汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性不合格原因分析與解決措施

引言

凝汽器是大型凝汽式汽輪機(jī)組的重要組成部分,而凝汽器真空度是汽輪機(jī)運(yùn)行的重要指標(biāo)。據(jù)資料顯示,真空下降1kPa,機(jī)組熱耗將上升70kJ/kw,熱效率降低1.1%,凝汽器真空水平直接影響整個(gè)汽輪機(jī)組運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。真空嚴(yán)密性試驗(yàn)是確定汽輪機(jī)真空系統(tǒng)是否泄漏的重要方法,盡管真空嚴(yán)密性試驗(yàn)與機(jī)組負(fù)荷、軸封壓力、排汽溫度、凝結(jié)水溫度、凝結(jié)水過(guò)冷度等機(jī)組運(yùn)行參數(shù)密切相關(guān),但真空系統(tǒng)的安裝質(zhì)量也是真空系統(tǒng)嚴(yán)密的重要保障,真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果作為基建期機(jī)組達(dá)標(biāo)投產(chǎn)和合同考核的重要指標(biāo),也反映了施工單位的安裝水平。

1案例概述

1.1設(shè)備概況

某電廠汽輪機(jī)為超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī),給水泵汽輪機(jī)為單缸、雙流、凝汽式,排汽向下直接排入主機(jī)凝汽器。凝汽器采用雙殼體、雙流程、單背壓、表面冷卻式,凝汽器喉部與低壓缸排氣口之間采用剛性連接。凝汽器汽側(cè)抽真空系統(tǒng)設(shè)置3套50%容量的水環(huán)真空泵,真空泵與凝汽器汽側(cè)連接。

1.2事件經(jīng)過(guò)

2017年,在該電廠1號(hào)機(jī)組整套啟動(dòng)試運(yùn)階段的機(jī)組汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)期間,凝汽器A側(cè)為551Pa/min,B側(cè)為549Pa/min,后經(jīng)過(guò)多次查漏封堵,試驗(yàn)結(jié)果仍不合格。

1.3原因分析

安裝調(diào)試人員經(jīng)過(guò)大范圍排查后,懷疑泄漏點(diǎn)位于低壓缸軸封補(bǔ)償器與低壓缸接合面處(兩個(gè)低壓缸共8處),采用膠水、橡皮膠條外加膠帶的方式對(duì)低壓外缸中分面進(jìn)行臨時(shí)封堵后,真空嚴(yán)密性試驗(yàn)合格,證實(shí)了上述懷疑泄漏部位的正確性。

經(jīng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員討論后確認(rèn):低壓缸軸封補(bǔ)償器與低壓缸接合面制造及安裝過(guò)程中均未進(jìn)行密封槽加工和加裝密封膠條工作,雖然冷態(tài)壓縮空氣氣密性檢查合格,但機(jī)組熱態(tài)工況下由于軸封蒸汽熱傳導(dǎo)作用,致使此部位低壓缸上蓋輕微變形,翹邊產(chǎn)生縫隙,影響了真空嚴(yán)密性。

2真空系統(tǒng)主要泄漏部位

汽輪機(jī)真空系統(tǒng)嚴(yán)密性差的主要原因在于機(jī)組運(yùn)行中外界空氣進(jìn)入凝汽器。外界空氣主要來(lái)源于兩方面:一是新蒸汽帶入汽輪機(jī),此項(xiàng)漏量極少:二是真空狀態(tài)下的低壓各級(jí)與相應(yīng)的回?zé)嵯到y(tǒng),由排汽缸、凝汽設(shè)備等的不嚴(yán)密處漏入空氣。真空系統(tǒng)包含大量設(shè)備及管道,動(dòng)靜密封點(diǎn)多,主要泄漏部位有:(1）主機(jī)低壓缸和給水泵汽輪機(jī)軸封:(2）主機(jī)低壓缸和給水泵汽輪機(jī)汽缸中分面:(3）主機(jī)低壓缸防爆門(mén):(4）低壓缸與凝汽器喉部連接處:(5）本體疏水?dāng)U容器:(6）與凝汽器負(fù)壓段連接的法蘭、閥門(mén)、管道、焊口、水位計(jì)、熱工表計(jì)等:(7）軸封加熱器水封:(8）凝結(jié)水泵盤(pán)根或機(jī)械密封:

(9）低加疏水泵盤(pán)根或機(jī)械密封。

3真空系統(tǒng)安裝質(zhì)量控制

真空系統(tǒng)除凝汽器本身外,還包括低壓缸、給水加熱器、箱罐、軸封、向空排氣管道及所有蒸汽、汽水等排往凝汽器的疏水管道等。真空系統(tǒng)的安裝主要控制點(diǎn)包括:

(1）汽輪機(jī)本體疏水管應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工,不得隨意更改:本體疏水系統(tǒng)不得與其他疏水系統(tǒng)串接在一起。（2）主汽疏放水及排氣管道應(yīng)選用合適的管座,不得將疏放水管直接插入蒸汽管道。(3）設(shè)計(jì)院不出圖的疏水系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行二次設(shè)計(jì),符合設(shè)計(jì)規(guī)程要求,保證走向合理、排水暢通。疏水箱(罐）的底部標(biāo)高應(yīng)高于凝汽器熱井最高點(diǎn)。（4）真空系統(tǒng)所有閥門(mén)安裝前應(yīng)進(jìn)行閥門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn),確保閥門(mén)合格。處于負(fù)壓狀態(tài)的閥門(mén)應(yīng)選用真空型或水封型閥門(mén)。（5）真空系統(tǒng)管道焊接應(yīng)采用氬弧焊打底工藝。（6）主機(jī)低壓缸和給水泵汽輪機(jī)軸封間隙應(yīng)按照廠家設(shè)計(jì)要求的間隙下限值進(jìn)行調(diào)整,不得以安全為借口放大間隙。（7）主機(jī)低壓缸和給水泵汽輪機(jī)排汽缸法蘭結(jié)合面緊固螺栓的緊力應(yīng)按照廠家設(shè)計(jì)要求的上限調(diào)整,防止汽缸變形時(shí)該位置變形量過(guò)大。

4真空系統(tǒng)嚴(yán)密性檢查

真空系統(tǒng)涉及的設(shè)備、管道范圍廣,排查困難,需要花費(fèi)大量精力,常見(jiàn)的真空系統(tǒng)檢漏方法有:灌水法、火燭法、鹵素法和氦質(zhì)譜儀檢漏法。其中,火燭法觀察不直觀且不適用于氫冷發(fā)電機(jī)組:鹵素法響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),易中毒,現(xiàn)已基本淘汰使用。

4.1灌水試驗(yàn)檢查

灌水試驗(yàn)是水冷凝汽器安裝和運(yùn)維階段檢驗(yàn)真空嚴(yán)密性最有效和最直接的方法。灌水試驗(yàn)的主要控制要點(diǎn)如下:

（1）提前編制真空系統(tǒng)的灌水查漏卡,檢查部位包括凝汽器汽側(cè)及其他空負(fù)荷時(shí)處于真空狀態(tài)的容器、管道、閥門(mén)、法蘭結(jié)合面、焊縫和堵頭等,確保無(wú)遺漏。（2）讓盡可能多的系統(tǒng)參與到灌水試驗(yàn)中,包括各抽汽管道、疏水管道、低壓加熱器罐體本身等。對(duì)于布置在地面以下的管道,應(yīng)打開(kāi)蓋板進(jìn)行檢查。（3）灌水試驗(yàn)的水位高度在低壓缸汽封洼窩下100mm處。灌水前要加裝臨時(shí)水位計(jì)以監(jiān)視水位高度。（4）灌水到規(guī)定高度后,應(yīng)至少維持24h不泄漏。漏點(diǎn)處理完畢后應(yīng)重新灌水檢查,必須經(jīng)過(guò)二次確認(rèn)。（5）灌水試驗(yàn)應(yīng)在全部真空系統(tǒng)管道安裝完成后、保溫工作未開(kāi)始之前進(jìn)行。

4.2壓縮空氣氣密性試驗(yàn)檢查

灌水試驗(yàn)對(duì)汽缸以下的真空系統(tǒng)靜態(tài)嚴(yán)密性進(jìn)行了檢查,但汽缸上部,如低壓缸中分面、安全防爆門(mén)及中低壓連通管等設(shè)備和管道法蘭結(jié)合面、焊縫等處,無(wú)法通過(guò)灌水試驗(yàn)進(jìn)行嚴(yán)密性檢查,因此在灌水試驗(yàn)基礎(chǔ)上,應(yīng)增加低壓缸壓縮空氣氣密性試驗(yàn)檢查。其檢查方法和要點(diǎn)如下:保持凝汽器灌水狀態(tài)不變,用臨時(shí)壓縮空氣管道將壓縮空氣充入低壓缸。在低壓缸水位線上部或熱工儀表管接口等處加裝壓力表,對(duì)低壓缸內(nèi)壓縮空氣壓力進(jìn)行監(jiān)視。壓縮空氣壓力不得超過(guò)5kPa,并不得超過(guò)安全防爆門(mén)的動(dòng)作限值。

4.3氦質(zhì)譜儀檢漏法

氦質(zhì)譜儀檢漏法作為一種新型檢漏方法,具有快速、準(zhǔn)確、靈敏,可在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下使用等優(yōu)點(diǎn)。氦質(zhì)譜儀檢漏法是將檢漏儀的測(cè)試口配接的探頭連接在凝汽器真空泵的排大氣出口處,根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀況及性能參數(shù)初步排查真空系統(tǒng)的可疑漏點(diǎn),再對(duì)可疑點(diǎn)噴吹適量氦氣,氦氣由漏點(diǎn)處進(jìn)入真空系統(tǒng),并從真空泵排氣口排出,然后通過(guò)探頭吸入氦質(zhì)譜儀,氦質(zhì)譜儀將以數(shù)值的形式直接反映漏點(diǎn)的泄漏情況。

5真空嚴(yán)密性試驗(yàn)要點(diǎn)

5.1試驗(yàn)要求

（1）試驗(yàn)時(shí),機(jī)組負(fù)荷應(yīng)穩(wěn)定在80%額定負(fù)荷以上。

（2）試驗(yàn)時(shí),應(yīng)確保真空破壞閥等各處水封處于有水狀態(tài)。

（3）試驗(yàn)時(shí),軸封母管及各處軸封壓力正常,軸封加熱器及低壓加熱器運(yùn)行水位正常。

（4）抽真空到零前不能退出軸封供汽,否則會(huì)造成軸封處轉(zhuǎn)子急劇冷卻,造成動(dòng)靜摩擦。

5.2試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)

真空穩(wěn)定后,關(guān)閉凝汽器出口抽氣閥,并停用真空泵,30s后開(kāi)始每0.5min記錄機(jī)組真空值一次,記錄8min,取其中后5min內(nèi)的真空下降值,計(jì)算每分鐘真空平均下降值,濕冷機(jī)組真空嚴(yán)密性合格值為≤0.3kPa/min。

6結(jié)語(yǔ)

安裝階段真空系統(tǒng)的安裝質(zhì)量將直接影響汽輪機(jī)真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性,在安裝調(diào)試階段將真空系統(tǒng)泄漏量盡可能降低,將為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造良好條件,可為運(yùn)行階段減少大量繁雜的查漏工作。