华能营口热电厂机组真空度下降的原因分析及处理

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)华能营口热电有限责任公司 作者:常仁杰

  华能营口热电1#、2#汽轮机组自2009年12月投入运行以来,一直存在主机真空度低、真空严密性试验不合格的现象,严重影响了机组的安全经济运行。介绍几种实用的真空系统检漏方法,给出汽轮机真空检测模型,并对机组试验数据进行分析和处理,提出改进方案。最后用等效热降法计算真空改善对机组经济性的影响。

  汽轮机真空度是汽轮机发电机组运行的一项重要的考核指标,其性能的好坏对机组运行的经济性和安全性有着重要的影响。实践证明,真空每降低1kPa发电机煤耗大约增加0.13%,同时空气的漏入会使凝结水中的溶氧量升高,腐蚀设备,增加机组运行风险。因此,在机组运行的过程中应密切关注真空值,当真空度较低时,要及时分析下降的原因、确定泄露的部位,并选择合理的解决方案,这对提高真空的严密性有着重要的意义。

  在电厂实际运行中,影响真空值变化的因素有很多。目前,已经有许多文献对机组负荷、循环水流量、循环水入口温度、凝汽器清洁程度等因素的影响做了大量的讨论。本文以华能营口热电机组为例,结合现场的实际情况,重点分析真空严密性对真空值的影响。如果真空的严密性不好,漏气的进入会使凝汽器内的压力值逐渐升高,真空度下降,导致蒸汽的排汽焓值上升,有效焓降降低,汽轮机蒸汽循环效率下降。

1、真空系统检漏方法

  1.1、凝汽器真空下降的原因

  凝汽器真空度偏低时会引起排汽温度的升高,凝结水含氧量上升,严重时机组会出现震动。导致汽轮机真空度下降的原因有设计因素和运行因素。设计因素多表现为凝汽器真空严密性不足,凝汽器设计不合理;运行因素有凝集器铜管结垢、射水抽气器的工作能力和效率降低、一些法兰和焊缝泄露等。

  1.2、真空系统查漏方法

  在机组的运行过程中,真空系统的泄漏是必不可少的。真空系统检漏的目的是使系统中的漏气量减小至工艺要求所允许的范围内。经过多年的发展和实践,系统检漏的方法日趋成熟。本文给出了几种常见的检漏方法,分析每种方法的优劣(见表1)。

表1 真空系统查漏方法

真空系统查漏方法

2、汽轮机真空系统严密性检测标准

  汽轮机在一定负荷下,关闭抽气器的空气阀门,使凝汽器处于切除抽气器的工况下,用真空下降速度来表征漏入空气量。经验表明,进入凝汽器的蒸汽流量为常数和冷却水温度为常数时,真空下降的速度与漏入空气量成线性关系。对于大容量汽轮机,每分钟真空下降速度的判断标准为:1~2mmHg(0.13~0.26kPa)/min为严密性良好;3~4mmHg(0.39~0.52kPa)/min为严密性合格。当存在很大的真空下降速度时,则表示真空系统的严密性不合格。除了这些真空下降速度来按质评价空气的严密性,还可采用下面计算公式:

华能营口热电厂机组真空度下降的原因分析及处理

  Dk—进入凝汽器的设计额定蒸汽流量,t/h;k—系数,当真空系统严密性评定为优良、良好、合格时,相应的系数分别为25、50、100。当切除抽气器用试验的方法测量每单位蒸汽负荷dk的真空下降速度ΔH,并从小的值开始将不同的k值代入公式后,即可取得设备真空系统严密性质量的评价。这种评价的确定,是与满足计算式的条件有关的。

  更为可靠的检查空气严密性的方法,是直接测量从凝汽器抽出来的空气量。因此,与射气抽气器同时装设空气流量表,安装在抽气器排气管上,来测定抽气器排除的空气和少量蒸汽混合物的流量。这样,进行检查空气严密性可按下式估算:

华能营口热电厂机组真空度下降的原因分析及处理

  式中:Ga—由抽气器出口测出的被抽出的空气量,kg/h;Dk—凝汽器的设计进汽量,t/h;k1—系数,当真空系统严密性评定为优、良和合格时,相应的系数分别为1.0、2.0、3.5。

3、营口电厂汽轮机组真空性能检测

  3.1、机组现状

  华能营口热电1#、2#汽轮机组为哈尔滨汽轮机厂生产的N330-16.7/538/538,型式为单轴、双缸、双排汽、双抽湿冷机组。1#、2#汽轮机组自2009年12月投入商业运行以来,一直存在主机真空较低、真空严密性试验一直不合格的现象,甚至出现了真空严密性试验做不了的情况,严重影响机组的安全经济运行。

  1#号机组的真空严密性试验结果为后5min时间内真空下降速度为500Pa/min,2#号机组的真空严密性试验结果为后5min时间内真空下降速度为1333Pa/min。真空下降速度超出常规值很多,依据经验表明,主机系统真空不合格,存在漏气。为了查找漏气部位,对机组进行了查漏试验,使用的方法为氦质谱检漏仪查漏法。

  3.2、查漏过程和数据

  氦质谱检漏仪连接图如图1所示。对电厂主机高、中、低压缸本体、5#~8#低加疏水系统、1#~3#高加疏水系统、凝结水系统、给水系统、抽气系统、凝汽器、高中低压缸轴封系统、小机真空系统进行氦质谱检漏仪查漏,具体的结果如表2、表3所示,其中表2为1#机的漏气分布,表3所示为2#机的漏气分布。

氦质谱检漏仪连接图

图1 氦质谱检漏仪连接图

  由表中数据可以看出,A小机的低压缸前后轴封漏气最为严重,B小机的高压缸轴封漏气最为严重。整个机组来看A主给水泵盘根密封水漏气最为严重,达到了5.1×10-3 mbar·L/s。结合现场运行经验,对检测结果进行分析,共发现以下泄露部位:凝结水再循环调节门前管路砂眼,凝汽器气测砂眼,轴封系统主凝汽器输水手动门盘根、主机低压缸调端安全门螺栓松动等。

表2 1#机的漏气分布

1#机的漏气分布

表3 2#机的漏气分布

2#机的漏气分布

  其中给水泵漏气主要是密封水回水U型管密封效果不佳,导致空气漏入凝汽器所致。1#、2#机组给水泵密封水二次回水U型管基建布置标高为10m,但实际仅为8m左右。因为不能形成足够的水封,导致空气漏入凝汽器,使真空度降低。1#机的漏气原因为主机端部汽封间隙超标。2#机的漏气原因是3#、4#轴承端部汽封与油档之间洼窝排污管存在裂纹。该排污管因受机组基架布置影响,只能从低压缸通过,从8m低压缸机侧引出至-4m凝汽器地坑。

  3.3、堵漏处理

  针对查漏过程中查出的漏点,对机组进行了堵漏处理。对低压缸防爆膜和小机防爆膜进行了封堵,对高压缸轴封、中压缸轴封和高、中主汽门及调门进行了系统调整,对低压缸前、后轴封,小机前、后轴封进行了系统调整,对轴加气测法兰进行了封堵。

  由于给水泵的漏气较为严重,将密封回水U型管的高度提升到10m。

  3.4、结果检验

  采用式(1)中的右式先计算出在真空系统严密性良好的情况下,每分钟真空下降速度应达值。分别选定真空系统严密性等级为优秀和合格进行计算可得,在优秀的条件下真空下降速度应为130Pa/min,在合格的条件下真空下降速度应为270Pa/min。

  对进行堵漏处理后的机组进行严密性检测及漏气检测,所得数据显示系统的真空性能得到很大的改善,从而为机组的安全、经济性运行提供了可靠的保证。堵漏前后真空下降速度及标准值对比如图2所示。

堵漏前后真空下降速度及标准值对比

图2 堵漏前后真空下降速度及标准值对比

4、经济性分析

  当不计排汽缸的损失和凝汽器喉部的阻力损失时,则认为凝汽器压力等于汽轮机的背压,在正常运行时,可认为凝汽器压力变化对机组运行功率的影响等同于汽轮机背压变化对机组功率的影响。凝汽器压力变化,使汽轮机低压缸末级焓降发生变化,在进气量不变的条件下,引起末级功率变化;而在凝汽器压力变化时,凝结水温度发生变化,于是进入靠近凝汽器的第一个低压加热器的抽汽量变化,末级压力变化。因此,凝汽器压力变化引起汽轮机功率的变化主要由两部分组成。

  式中:an—汽轮机的排汽量;hc,hc'—分别为真空值变化前后排汽的焓值。由于末级加热器的出口水温不变,凝结水焓降ΔH02为:

ΔH01 = an·( hc ' - hc) ( 3)

  式中:η1'—排汽压力后的末级加热器的抽汽结水的流量;τn—凝结水的焓值。因此,排汽压力的降低引起的新蒸汽等效热降变化ΔH为:ΔH=ΔH02-ΔH01(5)在本文中通过对机组进行堵漏处理,使机组真空值提高了0.2%,通过计算可得装置效率的相对变化为0.105%。

5、结论

  以上是华能营口热电在机组投产2年来年针对汽轮机真空系统漏泄、严密性不好所进行的分析、查找、处理经过。机组真空度低是一个综合性问题,是一个系统工程,影响因素较多,要彻底解决必须从细处入手,对影响因素逐一消除并长期做好处理效果的保持。

  据2012年1月16日该公司机组真空严密性试验显示:1#机真空严密性试验压降0.04kPa/min,2#机真空严密性试验压降0.12kPa/min,经过持之以恒的不懈整治,真空严密性差这个问题会逐渐解决。

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