汽輪機(jī)真空系統(tǒng)檢漏方法及典型案例分析

冉志超，張寶，沈全義

（1.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州310014；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

汽輪機(jī)真空系統(tǒng)檢漏方法及典型案例分析

冉志超1，張寶2，沈全義2

（1.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州310014；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

介紹了典型汽輪機(jī)真空系統(tǒng)檢漏設(shè)備工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，簡述了檢漏人員如何進(jìn)行熱力系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，明確了重點(diǎn)關(guān)注的要素，并介紹如何根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況預(yù)判凝汽器真空泄漏位置的方法，通過凝汽器真空檢漏實(shí)際案例，進(jìn)一步驗(yàn)證了熱力系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析與預(yù)判凝汽器真空泄漏位置方法的結(jié)合應(yīng)用是有效可行的。

汽輪機(jī)；熱力系統(tǒng)；凝汽器；真空；泄漏

0 引言

凝汽器是汽輪機(jī)組重要的設(shè)備，機(jī)組運(yùn)行時，凝汽器真空值必須穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)，才能確保機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性。影響凝汽器真空的因素是多方面的，比如外部空氣漏入、凝汽器鈦管（銅管）結(jié)垢、循環(huán)水量不足、機(jī)組負(fù)荷等[1]，其中外部空氣漏入量過大造成機(jī)組真空降低的現(xiàn)象最為常見。

凝汽器外部空氣漏入的情況主要有兩種：一是由新蒸汽帶入汽輪機(jī)的，雖然汽輪機(jī)系統(tǒng)有除氧相關(guān)設(shè)備，但是依然有少量空氣混在蒸汽中進(jìn)入凝汽器；二是在汽輪機(jī)真空狀態(tài)下，低壓回?zé)嵯到y(tǒng)、汽輪機(jī)低壓缸排汽、凝汽器設(shè)備等不嚴(yán)密處漏入。空氣的大量漏入，會導(dǎo)致機(jī)組真空突降，嚴(yán)重時導(dǎo)致跳閘；空氣少量漏入，會導(dǎo)致凝汽器換熱系數(shù)顯著降低，從而降低機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此，凝汽器檢漏是多數(shù)發(fā)電廠重要的日常工作之一，除了要使用專業(yè)的檢漏工具外，還需要系統(tǒng)的分析與豐富的經(jīng)驗(yàn)。

1 凝汽器真空檢漏設(shè)備

在眾多的凝汽器真空系統(tǒng)檢漏設(shè)備中，使用最多的是超聲波檢漏儀（見圖1）和氦氣質(zhì)譜儀（見圖2）。

1.1 超聲波檢漏儀

超聲波檢漏儀依據(jù)物體互相碰撞就會產(chǎn)生超聲波干擾這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)，內(nèi)部首先過濾環(huán)境噪聲干擾信號，然后檢測一定超聲波頻率范圍內(nèi)的泄漏噪聲，從而定位位置。實(shí)際使用過程中，超聲波檢漏儀響應(yīng)范圍為40±1.5 kHz更為合適。

超聲波檢漏儀的優(yōu)點(diǎn)：能準(zhǔn)確地判斷泄漏點(diǎn)的具體位置；體積小、重量輕、耗電少、一次性投入成本低。但易受外界因素影響，抗干擾能力較差。

1.2 氦氣質(zhì)譜儀

氦氣質(zhì)譜儀主要由吸入系統(tǒng)、離子源、磁分離器和離子收集極等部件組成。將氦氣質(zhì)譜儀吸入管道安裝到運(yùn)行真空泵排氣口，檢漏人員將氦氣噴射到預(yù)判漏點(diǎn)位置，如果存在漏點(diǎn)，則氦氣被吸入凝汽器，最終氦氣由真空泵排氣口排出，吸入系統(tǒng)將排出的氦氣送到氦氣質(zhì)譜儀，內(nèi)部處理后數(shù)據(jù)將在氦氣質(zhì)譜儀液晶顯示屏上顯示。

氦氣質(zhì)譜儀的優(yōu)點(diǎn)：氦氣屬于惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、分子式小、無毒、不易燃燒；氦氣價格低廉、易購買；檢漏儀精度較高，反應(yīng)速度快。但現(xiàn)場攜帶較為不便；泄漏區(qū)域劃定不明顯。

圖1 超聲波檢漏儀

圖2 氦氣質(zhì)譜儀

2 熱力系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

凝汽器真空相關(guān)設(shè)備龐大，如果盲目地檢漏，不僅效率低而且工作量大。當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組凝汽器真空惡化時，首先應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行熱力系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，確定真空惡化的根本原因，并根據(jù)相關(guān)系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的變化，確定可能的泄漏點(diǎn)位置，然后在重點(diǎn)部位開展檢漏工作，才能達(dá)到事半功倍。一般對以下幾個系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.1 軸封系統(tǒng)

高壓軸封用來防止高壓蒸汽外漏造成能量損失及環(huán)境污染，低壓軸封用來防止空氣漏入凝汽器致使真空降低。而目前某些發(fā)電廠為了防止汽輪機(jī)潤滑油進(jìn)水，經(jīng)常習(xí)慣性降低軸封壓力運(yùn)行，這就會出現(xiàn)低壓軸封密封不夠，導(dǎo)致外部空氣進(jìn)入凝汽器影響真空。對該系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下因素：主機(jī)低壓軸封壓力與汽泵汽輪機(jī)（簡稱小機(jī)）軸封壓力是否偏低、小機(jī)軸封回汽手動門開度情況、軸封加熱器液位及其U型管道水封注水情況。

2.2 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)具有維持汽輪機(jī)正常運(yùn)行所需的凝汽器真空的作用。對該系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下因素：真空泵電機(jī)電流是否異常、真空泵冷卻液溫度情況、真空泵汽水分離器液位情況。

2.3 低壓加熱系統(tǒng)

低壓加熱系統(tǒng)的作用是將汽輪機(jī)內(nèi)部分蒸汽抽至加熱器內(nèi)加熱凝結(jié)水，提高除氧器進(jìn)水溫度，減少汽輪機(jī)排往凝汽器中的蒸汽量，從而降低熱量損失，提高熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率。對該系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注低壓加熱器壓力及其液位情況。

2.4 小機(jī)蒸汽系統(tǒng)及其給水泵密封水系統(tǒng)

給水泵密封水起到對給水泵的密封、潤滑、冷卻的作用[2]。密封水回水根據(jù)運(yùn)行選擇排地溝或凝汽器。對該系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下因素：小機(jī)排汽壓力、給水泵密封水供水壓力、水箱液位（U型管道水封）情況。

2.5 凝結(jié)水系統(tǒng)

凝結(jié)水系統(tǒng)的作用是收集汽輪機(jī)排汽凝結(jié)成的水和低壓加熱器疏水，由凝結(jié)水泵升壓后經(jīng)各低壓加熱器加熱送往除氧器。此外，凝結(jié)水系統(tǒng)還作為其他系統(tǒng)的密封水、補(bǔ)充水和減溫水。對該系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下因素：熱井液位高度情況、凝結(jié)水泵密封水情況、凝結(jié)水過冷度。

2.6 循環(huán)水系統(tǒng)

循環(huán)水系統(tǒng)為汽輪機(jī)排汽提供冷源，起到冷卻排汽及供給機(jī)組冷卻系統(tǒng)冷卻水的作用，同時建立真空系統(tǒng)。對該系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下因素：循環(huán)水流量、循環(huán)水進(jìn)出口壓力及其端差、凝汽器鈦管（銅管）臟污程度[3]、凝汽器水室液位是否正常、虹吸井運(yùn)行情況。

3 預(yù)判凝汽器真空泄漏位置方法

在開展真空檢漏前，預(yù)判凝汽器真空泄漏位置，迅速劃定凝汽器泄漏范圍，可減少真空泄漏時間，盡快恢復(fù)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在使用儀器檢漏前，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下因素，可初步判斷真空泄漏位置：

（1）凝汽器真空惡化前是否有重大操作或進(jìn)行過事故處理。

（2）了解機(jī)組設(shè)備概況，對設(shè)備特殊設(shè)計(jì)部分倍加關(guān)注，可能存在同類型設(shè)計(jì)機(jī)組出現(xiàn)相同泄漏位置的情況。

（3）了解凝結(jié)水含氧量[4]，如果熱井水側(cè)漏入空氣將嚴(yán)重影響凝結(jié)水含氧量，致使凝結(jié)水水質(zhì)惡化。

（4）通過隔離方式，分別對凝汽器進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，真空惡化速度快側(cè)為泄漏側(cè)，從而迅速劃定真空泄漏范圍。

（5）將小機(jī)排汽壓力與對應(yīng)側(cè)凝汽器壓力進(jìn)行綜合比較分析。正常狀態(tài)下小機(jī)排汽壓力基本等于對應(yīng)側(cè)凝汽器壓力，若不相符則說明該側(cè)凝汽器有真空泄漏點(diǎn)。

（6）通過凝汽器兩側(cè)端差[5]，判斷疏水?dāng)U容器運(yùn)行情況，如果存在泄漏，則端差異常增大。

4 典型案例分析

根據(jù)以上熱力系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析與預(yù)判真空泄漏位置方法，現(xiàn)將數(shù)據(jù)分析與預(yù)判方法應(yīng)用到查找凝汽器真空泄漏的2起實(shí)際案例。

4.1 案例1：凝汽器喉部裂紋泄漏

某350 MW超臨界燃煤機(jī)組，配置3臺真空泵和1臺射水抽氣器。超速試驗(yàn)前，真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果為0.1 kPa/min，正常運(yùn)行狀態(tài)為運(yùn)行1臺真空泵和1臺射水抽氣器。超速試驗(yàn)后，真空嚴(yán)密性嚴(yán)重下降，需運(yùn)行2臺真空泵和1臺射水抽氣器才能維持系統(tǒng)真空，且真空泵電流較大。主要參數(shù)為：機(jī)組負(fù)荷350 MW、凝汽器真空-93.47 kPa、排汽溫度39.7℃、軸封壓力31 kPa、真空泵電流分別為129 A與130 A。

在檢漏前現(xiàn)場了解情況得知：凝汽器真空由正常到突然惡化之間，本臺機(jī)組只進(jìn)行了汽輪機(jī)超速試驗(yàn)，并無其他重大操作。

根據(jù)預(yù)判凝汽器真空泄漏位置方法第1點(diǎn)，初步判斷為：此次凝汽器真空突然惡化的根本原因?yàn)槠啓C(jī)組超速試驗(yàn)。在汽輪機(jī)超速試驗(yàn)過程中，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞點(diǎn)如下：

（1）汽輪機(jī)低壓缸防爆膜破損。

（2）汽輪機(jī)低壓軸封間隙磨損變形。

（3）凝汽器本體受損或與其相關(guān)系統(tǒng)管道出現(xiàn)沖擊性裂紋。

隨后，使用氦氣質(zhì)譜儀對汽輪機(jī)低壓缸本體、汽輪機(jī)低壓軸封系統(tǒng)、凝汽器本體等重要檢查點(diǎn)依次進(jìn)行排查，主要位置檢查結(jié)果見表1。

表1 350MW機(jī)組氦氣質(zhì)譜儀檢測數(shù)據(jù)Pa·m3/s

氦氣質(zhì)譜儀檢測數(shù)據(jù)顯示分析認(rèn)為：

（1）低壓缸防爆膜，汽輪機(jī)中、低壓缸聯(lián)通管道未存在漏點(diǎn)。

（2）低壓缸軸封系統(tǒng)有泄漏，但檢漏數(shù)據(jù)顯示泄漏量較小。通過對機(jī)組軸封系統(tǒng)供汽壓力與軸封溢流情況參數(shù)檢查，并與真空惡化前后數(shù)據(jù)對比，未發(fā)現(xiàn)有明顯偏差，所以可排除低壓軸封磨損致真空惡化。

（3）凝汽器本體檢查，數(shù)據(jù)顯示在凝汽器喉部位置存在較大泄漏點(diǎn)。檢漏人員迅速就地檢查，發(fā)現(xiàn)位于凝汽器喉部存在30 cm長的裂紋，有明顯泄漏聲。可斷定此處正是導(dǎo)致凝汽器真空突然惡化的直接原因，同時說明預(yù)判泄漏位置的正確性。

緊急采用打膠的方法對泄漏位置臨時處理，凝汽器真空明顯好轉(zhuǎn)，真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果理想，真空系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)：1臺真空泵和1臺射水抽氣器運(yùn)行。主要參數(shù)為：機(jī)組負(fù)荷350 MW、凝汽器真空-95.37 kPa、軸封壓力30 kPa、排汽溫度34.2℃，真空泵電流113.2 A。

4.2 案例2：汽缸結(jié)合面法蘭螺栓加熱孔處泄漏

某1 000 MW超臨界燃煤機(jī)組，配置3臺真空泵，A汽泵汽輪機(jī)排汽至高壓凝汽器、B汽泵汽輪機(jī)排汽至低壓凝汽器。凝汽器真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果為A側(cè)0.4 kPa/min，B側(cè)0.6 kPa/min；運(yùn)行時，機(jī)組負(fù)荷1 000 MW，軸封壓力30 kPa，凝汽器真空-95.0 kPa，真空泵電流分別為290 A與311 A。

首先在檢漏前現(xiàn)場了解設(shè)備運(yùn)行方式過程中，注意到小機(jī)的特殊設(shè)計(jì)即上排汽布置方式，這個區(qū)域?yàn)槟鞴嗨槁┟c(diǎn)。對相關(guān)熱力系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)小機(jī)排汽壓力與凝汽器壓力存在偏差。

根據(jù)預(yù)判凝汽器真空泄漏位置方法第2與第5點(diǎn)，可初步判斷：本次凝汽器真空嚴(yán)密性不合格的根本原因?yàn)樾C(jī)特殊設(shè)計(jì)致未灌水查漏，小機(jī)泄漏點(diǎn)未暴露。預(yù)判泄漏位置可能存在于：

（1）小機(jī)軸封間隙較大。

（2）小機(jī)防爆膜破損或人孔門螺栓未固定。

（3）小機(jī)汽缸結(jié)合面密封不嚴(yán)密或螺栓未禁錮。

（4）小機(jī)膨脹節(jié)連接處及其相關(guān)系統(tǒng)管道閥門損壞。

隨后，使用氦氣質(zhì)譜儀對小機(jī)重點(diǎn)檢查，主要位置檢查結(jié)果見表2。

表2 1000 MW機(jī)組氦氣質(zhì)譜儀檢測數(shù)據(jù)Pa·m3/s

對氦氣質(zhì)譜儀檢測數(shù)據(jù)分析認(rèn)為：

（1）A與B小機(jī)軸封系統(tǒng)存在泄漏，檢漏數(shù)據(jù)顯示漏量較小。

（2）A與B小機(jī)防爆膜、人孔門、膨脹節(jié)連接處及其相關(guān)系統(tǒng)管道閥門未有漏點(diǎn)。

（3）A與B小機(jī)汽缸結(jié)合面存在較大漏點(diǎn)。

就地檢查，發(fā)現(xiàn)2臺小機(jī)汽缸結(jié)合面處法蘭螺栓加熱孔有明顯泄漏現(xiàn)象。可斷定此處正是導(dǎo)致凝汽器真空嚴(yán)密性不合格的直接原因，同時驗(yàn)證了預(yù)判泄漏位置的正確性。

采用注膠的方法對汽缸結(jié)合面法蘭螺栓加熱孔封堵后（見圖3），凝汽器真空提高，真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果理想，真空系統(tǒng)具體參數(shù)為：機(jī)組負(fù)荷1 000 MW，凝汽器真空-95.4 kPa，軸封壓力29.8 kPa，真空泵電流分別為288 A與309 A。

圖3 法蘭螺栓加熱孔臨時處理

無獨(dú)有偶，另一臺同類型1 000 MW機(jī)組，2臺小機(jī)為上排汽布置方式，小機(jī)汽缸結(jié)合面也設(shè)計(jì)為法蘭螺栓加熱孔，并存有泄漏現(xiàn)象，按同樣的方法處理后，凝汽器真空恢復(fù)正常。

以上案例說明，將數(shù)據(jù)分析與預(yù)判方法結(jié)合應(yīng)用，可有效縮短真空泄漏時間，提高工作效率。

5 結(jié)語

隨著國家對火力發(fā)電廠節(jié)能水平要求不斷提高，汽輪機(jī)真空系統(tǒng)嚴(yán)密性這一重要指標(biāo)要求也越來越嚴(yán)格，這就需要各方人員協(xié)同工作，共同努力，以確保汽輪機(jī)盡快恢復(fù)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。凝汽器真空系統(tǒng)雖然受外界因素影響較多，泄漏位置也不盡相同，但還是有規(guī)律可循，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況，對泄漏位置可事先預(yù)判，并結(jié)合先進(jìn)的檢漏儀器使用，一般性凝汽器真空泄漏問題均可迎刃而解。

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[3]鄭李坤，顧昌，閆貴煥.運(yùn)行參數(shù)變化對凝汽器真空影響的探討[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2002，44（6）:362-364.

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[5]孫為民，楊巧云.電廠汽輪機(jī)[M].北京：中國電力出版社，2010.

（本文編輯：陸瑩）

Leakage Detection Method for Vacuum System of Steam Turbine and Analysis on Typical Case

RAN Zhichao1，ZHANG Bao2，SHEN Quanyi2
（1.Hangzhou Yineng Electric Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces operating principle of typical leakage detection equipment for vacuum system of steam turbine as well as advantages and disadvantages.The paper also describes how detection personnel conduct thermodynamic system data analysis and introduces how to predetermine vacuum leakage location of condenser in accordance to practical situation on site.Through practical vacuum leakage detection case of condenser，it is further demonstrated that the method that combines thermodynamic system data analysis with predetermination of condenser vacuum leakage can be effective and feasible.

steam turbine；thermodynamic system；condenser；vacuum；leakage

TK268

：B

：1007-1881（2016）03-0034-04

2016-01-13

冉志超（1982），男，工程師，主要從事汽輪機(jī)熱力性能試驗(yàn)研究工作。