大型空冷机组真空泄漏诊断及对策(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)河北省电力研究院 作者:吴立民

  根据多年火电机组真空泄漏检测经验,分析大型空冷机组真空泄漏产生的原因,通过研究氦质谱检测技术和超声波检测技术,归纳总结出大型空冷机组真空泄漏诊断技术,并在大型空冷机组应用,消除真空系统泄漏,确保大型空冷机组安全经济运行,同时提出防止真空系统泄漏应该采取的措施。

  随着我国电力工业的快速发展,直接空冷机组在缺水地区得到广泛应用,单机容量主要以600 MW 为主。直接空冷机组除具有湿冷机组原有的真空容积如低压缸本体、轴封系统、低压加热器、疏水扩容器等,又增加了排汽装置、排汽管道、庞大的空冷凝汽器及其相关联管道,使其构成的真空容积与同容量湿冷机组相比大5~6 倍。

  汽轮机真空度是决定汽轮机经济运行的主要指标,而真空系统严密性是影响汽轮机真空的主要因素之一;在国家大力倡导工业节能减排前提下,节能减排已得到各电力公司及电站重视,其中提高运行机组真空度和保证真空严密性的工作已是提高机组循环效率和降低机组热耗率的一个主要手段。汽轮机组的真空系统由抽真空系统和密封蒸汽系统两部分组成,其作用就是用来建立汽轮机组凝汽器的真空,使蒸汽能够最大限度的把热能转变为机械能。因此要确保凝汽器内具有良好的真空,首先需要保证抽真空系统性能良好,另一个条件就是确保热力系统中负压系统的严密性。真空严密性下降,汽轮机的真空下降,会对运行机组造成的不利影响,一是其真空下降,机组效率下降;二是空气漏入凝结水中会使凝结水溶氧升高,腐蚀汽轮机、锅炉设备,影响机组的安全运行;三是机组在寒冷季节运行时,当环境温度低于+2℃时将导致凝结水结冰,使空冷换热管束损坏,加速空冷系统的空气漏入。目前国内许多机组都存在由于真空值低造成机组热耗高,机组效率偏低的问题,因此,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为解决机组真空系统存在的问题对提高机组经济性和安全性具有重要意义[1]

1、真空泄漏原因

1.1、真空泄漏危害

  大型空冷机组的空冷系统由于真空容积比湿冷机组大5~6 倍,当系统中的不凝结气体增多,会使排汽压力和温度升高,降低机组经济性,排汽温度升高会使低压缸变形,造成机组振动,甚至使机组减负荷或停机。其次,根据道尔顿定律,漏入空气造成空气分压力增大,致使凝结水含氧量增加,加剧管道腐蚀,增加除氧器负担,影响机组安全运行。此外,空气积聚在空冷系统内部,将导致蒸汽汽流被不凝结气体阻塞,使蒸汽不能畅通的流动,不凝结气体在此过程中形成空气障,降低空冷散热片的传热系数,使凝结水温度偏低,传热端差增大,真空下降;排汽压力升高还使空冷风机转速调整幅度增大,形成蒸汽扰动加大,恶性循环导致排汽压力突升,保护动作停机[2]

1.2、真空泄漏原因

  (1) 制造方面由于主机及空冷设备质量问题,在管道、阀门、联箱、膨胀节等方面存在不严密。

  (2) 由于工期短、进度快、人员短缺、技术力量薄弱等原因,导致安装质量、工艺粗糙,造成系统不严密。

  (3) 在机组投产运行过程中,空冷系统受环境影响较大,如果运行中诸如主汽参数、排汽参数调整不当,将导致负压系统设备出现漏入空气现象。例如,在冬季低气温下,空冷岛要降低风机转速,甚至采取冬季防冻回暖控制,否则将使空冷散热器管束、焊口等设备冻裂,造成空气漏入。

  (4) 汽轮机低压轴端漏入空气,由于低压缸轴封处于真空部位,因此低压轴封间隙和工作压力正常与否对真空有着重要影响。

  (5) 机组在启停调峰过程中,与疏水扩容器连接的疏水管路焊口受交变热应力影响,导致焊口开焊或产生裂纹。

  (6) 低压缸结合面处泄漏,由于低压外缸庞大,刚性差,容易变形,在机组启停过程中会产生相当大的交变应力,在应力的作用下,随运行时间的增加,其变形会逐渐增大,造成结合面漏入空气。

  (7) 负压部位管道疏水放地沟阀门没有关严或内漏,造成空气漏入;此外,一些水封阀门水封断水,造成空气从阀杆漏入,影响真空。

2、真空泄漏诊断新技术及应用

2.1、真空泄漏诊断新技术

  大型空冷机组真空系统庞大,设备管道纵横交错,焊口、法兰和阀门数目多,真空区域大,均有可能漏入空气。运行机组受热膨胀不均,阀门操作频繁,易引起泄漏。因此,用常规的检漏方法已不能满足要求,必须采用检漏新设备、新技术。

2.1.1、氦质谱检漏技术

2.1.1.1、氦质谱检漏仪原理

  氦质谱检漏仪主要由质谱室、真空系统组件和电子学控制元件三大部分组成。质谱室接在分子泵的高真空端,入口接在分子泵机械泵之间,利用分子泵对不同气体具有不同压缩比的特点,氦气逆着分子泵的抽气方向进入质谱室,在质谱室中将气体电离,利用不同荷质比的气体具有不同电磁学特性的原理,带正电的氦离子允许到达氦检漏仪的收集板,单位时间到达收集板的氦离子对应于一个电流信号,这个电流信号正比于进入到达收集板氦离子的数量,电流信号显示在质谱仪的显示面板上,反映了漏点泄漏的程度。

2.1.1.2、氦质谱检漏仪的特点

  氦质谱检漏技术及设备是真空检漏领域中最先进的技术和设备,它以氦气作为示踪气体,该气体具有无毒无污染,穿透能力强,空气中含量低,对测量影响小,化学性质稳定,吸附能力低,对测量本底影响小,可以进行不停机检漏、检漏速度快,从喷氦气至检漏仪反应的时间约需3 s~10 s等优点(见图1)。

氦质谱检漏仪和除湿装置

图1 氦质谱检漏仪和除湿装置

  氦质谱真空系统检漏一般有两种方法,即真空法和吸枪法,我们采用真空法。现场测试时,先把真空泵前的真空表拆下,接上检漏仪的连接管路,开启检漏仪,然后调节调节阀,调整测试口的压强,最后进行漏点漏率的测试。在大型空冷机组真空系统检漏中,由于真空系统管路水蒸气含量较高,造成真空检漏仪进水,检漏仪真空泵工作润滑油乳化,检漏仪管路和泵体辅件锈蚀结垢,降低了真空检漏仪的使用寿命,检漏仪的异常故障多次发生,增加了检漏仪的维护费用。通过多年的真空系统的检漏试验,总结了真空检漏仪异常工作的经验,摸索研究制作了“不锈钢真空除湿装置”,该装置原理主要利用真空干燥法,并利用一次、二次干燥介质作为辅助除湿(见图2)。

不锈钢真空除湿装置

图2 不锈钢真空除湿装置

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