠3號(hào)汽輪機(jī)300MW真空系統(tǒng)查漏

　　陽(yáng)邏電廠3號(hào)汽輪機(jī)組是上海汽輪機(jī)廠制造的N300216.7/538/538 型汽輪機(jī),凝汽器由上海電站輔機(jī)廠制造, 2臺(tái)真空泵是由武漢水泵廠生產(chǎn)的水環(huán)式機(jī)械真空泵。3號(hào)機(jī)組于1997年2月首次并網(wǎng)發(fā)電, 5月完成168 h滿(mǎn)負(fù)荷試運(yùn),由于機(jī)組真空系統(tǒng)龐大,投產(chǎn)后機(jī)組真空狀況不好,在設(shè)計(jì)循環(huán)水溫時(shí), 2臺(tái)真空泵運(yùn)行,真空僅94 kPa,排汽溫度達(dá)40℃,若單臺(tái)真空泵運(yùn)行,真空降低約2 kPa,表明真空系統(tǒng)存在明顯泄漏。

　　1997年11月3日開(kāi)始,對(duì)機(jī)組真空系統(tǒng)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(xiàn)了19處真實(shí)漏點(diǎn),最大漏點(diǎn)主要是機(jī)組3號(hào)瓦處(低缸調(diào)端)區(qū)域,漏率達(dá)到10^-6 Pa·m³ / s,而內(nèi)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(jī)組小修時(shí)對(duì)真空系統(tǒng)灌水查漏,證實(shí)了氦質(zhì)譜查漏的位置。當(dāng)水位灌至凝汽器喉部下方時(shí),凝汽器調(diào)端接頸斜面即往外冒水,檢查發(fā)現(xiàn), 3號(hào)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(diào)端斜接頸穿入凝汽器再?gòu)臓t側(cè)斜接頸穿出,然后排至地溝,由于調(diào)端斜接頸平面與排污管焊口處焊縫開(kāi)裂,從而導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行時(shí)真空嚴(yán)密性不好,影響機(jī)組真空達(dá)2 kPa。小修中將該點(diǎn)焊縫處理后,機(jī)組真空情況大大改善,處理前后機(jī)組真空情況對(duì)比見(jiàn)表1。

表1　陽(yáng)邏3號(hào)機(jī)組真空狀況改善對(duì)照表

　　表1數(shù)據(jù)表明機(jī)組真空狀況明顯改善,真空嚴(yán)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(dá)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(jī)組真空提高;相同負(fù)荷情況下,機(jī)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(jī)組真空提高約1. 8 kPa,這與運(yùn)行人員記錄停運(yùn)1臺(tái)真空泵真空降低2 kPa吻合。

2.2、襄樊電廠4號(hào)汽輪機(jī)真空系統(tǒng)查漏

　　襄樊電廠4號(hào)汽輪機(jī)組是由東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的300MW亞臨界機(jī)組, 1999 年8 月19 日并網(wǎng)運(yùn)行。當(dāng)時(shí)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果為1 080 Pa /min,大大超出400 Pa /min的合格標(biāo)準(zhǔn)。

　　2000年4月3日至4月14日對(duì)該機(jī)真空系統(tǒng)的所有法蘭中分面、焊縫、閥門(mén)閥桿、對(duì)空排放門(mén)、大小機(jī)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(duì)發(fā)現(xiàn)的漏點(diǎn)進(jìn)行了堵漏處理。4月15日再次進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn),試驗(yàn)中全停真空泵,試驗(yàn)負(fù)荷283MW,取DCS真空表讀數(shù)計(jì),真空下降率為117 Pa /min;取DEH真空表讀數(shù)計(jì),真空下降率為157 Pa /min,真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到小于270Pa /min的良好標(biāo)準(zhǔn)。查漏堵漏處理后相同負(fù)荷條件下機(jī)組真空由93 kPa提高到94 kPa。

　　2008年4月,機(jī)組真空嚴(yán)密性再次變差,檢查了100多處可能漏點(diǎn),發(fā)現(xiàn)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(yàn)堵漏效果,電廠檢修部進(jìn)行臨時(shí)性堵漏工作:采用汽缸密封脂對(duì)漏點(diǎn)部位進(jìn)行封堵,堵完一側(cè)軸封隔板套上半圈,真空上升約0. 2～0.3kPa,隨后,對(duì)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(shù)據(jù)見(jiàn)表2) 。根據(jù)單側(cè)堵漏的效果推算,若進(jìn)行兩側(cè)堵漏,真空也將上升約1 kPa。

表2　襄樊4號(hào)機(jī)組真空狀況改善對(duì)照表

2.3、沙市電廠9號(hào)汽輪機(jī)真空系統(tǒng)查漏

　　沙市電廠9號(hào)汽輪機(jī)組是哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的C5528. 83 /0. 98型抽汽凝汽式汽輪機(jī),配2臺(tái)射水抽氣器,額定工況機(jī)組設(shè)計(jì)背壓為4.5 kPa。該機(jī)組是1998年投產(chǎn)的改造機(jī)組, 2001年4 月份機(jī)組大修。大修前機(jī)組真空狀況不好, 2001年3月6日在55MW負(fù)荷運(yùn)行,真空僅90 kPa (DAS數(shù)據(jù)) ,排汽溫度達(dá)51℃ (DAS數(shù)據(jù)) 。真空嚴(yán)密性試驗(yàn)僅持續(xù)2 min,凝汽器真空由91. 80 kPa降至84. 95 kPa(DAS數(shù)據(jù)) ,取2 min數(shù)據(jù)計(jì)算,真空系統(tǒng)嚴(yán)密性為3.4 kPa /min,大大超過(guò)0.4 kPa /min的合格標(biāo)準(zhǔn),表明真空系統(tǒng)存在明顯泄漏, 2001 年4 月份機(jī)組大修,大修后開(kāi)機(jī)時(shí),機(jī)組真空僅能達(dá)到62 kPa,無(wú)法啟動(dòng)。5月18日下午, 9號(hào)機(jī)組再次抽真空進(jìn)行運(yùn)行查漏。固定端抽氣器運(yùn)行, 8min后真空升到62kPa便不再上升,汽輪機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。電廠檢修人員反映,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(hào)軸承箱)擋住,無(wú)法拆卸,經(jīng)制造廠同意,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(cè)為5～8 mm,電側(cè)的寬度為5 mm,長(zhǎng)度約為200 mm (圓環(huán)形封板的徑向尺寸) ,大修后未作恢復(fù)處理。因此,大修后首次啟動(dòng)真空差的直接原因是機(jī)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(jī)抽真空后對(duì)該處進(jìn)行火焰法檢查,打火機(jī)的火焰被長(zhǎng)長(zhǎng)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(nèi)部封堵及外部切割口封焊。重新抽真空,真空最高值達(dá)到85 kPa,比處理前提高23 kPa。泄漏機(jī)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(cè)往缸內(nèi)數(shù)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(jī)組額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí), 6抽為負(fù)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(hào)低加從而進(jìn)入凝汽器,影響機(jī)組真空。負(fù)荷低于40% ～50%額定負(fù)荷時(shí),5段抽汽也開(kāi)始變?yōu)樨?fù)壓,汽輪機(jī)啟動(dòng)升速階段2段抽汽也可能變?yōu)樨?fù)壓,這些部位成為低負(fù)荷階段的空氣漏點(diǎn),是機(jī)組負(fù)荷增加真空反而上升的原因。

　　甚至在汽輪機(jī)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)前抽真空的時(shí)候,由于汽輪機(jī)沒(méi)有進(jìn)汽,高壓汽缸內(nèi)是負(fù)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(nèi),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(jī)組運(yùn)行真空的最大漏點(diǎn)是機(jī)組前、后軸封處。5月19日至21日,運(yùn)用氦質(zhì)譜檢漏儀對(duì)真空系統(tǒng)現(xiàn)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(jī)本體部位) ,共檢查了76處可能漏點(diǎn),發(fā)現(xiàn)了4處真實(shí)漏點(diǎn)。最大漏點(diǎn)主要是機(jī)組前、后軸封處,漏率達(dá)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(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行處理后機(jī)組的真空恢復(fù)正常。

2.4、效益分析

　　效益分析見(jiàn)表3。

表3　效益分析