680 MW超超臨界機組真空突降原因診斷

董霖，曾雅潔，沈陽，劉明星，張志勇，馬勇

(1.華電電力科學研究院有限公司，武漢 430000； 2.中國電建集團湖北工程有限公司工程建設公司調試分公司，武漢 430000；3.西安熱工研究院有限公司，西安 710032)

0 引言

汽輪機凝汽器的真空狀態直接影響機組運行的經濟性和安全性。真空系統泄漏將增加冷源損失，降低循環效率。1臺600 MW的汽輪機真空下降1%，熱耗增加0.05%[1]。而且空氣進入凝汽器會使凝結水含氧量升高，形成腐蝕鍋爐和汽機設備的隱患。當真空值超過保護定值時，還將會危及低壓末級葉片運行的安全[2]。

運行機組真空值突然快速下降后又穩定在某一數值是很棘手的問題，操作人員需要在保證設備安全的前提下，快速查找問題原因并將其消除，使機組正常運行。面對相對龐大的真空系統，查找漏點非常困難，需要利用專業的檢漏儀器及豐富的查漏經驗來排除故障[3]。

1 真空突降事件經過

1.1 系統介紹

某電廠#4汽輪發電機組采用東方汽輪機廠引進日立技術制造的超超臨界壓力汽輪機，其型號為N680-25/600/600，形式為超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機。

機組配置有2臺容量為50%鍋爐最大連續蒸發量(BMCR)的汽動給水泵和1臺容量為30% BMCR的啟動及備用電動給水泵。其中，小汽輪機與主汽輪機共用1套軸封系統和凝汽器，A小機排汽進入B凝汽器(高背壓側，HP)，B小機排汽進入A凝汽器(低背壓側，LP)，如圖1所示。

圖1 小機排汽至凝汽器示意

1.2 事件發生經過

#4機組在2016年11月完成小修后進行了凝汽器灌水查漏工作。再次啟動后出現真空下降，其真空值比運行中的#3機低0.6 kPa，而以往相同工況下#4機的真空值均高于#3機。#4機組A凝汽器的真空值逐漸低于B凝汽器的真空值。進行真空嚴密性試驗發現：A凝汽器真空下降速率為950 Pa/min；B凝汽器真空下降速率為242 Pa/min。據此試驗結果，運行人員開始排查真空泄漏點，同時進行真空泵切換、提高軸封母管壓力(由65 kPa升至71 kPa)等操作，真空值無明顯變化。

真空嚴密性試驗4天后，#4機組負荷630 MW，在運行人員無任何操作的情況下，其凝汽器真空值3 min內由94.2 kPa下降至91.2 kPa。運行人員緊急啟動備用循環水泵和備用真空泵維持真空。為將凝汽器真空保持在設計規定的范圍內，須進行真空系統檢漏。

2 真空檢漏方法

真空系統檢漏方法很多，如薄膜法、凝汽器灌水法、泡沫法、超聲波法、氦質譜檢漏儀法等[4]。每種方法都有其鮮明的特點和局限性，而超聲波法和氦質譜檢漏儀法是目前常用的在線真空檢漏法。

超聲波檢漏法能準確地判斷泄漏點的具體位置，且體積小、重量輕、耗電少、一次性投入成本低；但其易受外界因素影響，抗干擾能力較差[5]。氦質譜檢漏儀法靈敏度高、反應時間快、對環境無影響、移動方便[6]、最小可檢測率高，是比較優秀的檢測方法。

本次真空系統檢漏試驗采用氦質譜檢漏儀法，使用萊寶PhoeniXL300氦質譜檢漏儀，設置量程基準為1×10-9Pa·m3/s。

3 真空系統查漏過程

3.1 檢查范圍

由于#4機組在小修后進行過凝汽器灌水查漏工作，而真空突降情況發生于運行13天后，當時機組負荷率超過90%，因此首次檢漏工作范圍主要集中在灌水查漏區域之外的部位，如主機2個低壓缸前后軸封、汽缸中分面、2臺小機后軸封，以及附屬的法蘭、人孔等。接著在機組運行的狀態下，對凝汽器喉部、部分低壓加熱器、低壓旁路等6 m層真空系統進行檢查；最后對凝結水泵密封、疏水系統閥門、凝汽器底部放水管道等區域進行逐一排查。

3.2 檢查過程

3.2.1 第一次真空檢漏

2016年12月5日至6日，機組運行時軸封母管壓力為63 kPa，真空檢漏中主要漏點情況見表1。

表1 第1次真空檢漏情況 Pa·m3/s

由表1可知，2臺小機前、后軸封泄漏量較大，可能是由于小機軸封系統供汽不足或回汽過多造成的。B小機前軸封漏量略大于其后軸封，檢查其封管道系統，未發現明顯問題。

當后期機組因其他原因短暫停機備用時，再次對凝汽器灌水進行查漏，水位灌至3 m，未發現漏點。隨后在機組啟動階段，B小機盤車狀態下，關小其軸封回汽手動門，凝汽器真空值由89.6 kPa升至93.1 kPa。此時B小機軸封供汽手動門開度已經很大，可調整余量很小，說明供汽系統的泄漏可能性不大，檢查重點應放在小機軸封回汽系統。

12月19日，機組帶負荷至600 MW，#4機A，B凝汽器的真空值分別是94.18 kPa與94.48 kPa，比相同工況的#3機的真空值低2～3 kPa。全關B小機軸封回汽手動門，#4機真空值無變化且B小機前軸封無冒汽現象；同樣調整A小機軸封系統手動門，A小機前軸封冒汽現象明顯。因為A小機軸封供汽支管位于小機軸封供汽母管下游，可排除軸封母管供汽系統異常。初步判斷B小機軸封回汽系統泄漏是本次問題的主要原因，其回汽手動門可能存在內漏情況。

3.2.2 第二次真空檢漏

12月20日至21日，機組運行時，在B小機軸封回汽手動門幾乎全關的情況下，將軸封母管壓力升至71 kPa，再次進行真空檢漏，主要漏點情況見表2。

表2 第2次真空檢漏情況 Pa·m3/s

分析第二次的檢測數據發現，關小B小機軸封回汽手動門后，2臺小機前、后軸封泄漏量較上次檢測的數值增大，尤其是B小機前軸封漏量明顯增加。

根據經驗，氦質譜檢漏儀的氦漏率測量值達到10-5量級[7-8]，則屬于較大的漏點。雖然確定B小機軸封回汽系統存在較大泄漏點，但是其前軸封漏量明顯大于后軸封的具體原因需要進一步檢查分析。

3.2.3 第三次真空檢漏

第二次真空檢漏2個月后，機組運行時針對B小機再次進行真空檢漏工作，檢測數據與12月20日的數據相差不大。

將B小機停運隔離，以檢驗其對真空系統的影響程度。關閉B小機排汽蝶閥及相關疏水后，凝汽器真空值上升約2.4 kPa。凝汽器真空值上升，進一步確定了B小機系統泄漏是真空值下降的主要原因。

停機后對B小機軸封系統閥門、濾網、流量孔板等管道附件進行檢查，均無明顯異常。進入B小機排汽裝置檢查，發現小機排汽口處的后軸封回汽管道(管徑為89 mm)彎頭背弧處破損，如圖2所示。而B小機排汽裝置內軸封供汽管道彎頭處也因為應力腐蝕產生了大量裂紋，如圖3所示。因此基本確認機組此次真空突降的原因。

4 原因分析

圖2 B小機后軸封回汽管道破裂情況

圖3 B小機前軸封供汽管道裂紋情況

通過真空檢漏過程分析認為，在#4機組運行期間，由于B小機軸封管道因受應力腐蝕而產生大量裂紋，隨著裂紋的增多、增大，機組真空值逐步下降。B小機軸封回汽管道發生破損導致機組真空值發生突降，當泄漏量與真空泵出力達到平衡時，凝汽器真空值隨后又保持穩定。

由于B小機軸封回汽管道破損嚴重，管道內真空值接近A凝汽器真空值，小機軸封回汽腔室內呈高真空狀態，B小機軸封進汽腔室內的蒸汽被直接吸入其軸封回汽腔室。由于2臺小機軸封回汽支管匯集在1根回汽母管，B小機軸封系統泄漏也會影響到A小機軸封系統的正常工作。在關小A小機軸封回汽門后，其泄漏量減小，無需進行管道更換。

更換B小機軸封系統管道后，在#4機組啟動前，凝汽器真空值可達到95 kPa。機組帶負荷后，真空嚴密性試驗結果為：A凝汽器真空值下降速率為174 Pa/min，B凝汽器真空值下降速率為238 Pa/min。兩者均低于行業標準(270 Pa/min)[9]，試驗合格。對B小機前、后軸封位置進行復查，氦氣檢測量在10-8量級以下，且前軸封漏量小于后軸封，可認為不泄漏。

5 結束語

此次真空系統的泄漏點比較隱蔽，同時由于電廠生產任務重，停機消缺時間緊迫，要求檢漏工作人員能夠精準判斷泄漏點，進而開展針對性的消缺工作。面對這次的問題，檢漏人員進行長期跟蹤、多次驗證，最終確定泄漏位置進行治理，并取得了良好的效果。