汽輪機真空系統的氦質譜儀檢漏方法及泄漏案例分析

謝作爽，祁 偉，方匡坤，王 飛

（1.浙江浙能技術研究院有限公司，杭州 310012；2.淮浙煤電有限責任公司鳳臺發電分公司，安徽 淮南 232100；3.浙江浙能臺州第二發電有限責任公司，浙江 臺州 317109；4.浙江浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江 金華 321100）

汽輪機真空系統的氦質譜儀檢漏方法及泄漏案例分析

謝作爽1，祁 偉2，方匡坤3，王 飛4

（1.浙江浙能技術研究院有限公司，杭州 310012；2.淮浙煤電有限責任公司鳳臺發電分公司，安徽 淮南 232100；3.浙江浙能臺州第二發電有限責任公司，浙江 臺州 317109；4.浙江浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江 金華 321100）

汽輪機真空系統的泄漏，會導致真空的下降，影響汽輪機組的經濟和安全運行。介紹了氦質譜儀查漏方法，將之應用于發電廠汽輪機真空系統查漏工作，并簡析真空系統查漏工作中易被忽視的泄漏點。對于某些特定機型汽輪機存在共性的泄漏點，結合案例深入分析與處理，消除影響機組真空的泄漏點。

凝汽器；真空；檢漏；氦質譜儀；推拉裝置；汽缸補償器

0 引言

各汽輪發電機組運行中，凝汽器真空是保障機組運行可靠性、穩定性、經濟性的重要指標之一。而影響凝汽器真空的因素是多方面的，比如隨低壓缸排汽進入凝汽器汽側不凝性的空氣量，這主要跟凝結水溶解氧含量及除氧器除氧效果有關；因汽輪機真空系統上設備、管道等存在泄漏點，被吸入至凝汽器汽側不凝性的空氣量[1-3]。凝汽器的循環冷卻水、換熱管束的工作情況以及真空泵或抽氣器等抽真空設備的運行情況也是重要影響因素。以上這些因素的綜合作用，最終影響機組的真空。

運行機組真空嚴密性差導致真空泵電流過大，或進一步導致凝汽器真空下降，從而影響機組安全、經濟運行時，一般也都從各影響因素上進行運行調整。除了必要的運行調整，還需通過各種手段進行汽輪機真空系統查漏工作，包括凝汽器壓水查漏法、貼塑料薄膜法、刷肥皂泡法、燭火法、鹵素法、超聲波法、氦質譜儀法等[4]。

而其中，鹵素法、超聲波法、氦質譜儀法可在機組運行期間在線進行，但因鹵素法所用示蹤氣體對環境有害，超聲波法又易受周邊環境影響其檢測的準確性。由此，不受周邊環境影響同時又不影響周邊環境的氦質譜儀法為最優的汽輪機真空系統在線檢漏方法[5]。

1 氦質譜儀查漏技術介紹

氦質譜儀查漏法是一種在線式、易操作，且靈敏度高、抗干擾的監測方法。其在各行業查漏應用中，有真空法、正壓法、真空壓力法、背壓法等4種方法[6]。而在各發電廠的查漏工作中，多采用真空法和正壓法。發電機及壓力容器、壓力管道等的氣密性檢查多采用正壓法，而汽輪機真空系統查漏則多采用真空法進行氦質譜檢漏。

該方法使用的氣體噴槍逐塊、逐區域地對汽輪機真空系統各設備、各部位噴射氦氣。如果某處存在泄漏點，作為檢漏示蹤氣體的氦氣將隨同環境中的空氣被吸入，最終從真空泵氣水分離器排放管排出，通過監測探頭在抽氣器出口抽吸氦氣及其他不凝性氣體形成的混合氣體，并通過氦質譜儀內的質譜分析功能，分析氦氣分子顆粒在靶板上的物質量，判斷被檢位置的泄漏空氣相對

量[7-8]。

省內各測試單位多采用德國英福康公司的UL1000型移動式氦質譜儀，其基準示數為1.0×10-6Pa·m3/s。在檢漏過程中，根據氦質譜儀顯示屏上示數變化的情況，判斷被檢位置是否泄漏，及泄漏的程度。

2 汽輪機真空系統查漏范圍

汽輪機真空系統相關的設備、部位較為繁雜，且現場分布廣，部分設備、部位的安裝位置差，影響真空泄漏點的查找。應根據機組的自身特點及具體的泄漏程度，從以下各方面全面或有重點地開展檢漏工作[9-10]。

（1）低壓缸部分：低壓外缸中分面、人孔門、防爆膜及前、后軸封等。

（2）給水泵汽輪機部分：給水泵汽輪機中分面、人孔門、防爆膜、軸封及排汽管上的排汽蝶閥、法蘭面、波紋膨脹節等。

（3）凝汽器及相連的負壓系統：凝汽器本體，與凝汽器本體相連的低壓旁路、三級減溫器，各疏水擴容器，低加、軸加，低加進汽管及真空破壞門、水位計、聯箱等設備及附屬管路、閥門等[3-4]。

（4）凝結水泵及入口區域：凝結水泵的軸端機械密封損壞或軸端密封水工作異常，或入口區域閥門、濾網、波紋膨脹節等泄漏，造成凝結水溶解氧含量超標。

（5）微正壓部位：中低壓連通管法蘭、膨脹節，部分低壓加熱器及相應的疏水、排氣管道等部位，在低負荷時會呈現負壓狀態，導致空氣被該區域的泄漏點吸入。

3 常規泄漏點分析

在利用氦質譜儀對各機組真空系統查漏過程中，發現以下普遍存在，但又容易被各發電廠忽視的泄漏點：

（1）部分機組的低壓缸前、后軸封處存在10-5～10-4Pa·m3/s級別的泄漏。

近幾年投產或通流部分改造的機組，在安裝、檢修過程中普遍將通流部分及汽、軸封徑向間隙調至汽輪機廠家規定值區間的中、下限，以減少級間漏汽和軸端漏汽。但在機組啟動、停運或變工況等過程中，因汽輪機轉子軸系振動，汽輪機動靜部分的碰磨會使汽、軸封徑向間隙逐步擴大。其次，在機組工況變化、軸封徑向間隙變化的過程中，軸封低壓母管供、回汽無法同步變化；另外，部分機組因軸封體與低壓外缸結合面、軸封體上、下兩半結合面出現間隙等原因，導致出現10-5～10-4Pa·m3/s級別的泄漏。軸封泄漏可通過解體軸封重新調整軸封間隙，或處理軸封上、下半結合面，軸封與低壓外缸結合面間隙的方式進行消除；在無法解體重新調整軸封間隙及處理軸封各結合面時，可通過調整低壓缸軸封的供、回汽來消除，但應加強對潤滑油油質的監視[11]。

（2）部分機組汽輪機、給水泵汽輪機真空信號或排汽壓力信號、壓力表及溫度套管管路等存在10-5Pa·m3/s級別的泄漏。

因無法足夠靠近被檢的測量管路進行精確測量，因此實際泄漏率可能更大。正壓系統的信號管路因發生接頭松動或管道焊縫開裂等現象時，被測量介質會經泄漏點溢出，容易被發現并得到及時處理。但類似凝汽器真空、給水泵汽輪機排汽壓力等信號屬于負壓信號，發生泄漏時不易被察覺；同時因涉及汽輪機、給水泵汽輪機的跳閘邏輯，導致大部分發電廠和查漏廠家均不對該類管路進行查漏。但如果任由已存在泄漏的接頭、焊縫持續泄漏，反而因泄漏量過大，導致對壓力、真空信號測量不準，引發汽輪機、給水泵的跳閘邏輯。應對發現的此類信號管路漏點及時進行臨時封堵，并在合適時間進行進一步處理。

（3）部分機組凝汽器、小機排汽管道、低旁管道、三級減溫水后管道等負壓區域人孔門10-5～10-4Pa·m3/s級別的泄漏。

因人孔門密封墊片的裝復工藝、質量不過關，或使用周期較長而老化、開裂等原因導致人孔門處泄漏。對于此類重要的密封件，在設備裝復前和裝復時加強工藝、質量控制；并適當減少此類密封件的使用周期。發生泄漏后，及時進行臨時封堵。

各相應泄漏點的氦質譜儀示數較小，但其分布廣、數量多，如果泄漏點數量增加，則相應的總泄漏量就可能影響到機組真空。

4 特定機型汽輪機真空系統泄漏案例分析

除了以上幾個各類型機組可能均會普遍存在的泄漏點之外，某些特定機型的汽輪機真空系統存在的泄漏點，也應引起足夠重視。

4.1 低壓缸推拉裝置

4.1.1 泄漏點介紹

（1）X發電廠泄漏點介紹。

X發電廠1號、2號機組汽輪機為上汽1 050 MW超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機。為減少汽缸與轉子間的相對膨脹，尤其是低壓內缸與低壓轉子的相對膨脹，中壓外缸與低壓內缸以及各低壓內缸之間布置推拉裝置[12]。

在利用氦質譜儀對該發電廠2號汽輪機A低壓缸側真空系統進行查漏時，發現A低壓缸左前、左后、右前、右后推拉裝置處（汽輪機前軸承箱視向）存在大漏點，其質譜儀示數分別為2.63×10-4Pa·m3/s， 2.08×10-4Pa·m3/s，1.6×10-4Pa·m3/s，1.48×10-4Pa·m3/s。

對X發電廠1號汽輪機A與B低壓缸側真空系統進行查漏時，在A與B低壓缸左前、左后、右前、右后推拉裝置處均發現10-5Pa·m3/s等級以上中等漏點。

（2）Y發電廠泄漏點介紹。

Y發電廠3號、4號機組汽輪機為上汽660 MW超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機，A與B低壓缸同樣各有4只推拉裝置。對其3號汽輪機A與B低壓缸的推拉裝置進行查漏時，發現各推拉裝置均存在泄漏率不等的泄漏點，其質譜儀示數見表1。

表1 Y發電廠3號機A與B低壓缸推拉裝置氦質譜儀檢漏示數Pa·m3/s

4.1.2 泄漏點分析

如圖1所示，分析汽缸推拉裝置的汽缸補償器的結構，并考慮到氦氣的易擴散性，決定以汽缸補償器的護罩為界，依次對汽缸補償器護罩內側、外側檢查，以盡量確定汽缸推拉裝置的汽缸補償器區域的泄漏情況。X與Y兩發電廠相應位置的質譜儀示數見表2、表3。

圖1 汽缸推拉裝置的汽缸補償器局部結構

如表2、表3所示，推拉裝置的汽缸補償器區域均存在泄漏率不同的漏點，且以汽缸補償器護罩為界，護罩外側的泄漏明顯大于護罩內側的泄漏。研究汽缸補償器的結構，推斷推拉裝置內側密封法蘭與低壓外缸間的密封條老化泄漏、護罩與推拉裝置內側密封法蘭的角焊縫開裂為汽缸補償器護罩外側泄漏的2個可能原因。

表2 X發電廠1號機A低壓缸推拉裝置第二次氦質譜儀檢漏示數Pa·m3/s

4.1.3 臨時處理措施

因運行期間汽缸補償器護罩與低壓外缸之間無相對位移，Y發電廠決定對3號汽輪機B低壓缸的推拉裝置汽缸補償器護罩外側與低壓外缸之間的間隙使用密封膠進行填縫處理。填縫處理后的氦質譜儀示數見表4。可見，使用密封膠填縫處理后，各推拉裝置的汽缸補償器的泄漏大體上呈下降趨勢。但隨時間和溫度的變化，存在各處密封膠老化開裂后，各推拉裝置處的泄漏率回升的可能性。

4.1.4 建議停機處理措施

包括X發電廠1號、2號機，Y發電廠3號、4號機在內的各臺上汽600 MW與1 000 MW等級機組應利用機組機修期間，對各汽缸推拉裝置進行解體，對各道波紋補償器、各部位焊縫進行滲透探傷，更換各道密封件。

4.2 軸承箱溢油管路

4.2.1 泄漏點介紹

Y發電廠1號、2號機組汽輪機為東汽600 MW超臨界、中間一次再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機，配N-36000-7型雙殼體、雙背壓、雙進雙出、單流程、橫向布置凝汽器[13-15]。

與文獻[13]所提的情況類似，Y發電廠1號機組啟動期間，利用氦質譜儀進行真空系統查漏，發現高、低壓凝汽器左側（爐側）斜接頸上各自引出的規格為Φ57 mm×3.5 mm的排污管的管口處，質譜儀示數為10-3～10-2Pa·m3/s級別。經查，為A與B低壓缸前、后軸承箱溢油管分別從A與B低壓外缸前、后端穿入凝汽器汽側，在各臺凝汽器汽側匯合后，從距各自凝汽器排汽中心線430 mm，高度9.8 m處的左側（爐側）斜接頸處穿出[13]。

4.2.2 泄漏點分析

該管道上沿程較多焊縫，又多次穿過凝汽器汽側金屬壁面，導致凝汽器汽側內部管道或凝汽器斜接頸上的穿壁管的任一道焊縫出現開裂現象，均可能使空氣漏入凝汽器汽側。且排污管道的首、末端均未設置隔離閥門，無法實現泄漏點的隔離。

4.2.3 臨時處理措施

使用軟木塞封堵各排污管首、末端，使用密封膠或其他材料封堵穿壁管處焊縫。臨時處理后，2路排污管首、末端及穿壁管焊縫處泄漏檢查時質譜儀示數為10-6～10-5Pa·m3/s級別。

4.2.4 建議停機處理措施

該管道原作用為引流各軸承箱油檔溢油，減少火災隱患。實際運行中，因各軸承箱負壓建立情況及油檔密封情況良好，已無該管道存在的必要性。

因此，建議包括Y發電廠1號、2號機在內的東汽600 MW與1 000 MW等級機組取消該管道，封堵該管道原在凝汽器斜接頸上的開孔，并為斜接頸封堵處的內、外壁面做防腐處理。

5 結語

不同類型、不同運行工況下的汽輪機組，真空系統的泄漏點也各不相同，但其中也埋伏著一些容易被忽視的類似泄漏點；某些同類型的汽輪機組，也存在著某些設計、制造或安裝的缺陷造成的相同泄漏點。以上介紹了幾處典型案例，以供廣大運行、維護、檢修及試驗人員在機組真空系統運行、檢修及查漏工作中參考。

表3 Y發電廠3號機A與B低壓缸推拉裝置第二次氦質譜儀檢漏示數Pa·m3/s

表4 Y電廠3號機A與B低壓缸推拉裝置臨時處理后氦質譜儀檢漏示數Pa·m3/s

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2017-09-22

謝作爽（1983），男，工程師，從事發電廠汽輪機性能試驗相關工作。

（本文編輯：陸 瑩）

Leak Detection Method for Vacuum System of Steam Turbine Using Helium Mass Spectrometer and Leakage Case Analysis

XIE Zuoshuang1， QI Wei2， FANG Kuangkun3， WANG Fei4
（1.Zhejiang Energy Group Ramp;D Co.， Ltd.， Hangzhou 310012， China；2.Huaizhe Coalamp;Power Co.， Ltd.， Fengtai Power Branch，Huainan Anhui 232100，China；3.Zhejiang Zheneng Taizhou Second Electric Power Generation Co.， Ltd.， Taizhou Zhejiang 317109， China；4.Zhejiang Zheneng Lanxi Power Generation Co.，Ltd.，Jinhua Zhejiang 321100，China）

The drop of the vacuum level of the turbine is caused by the leakage of the vacuum system of steam turbine which seriously affects economic and safe operation of unit.The vacuum system leakage detection method using helium mass spectrometer and its application in vacuum system leakage detection of steam turbine are introduced in the paper.The paper also analyzes leakage points that are often ignored.Combined leakage cases，the analysis and processing method are advanced to remove some common leakage points which affected the turbine vacuum for the typical steam turbines.

condenser； vacuum； leak detection； helium mass spectrometer； thrust bolt device； cylinder compensator

10.19585/j.zjdl.201711014

1007-1881（2017）11-0078-05

TK26

B