汽轮机真空严密性不合格原因分析与解决措施

引言

凝汽器是大型凝汽式汽轮机组的重要组成部分,而凝汽器真空度是汽轮机运行的重要指标。据资料显示,真空下降1kPa,机组热耗将上升70kJ/kw,热效率降低1.1%,凝汽器真空水平直接影响整个汽轮机组运行的安全性、稳定性和经济性。真空严密性试验是确定汽轮机真空系统是否泄漏的重要方法,尽管真空严密性试验与机组负荷、轴封压力、排汽温度、凝结水温度、凝结水过冷度等机组运行参数密切相关,但真空系统的安装质量也是真空系统严密的重要保障,真空严密性试验结果作为基建期机组达标投产和合同考核的重要指标,也反映了施工单位的安装水平。

1案例概述

1.1设备概况

某电厂汽轮机为超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机,给水泵汽轮机为单缸、双流、凝汽式,排汽向下直接排入主机凝汽器。凝汽器采用双壳体、双流程、单背压、表面冷却式,凝汽器喉部与低压缸排气口之间采用刚性连接。凝汽器汽侧抽真空系统设置3套50%容量的水环真空泵,真空泵与凝汽器汽侧连接。

1.2事件经过

2017年,在该电厂1号机组整套启动试运阶段的机组汽轮机真空严密性试验期间,凝汽器A侧为551Pa/min,B侧为549Pa/min,后经过多次查漏封堵,试验结果仍不合格。

1.3原因分析

安装调试人员经过大范围排查后,怀疑泄漏点位于低压缸轴封补偿器与低压缸接合面处(两个低压缸共8处),采用胶水、橡皮胶条外加胶带的方式对低压外缸中分面进行临时封堵后,真空严密性试验合格,证实了上述怀疑泄漏部位的正确性。

经专业技术人员讨论后确认:低压缸轴封补偿器与低压缸接合面制造及安装过程中均未进行密封槽加工和加装密封胶条工作,虽然冷态压缩空气气密性检查合格,但机组热态工况下由于轴封蒸汽热传导作用,致使此部位低压缸上盖轻微变形,翘边产生缝隙,影响了真空严密性。

2真空系统主要泄漏部位

汽轮机真空系统严密性差的主要原因在于机组运行中外界空气进入凝汽器。外界空气主要来源于两方面:一是新蒸汽带入汽轮机,此项漏量极少:二是真空状态下的低压各级与相应的回热系统,由排汽缸、凝汽设备等的不严密处漏入空气。真空系统包含大量设备及管道,动静密封点多,主要泄漏部位有:(1）主机低压缸和给水泵汽轮机轴封:(2）主机低压缸和给水泵汽轮机汽缸中分面:(3）主机低压缸防爆门:(4）低压缸与凝汽器喉部连接处:(5）本体疏水扩容器:(6）与凝汽器负压段连接的法兰、阀门、管道、焊口、水位计、热工表计等:(7）轴封加热器水封:(8）凝结水泵盘根或机械密封:

(9）低加疏水泵盘根或机械密封。

3真空系统安装质量控制

真空系统除凝汽器本身外,还包括低压缸、给水加热器、箱罐、轴封、向空排气管道及所有蒸汽、汽水等排往凝汽器的疏水管道等。真空系统的安装主要控制点包括:

(1）汽轮机本体疏水管应严格按设计施工,不得随意更改:本体疏水系统不得与其他疏水系统串接在一起。（2）主汽疏放水及排气管道应选用合适的管座,不得将疏放水管直接插入蒸汽管道。(3）设计院不出图的疏水系统应进行二次设计,符合设计规程要求,保证走向合理、排水畅通。疏水箱(罐）的底部标高应高于凝汽器热井最高点。（4）真空系统所有阀门安装前应进行阀门严密性试验,确保阀门合格。处于负压状态的阀门应选用真空型或水封型阀门。（5）真空系统管道焊接应采用氩弧焊打底工艺。（6）主机低压缸和给水泵汽轮机轴封间隙应按照厂家设计要求的间隙下限值进行调整,不得以安全为借口放大间隙。（7）主机低压缸和给水泵汽轮机排汽缸法兰结合面紧固螺栓的紧力应按照厂家设计要求的上限调整,防止汽缸变形时该位置变形量过大。

4真空系统严密性检查

真空系统涉及的设备、管道范围广,排查困难,需要花费大量精力,常见的真空系统检漏方法有:灌水法、火烛法、卤素法和氦质谱仪检漏法。其中,火烛法观察不直观且不适用于氢冷发电机组:卤素法响应时间长,易中毒,现已基本淘汰使用。

4.1灌水试验检查

灌水试验是水冷凝汽器安装和运维阶段检验真空严密性最有效和最直接的方法。灌水试验的主要控制要点如下:

（1）提前编制真空系统的灌水查漏卡,检查部位包括凝汽器汽侧及其他空负荷时处于真空状态的容器、管道、阀门、法兰结合面、焊缝和堵头等,确保无遗漏。（2）让尽可能多的系统参与到灌水试验中,包括各抽汽管道、疏水管道、低压加热器罐体本身等。对于布置在地面以下的管道,应打开盖板进行检查。（3）灌水试验的水位高度在低压缸汽封洼窝下100mm处。灌水前要加装临时水位计以监视水位高度。（4）灌水到规定高度后,应至少维持24h不泄漏。漏点处理完毕后应重新灌水检查,必须经过二次确认。（5）灌水试验应在全部真空系统管道安装完成后、保温工作未开始之前进行。

4.2压缩空气气密性试验检查

灌水试验对汽缸以下的真空系统静态严密性进行了检查,但汽缸上部,如低压缸中分面、安全防爆门及中低压连通管等设备和管道法兰结合面、焊缝等处,无法通过灌水试验进行严密性检查,因此在灌水试验基础上,应增加低压缸压缩空气气密性试验检查。其检查方法和要点如下:保持凝汽器灌水状态不变,用临时压缩空气管道将压缩空气充入低压缸。在低压缸水位线上部或热工仪表管接口等处加装压力表,对低压缸内压缩空气压力进行监视。压缩空气压力不得超过5kPa,并不得超过安全防爆门的动作限值。

4.3氦质谱仪检漏法

氦质谱仪检漏法作为一种新型检漏方法,具有快速、准确、灵敏,可在机组运行状态下使用等优点。氦质谱仪检漏法是将检漏仪的测试口配接的探头连接在凝汽器真空泵的排大气出口处,根据机组运行状况及性能参数初步排查真空系统的可疑漏点,再对可疑点喷吹适量氦气,氦气由漏点处进入真空系统,并从真空泵排气口排出,然后通过探头吸入氦质谱仪,氦质谱仪将以数值的形式直接反映漏点的泄漏情况。

5真空严密性试验要点

5.1试验要求

（1）试验时,机组负荷应稳定在80%额定负荷以上。

（2）试验时,应确保真空破坏阀等各处水封处于有水状态。

（3）试验时,轴封母管及各处轴封压力正常,轴封加热器及低压加热器运行水位正常。

（4）抽真空到零前不能退出轴封供汽,否则会造成轴封处转子急剧冷却,造成动静摩擦。

5.2试验合格标准

真空稳定后,关闭凝汽器出口抽气阀,并停用真空泵,30s后开始每0.5min记录机组真空值一次,记录8min,取其中后5min内的真空下降值,计算每分钟真空平均下降值,湿冷机组真空严密性合格值为≤0.3kPa/min。

6结语

安装阶段真空系统的安装质量将直接影响汽轮机真空系统的严密性,在安装调试阶段将真空系统泄漏量尽可能降低,将为机组的安全稳定运行创造良好条件,可为运行阶段减少大量繁杂的查漏工作。