某燃氣電廠汽輪機真空嚴密性不合格原因分析及處理

程 實 劉忠源

江蘇華電昆山熱電有限公司

0 引言

朗肯循環(huán)的熱效率公式告訴我們，若忽略給水泵消耗的軸功，朗肯循環(huán)熱效率可近似地表示為：

由式（1）可見，η朗取決于過熱蒸汽的焓值h1、乏氣的焓值h2和凝結水焓值h3，而h1由過熱蒸汽的初參數 P1、T1決定，h2和h3都由終參數P2決定[1]。提高朗肯循環(huán)的初參數和降低其終參數均可提高循環(huán)的熱效率，具體措施是提高蒸汽的初壓P1、初溫T1，降低乏汽的壓力P2。燃氣電廠P2與汽輪機排汽口的真空值PV相對應，關系式為：

式(2)中P0為大氣壓力值。

可見提高機組的真空值需降低乏汽的壓力，可提高蒸汽在汽輪機內的做功能力，從而提高朗肯循環(huán)的熱效率，達到節(jié)能降耗、經濟運行的目的。

濕冷火電廠機組的真空是通過汽輪機排出的乏汽在凝汽器中與循環(huán)冷卻水交換熱量冷凝成水，體積迅速變小，從而在凝汽器汽側形成的。火電廠抽真空系統(tǒng)的作用是連續(xù)抽出凝汽器中滲入的空氣和其他不凝結氣體使凝汽器的真空保持在較高值。

機組真空嚴密性是否合格是由真空嚴密性試驗結果來判斷，該試驗是在短時關閉抽真空系統(tǒng)中凝汽器抽氣出口閥門的情況下，記錄、計算每分鐘真空下降的平均值，觀察是否大于標準值來判斷是否合格。根據《凝汽器與真空系統(tǒng)運行維護導則》DL/T932-2005 規(guī)定：100 MW 以上機組的真空系統(tǒng)嚴密性標準為≤270 Pa/min,100 MW 以下機組的真空系統(tǒng)嚴密性標準為≤400 Pa/min[2]。

1 存在問題

某燃氣電廠的#4機組調試投運后，存在真空嚴密性試驗不合格的問題，真空平均下降值為492 Pa/min左右，距離270 Pa/min的合格標準差距較大，不利于機組的安全經濟運行。機組真空嚴密性差會使過多的空氣漏入凝汽器，導致凝結水溶氧程度升高，加速設備的氧腐蝕，威脅機組的安全運行。真空嚴密性不合格，說明與真空相關的系統(tǒng)存在漏點，根據機組真空嚴密性試驗數值分析可知系統(tǒng)泄漏量較大，需盡快查出漏點，并采取相應措施對漏點進行封堵。但機組真空系統(tǒng)龐大，查找漏點困難，為解決該問題，該燃氣電廠成立了攻關小組，對真空系統(tǒng)進行查漏、堵漏，通過治理使機組真空嚴密性達標，提高機組運行的安全性和經濟性。

2 查漏方法

目前，常用的真空系統(tǒng)查漏方法有：壓水查漏法、打壓法、氦質譜儀檢漏法、超聲波檢漏法，幾種常用真空系統(tǒng)查漏方法的特點見表1[3，4]。

經過綜合比較，由于在機組調試階段和投產后已進行過多次壓水查漏，并對查到的漏點進行了封堵，鑒于機組已連續(xù)運行，攻關小組通過分析得出目前主要的漏點可能存在于凝汽器喉部以上與汽輪機氣缸相連接的真空系統(tǒng)中，為在不停機狀態(tài)下相對快速、準確地找到漏點，本次選用氦質譜儀檢漏法進行查漏。

3 查漏過程

氦質譜儀查漏法主要工作原理是將氦質譜儀的吸槍口直接連到機組抽真空設備水環(huán)真空泵汽水分離器的出口，根據設備狀況、運行參數，初步分析機組可能的泄漏點，然后將氦氣持續(xù)噴到可疑處，如該處有泄漏，氦氣會被吸入機組真空系統(tǒng)，經過幾分鐘時間，被機組吸入的氦氣會通過真空泵排出而進入吸槍，被吸進氦質譜分析儀，氦質譜儀利用不同氣體具有不同壓縮比的特點和不同荷質比的氣體離子具有不同電磁特性的特點將示蹤氣體氦氣檢測出來。由于氦氣在空氣中的含量少，氦離子質量同其它離子的質量差距大，用氦氣檢漏不容易受干擾，檢漏準確率高。氦質譜儀上的顯示數值大小可直接反映出真空系統(tǒng)的泄漏程度。本次查漏所使用的氦質譜儀顯示數值及泄漏量判斷漏點大小的標準為：9.0×10-6Pa·m3/s以上為特大漏量；9.0×10-7至9.0×10-6Pa·m3/s為大漏量；9.0×10-8至9.0×10-7Pa·m3/s 為中漏量；1.0×10-9至9.0×10-8Pa·m3/s為小漏量。

表1 常用真空系統(tǒng)查漏方法

攻關小組利用三天時間對#4 汽輪機低壓缸本體、低壓旁路系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)及加熱器疏水系統(tǒng)、擴容器疏水系統(tǒng)及本體、抽真空系統(tǒng)、凝結水系統(tǒng)、排汽缸喉部及排汽裝置連接部分系統(tǒng)的閥門、法蘭及管道等設備進行了仔細檢漏，發(fā)現了多處較大漏點。#4 機組真空系統(tǒng)利用氦質譜儀檢漏的具體數據見表2。

4 處理方法

由表2可見，#4機組真空系統(tǒng)主要泄漏點在低壓缸#3、#4 瓦軸封、疏水擴容箱焊縫和低壓缸防爆門處，攻關小組對封堵漏點的處理原則為：運行中能封堵的先封堵，不能封堵的調整運行參數減小泄漏量；運行中不能處理的利用停機、機組檢修停運時檢查并處理。

1）軟處理

對#4瓦上/下缸結合面、低壓缸防爆門、疏水擴容器焊縫在機組運行期間先采用了軟處理工藝，即用特殊的密封膠封堵。先對漏點外表面打磨、清理，然后用耐高溫密封膠涂膜封堵，需多次涂膜，凝固后再次涂膜，最終使泄漏點表面形成一層韌性膜層來暫時性封堵漏點。圖1為低壓缸防爆門處漏點進行軟處理。

圖1 低壓缸防爆門進行軟處理

2）調整參數處理

由于低壓缸#3、#4瓦軸封處漏點在轉子和軸封的動靜結合處，機組運行中無法封堵，采取調整運行參數進行處理。攻關小組經分析決定將#4 機組的軸封壓力由40 kPa 暫時提高至55 kPa 運行，軸封壓力提高后低壓缸軸封處的泄漏量有所減小，待機組檢修時進一步處理該處漏點。

3）補焊處理

由于疏水擴容器焊縫處的漏點在機組運行時負壓較大，不便補焊處理，利用#4 機組停機時對疏水擴容器開裂的焊縫進行打磨、補焊處理，并分析焊縫開裂原因，對背包式疏水擴容器進行了加固處理，徹底消除了該處漏點。

4）解體檢修處理

利用機組檢修機會，對#4機組低壓缸兩個防爆膜進行了更換，對#4 瓦上下缸結合面進行了處理，徹底消除了漏點。

利用機組首次檢查性大修機會，對低壓缸#3、#4瓦軸封進行了解體檢查，通過檢查發(fā)現兩側低壓軸封均存在同樣的缺陷，位于每個低壓軸封的下半中分面上的4個進汽孔腔室分別與其并排布置的出汽孔腔室前后貫通（見圖2），造成部分軸封蒸汽短路，軸封密封效果變差，導致外部空氣漏入低壓缸。

表2 #4機組真空系統(tǒng)泄漏情況檢測表

圖2 低壓軸封圖片

找到低壓軸封泄漏的原因后，經研究決定采用對低壓軸封下部中分面上多余汽孔采用封堵的方法消除漏點，將低壓軸封進汽側、出汽側各兩個多余汽孔用與孔洞基本相同的12 mm 厚碳鋼板進行了焊接封堵，封堵示意見圖3，使低壓軸封進汽側A腔室和出汽側B 腔室不再直接貫通，分別成為獨立的軸封汽體腔室。從檢修后投運的效果看，成功消除了低壓缸兩端軸封處的泄漏點。

圖3 低壓軸封封堵示意圖

5 效果對比

通過氦質譜儀查漏法發(fā)現#4 機組真空系統(tǒng)的漏點后，經過對漏點采取軟封堵和調整軸封壓力處理，#4機組真空嚴密性試驗數據提高至220 Pa/min，達到了合格標準。經過對疏水擴容器補焊處理和對低壓缸軸封的解體檢修處理后，#4 機組真空嚴密性試驗數據達到72 Pa/min，比治理前提高了420 Pa/min，達到了優(yōu)秀水平，真空系統(tǒng)查漏、堵漏成效。

真空嚴密性治理前機組真空的平均值為91.89 kPa，治理后的平均值為94.47 kPa，提高了2.58 kPa，相當于在初參數不變的情況下，汽輪機排出的乏汽壓力降低了2.58 kPa，提高了朗肯循環(huán)的熱效率。根據該類型機組的經驗數據：真空每提高1 kPa 約降低燃機發(fā)電氣耗0.888 Nm3/MW·h，按#4 機組年發(fā)電量18 億kWh 計算，真空嚴密性治理后年可節(jié)約天然氣量約400 萬立方米。因此，維持機組真空嚴密性在合格范圍可明顯提高燃氣機組運行的安全性和經濟性。

6 結束語

汽輪機真空嚴密性不合格的影響因素較多，可能是多種因素綜合導致，如設計、制造、安裝、設備治理、運行管理等，可能會同時存在多個漏點，且真空系統(tǒng)的管道、設備多，準確查找所有漏點有一定難度，漏點的治理要分析原因，區(qū)別對待，最終徹底消除漏點提高真空系統(tǒng)的嚴密性。本文針對某燃氣電廠汽輪機真空嚴密性不合格的問題，通過比較幾種真空系統(tǒng)檢漏方法后選擇使用氦質譜儀對機組真空系統(tǒng)進行查漏，在準確查到多個漏點后進行了分類、分步驟的分析處理，最終解決了真空嚴密性不合格的問題，提高了機組真空度，取得了良好的安全經濟效益。