汽轮机组真空严密性试验不合格问题的分析

合肥发电厂#3汽轮机组真空严密性试验一直不合格,甚至有时做不了。本文论述了对此问题的原因分析和解决方法，它对于其它同类型机组同类问题的解决具有一定的借鉴意义。
关键词：汽轮机 真空严密性 原因分析 处理

　　合肥发电厂#3汽轮发电机组为上海汽轮机厂生产的型号为N125-135/535/535，型式为超高压、中间再热、双缸双排汽、冷凝式汽轮机。在近十年的运行中做真空严密性试验时，多数情况下是严重的不合格，更有甚者在刚进行试验不到一分钟，由于真空下降过快，而不得在立即停止真空严密性试验，恢复运行工况。在1996年的大修后，我们曾邀请中试所用氮质谱仪来查找真空系统的漏点，但也只是查出一些小的漏点，并没有解决真空系统的严重漏空气问题。为此厂领导多次组织人员进行攻关，均因为条件的局限而没有能够彻底把问题解决。2006年#3机组又一次大修，厂领导指示，利用大修时机，一定要把问题解决。 　　     一、凝汽器真空的成因
　　凝汽器中形成真空的成因是，由于汽轮机的排汽被冷却成凝结水，其比容急剧缩小。如蒸汽在绝对压力4KPa时，蒸汽的体积比水容积大3万多倍。当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器汽侧形成高度真空，它是汽水系统完成循环的必要条件。正是因为凝汽器内部为极高的真空，所以所有与之相连接的设备都有可能因为不严而往凝汽器内部漏入空气，加上汽轮机排汽中的不凝结气体，如果不及时抽出,将会逐渐升高凝汽器内的压力值，真空下降，导致蒸汽的排汽焓值上升，有效焓降降低，汽轮机蒸汽循环的效率下降。有资料显示，真空每下降1KPa，机组的热耗将增加70kj/kw，热效率降低1.1%。射水抽气器或水环真空泵的作用就是抽出凝汽器的不凝结气体，以维持凝器的真空。

　二、真空严密性差的危害
　　汽轮机真空严密性差的危害主要表现在以下三个方面，一是真空严密性差时，漏入真空系统的空气较多，射水抽气器或水环真空泵不能够将漏入的空气及时抽走，机组的排汽压力和排汽温度就会上升，这无疑要降低汽轮机组的效率，增加供电煤耗，并可能威胁汽轮机的安全运行，另一方面，由于空气的存在，蒸汽与冷却水的换热系数降低，导致排汽与冷却水出水温差增大。二是当漏入真空系统的空气虽然能够被及时地抽出，但需增加射水抽气器或真空泵的负荷，浪费厂用电及工业用水。三是由于漏入了空气，导致凝汽器过冷度过大，系统热经济性降低，凝结水溶氧增加，可造成低压设备氧腐蚀。
　　对于汽轮机来说，真空的高低对汽轮机运行的经济性有着直接的关系，真空高，排汽压力低，有效焓降较大，被循环水带走的热量越少，机组的效率越高，当凝汽器内漏入空气后，降低了真空，有效焓降减少，循环水带走的热量增多。通过凝汽器的真空严密性试验结果，可以鉴定凝汽器的工作好坏，以便采取对策消除泄漏点。
　　因真空系统的漏空气量与负荷有关，负荷不同，处于真空状态的设备、系统范围不同，凝汽器内真空也不同，漏空气量也不同，而且相同的空气漏量，在负荷不同时真空下降的速度也不一样。为此，法规规定，做真空严密性试验时，负荷应在80%额定负荷（有的机组是在额定负荷）下进行。真空下降速度小于0.4kpa/min为合格，超过时应查找原因。另外，在试验时，当真空低于87kpa，排汽温度高于60℃时，应立即停止试验，恢复原运行工况。 
灌水法查找真空系统不严密的方法的优缺点#e#

       四、通常用灌水法查找真空系统不严密的方法的优缺点
　　真空系统包含大量的设备及系统，连接的动静密封点多，在轻微漏空气的情况下很难发现漏点，因为空气往里吸，不够直观，传统的运行中用火焰检查法较繁琐且效果不好，多数情况下使用的方法是在机组停机后对真空系统进行灌水找漏。这种方法比较直观，漏点极易被发现，缺点是由于设备的原因，灌水高度最高只能到汽缸的最低轴封洼窝处，高于轴封洼窝的地方因为水上不去而不易发现，特别是与汽轮机汽缸相连接的管道系统。这也是我厂多年来一直没有能够彻底解决这台机组真空严密性较差问题的原因。
 

　　五、总结以住经验，找准攻关方向
　　针对以前曾在机组小修或停机时多次对汽轮机真空系统进行过灌水找漏，并且对查找出来的漏点也进行了相应的处理，但真空严密性差这个问题始终不能好转的情况，我们决定从以前没有进行过的地方或系统进行查找，即对汽轮机本体上部往灌不到水的地方进行查找。
　　2006年3月机组大修，我们从汽轮机系统及设备的实际情况出发，认真研究可能出现的的各种情况，决定从以下可能造成严密性差，但平时不易检查但又极易被忽视的几个地方进行查找。
　　首先是高中压外缸的法螺加热汽柜部分。经过拆除汽柜保温，发现与汽缸连接处存在几处比较长的裂纹。因汽柜的疏水管是接入凝汽器的，此处正常运行时为负压，这无疑是对真空严密性有影响的。经分析，此处为变截面处，汽柜的薄板与汽缸焊接时如焊接工艺没有处理好，易出现应力集中，特别是在机组启停时，此处的应力集中更大，极易出现裂纹。
　　其次高中压外缸法兰螺栓加热装置存在严重不严密的现象。我们在汽缸装复后通过对高中压外缸法兰螺栓加热的进汽管道进行锯管，用压力水对法兰螺栓加热系统进行检查，发现问题相当多：问题1，汽缸螺栓螺帽下部平底垫片与汽缸法兰螺栓密封面漏点较多（如下图所示），经查全部44颗螺栓有12个存在不严密的现象，有4处漏相当大；问题2，汽缸法兰螺栓罩帽中间加热棒插孔密封螺栓垫片密封不严密，此处漏点多达6个；问题3，汽缸法兰螺栓倒栽在下汽缸的丝扣底部部分工艺孔漏量较大，从这里漏入的空气，沿疏水管进入凝汽器，也导致真空系统严密性不合格。
　　 　　　
　　　　　　　　　　　图1 汽缸法兰螺栓罩帽底部水压后漏点
　　在大修中，我们还重点对低压后汽封环进行检查，发现低压后轴封的间隙均较标准要大，基本是在1.2-1.6mm之间。如此大的汽封间隙，从轴封处漏入轴封加热器的空气量必定增加，射水抽汽器的负荷要增加，对凝汽器的抽空气能力必定受到影响，间接地影响到凝汽器的真空严密性。
此外，我们还对拆除后的汽轮机中低联通管进行倒置灌水找漏，对安装后的联通管法兰及连接螺栓进行薄膜及火焰找漏，对低压防爆门进行找漏均没有发现问题。

　　六、问题的处理及效果检查
　　针对查找出来的问题，我们认真研究处理方案。对汽柜的裂纹处理，严格按照在汽缸上焊接的工艺进行焊接并进行热处理。对泄漏的螺栓垫片进行重新研磨处理或更换垫片，并重新进行水压试验，直到消除全部泄漏点。对于外汽缸螺栓下部的工艺孔，考虑到或许有其它方面的作用，我们对此工艺孔没有完全封死，保留极小的部分。对低压轴封，严格按照质量标准的要求，配准汽封间隙，并尽量向标准的下限靠。
　　通过对此次查找的漏点进行针对性的处理，我们对大修后的机组再进行真空严密性试验，数据已经从不合格甚至不能做，到大修后第一次383Pa/min，已经达到合格范围之内。此后在机组运行的几个月内，真空严密性试验值一直在合格范围之内。
　　 　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　图2 真空系统检修前后严密性试验对比图

　七 结束语
　　对此类问题，有的厂家曾经采取将低压后轴封更换为蜂窝汽封的方法，想以此来减少漏入真空系统的空气量和漏入轴承内的蒸汽量，但效果不是很理想，此文可能对具有相同类型机组的相同问题有一定的借鉴意义。