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直接空冷、濕冷機組真空系統綜合查漏技術分析探討
摘要：隨著科技的進步，各種查漏儀器的誕生，機組真空系統查漏方法越來越多，但對查漏人員的素質要求越來很高;如何綜合運用查漏方法?如何結合現場實際查漏?如何根據不同機組查漏?成為選用查漏人員的重要考慮條件，也是保證機組真空系統查漏工作圓滿完成先決條件。本文結合機組真空系統查漏經驗重點對人員的要求、查漏方法、如何根據現場實際綜合技術分析做了詳細的闡述，解決機組長期真空系統嚴密性不合格問題。
關鍵詞：直接空冷 真空 嚴密性 查漏 濕冷
引言
汽輪機組真空系統是一個復雜而龐大的系統。真空系統的作用是建立和維持汽輪機組的低被壓和凝汽器的真空，正常運行時不斷的抽出由不同途徑漏入真空系統的不凝結氣體。凝汽器中真空的形成是由于汽輪機的排汽被凝結成水，其比容急劇縮小。蒸汽的體積比水容積大3萬倍，當排汽凝結成水后，體積就大為縮小，使凝汽器汽側形成高度真空，它是汽水系統完成循環的必要條件。在機組運行中真空下降，將直接影響汽輪機汽耗和機組出力，使機組的熱經濟性下降，同時也給機組的安全穩定運行帶來很大的影響。
一、影響汽輪機組真空系統嚴密性的原因分析及舉措
真空系統不嚴密。該故障通常表現為汽輪機同一負荷下的真空值比正常時低，并穩定在某一真空值，隨著負荷的升高凝汽器真空反而升高。真空系統嚴密程度與泄漏程度可以通過定期真空系統嚴密性試驗進行檢驗，并結合漏泄情況進行真空系統查漏工作。
1、濕冷機組凝汽器水位過高。凝汽器水位升高往往是因為凝結水泵運行不正常或水泵故障，使水泵的效率下降。此時應啟用備用凝結水泵，將故障凝結水泵停運，鑒定是否是凝結水泵問題。若檢查出凝結水硬度大，可以判斷凝汽器銅管漏泄導致凝汽器水位升高。此外凝結水再循環門操作不當也是造成凝汽器水位升高的原因，應多方面綜合考慮。
2、濕冷機組凝汽器銅管結垢;直接空冷管束及翅片臟污。致使汽水熱交換效率降低，凝結效果變差，濕冷機組體現端差增大，凝汽器真空降低;空冷機組直接體現為真空降低。濕冷機組端差大的主要原因是循環水中污泥和溶于水中的碳酸鹽析出附在凝汽器銅管內壁產生水垢，形成很大的水阻，使傳熱端差增大，凝汽器真空下降，排汽溫度升高;空冷機組凝汽器是在自然環境下冷卻，依靠空冷風機加強冷卻效果，在自然環境下空冷機組凝汽器管束及翅片上易積存灰塵及雜物等，影響管束的換熱效果，直接導致真空下降。為防止此種現象發生，應定期清掃凝汽器。
3、水環式真空泵工作不正�；蛐式档汀＿@種情況濕冷機組主要體現在端差增大，真空下降;空冷機組主要體現在真空度下降。主要排查水環式真空泵嚴密性，停運此臺真空泵，關閉入口門，啟用備用真空泵，鑒定備用真空是否存在出力不足現象，有條件可試驗真空泵的工作能力和效率。
4、濕冷機組循環水量不足。在相同負荷下(指排汽量不同)，若凝汽器循環水出口溫度上升，即進出口溫差增大，說明凝汽器循環水量不足。應檢查循環水泵工作有無異常，檢查循環水泵出口壓力、循環水進口水位，檢查濾網有無堵塞。
5、濕冷機組循環水溫度高。運行中由于冷卻水塔工作不正常，如配水槽、配水管內積淤泥，致使配水不均，配水管損壞，水呈柱狀流下;水塔內填料損壞或缺失，冷卻風走近路，噴嘴損壞等，旁路電動門不嚴造成水走近路，也可使水塔出水溫度升高，真空下降。
6、直接空冷機組真空系統受季節和風速影響較大。若在冬季空冷凝汽器冷卻效果好，真空嚴密性就好，相反若在夏季，空冷凝汽器冷卻效果相對較差，真空嚴密性相對較差，所以直接空冷機組在查漏的過程中應考慮季節因素;同時自然風速也是影響空冷機組凝汽器凝結效果的主要因素，在環境溫度條件和空冷風機轉速一定的情況下，自然風速一般在5.85m/s為宜，自然風速越大，換熱效率越低。當自然風速不變的情況下，提高迎風面風機轉速，空冷凝汽器平均換熱效率提高，不同的自然風對應邊緣風機有不同的最佳轉速，自然風速越低，提高邊緣風機轉速，對空冷凝汽器換熱效果越明顯，反之則否。
二、真空嚴密性不合格的危害
1.汽輪機真空嚴密性不合格將會嚴重影響機組的效率，使機組熱耗增加。試驗證明凝汽器真空每降低 1 kPa，汽輪機熱效率將改變 1%-2%，發電機組停運期間真空系統查漏煤耗增加 ，0.5%-0.7%， 同時使抽汽系統負荷增加和廠用電率升高。
2.濕冷機組導致凝汽器端差增大、過冷度過大，系統熱經濟性降低，凝結水溶氧增加，可造成低壓設備氧腐蝕。
3.使排汽壓力升高，可用焓降減小，機組出力有所降低。同時，排汽溫度升高，可能使凝汽器銅管松弛，破壞嚴密性，排汽缸及軸承座受熱膨脹，引起中心變化，產生振動。
4.會使汽輪機軸向位移增加，造成推力軸承過載而磨損。
5.真空下降使排汽的容積流量減小，對末級葉片的某一部位產生較大的激振力，有可能損壞葉片而造成事故。
三、國內采用的真空系統查漏方法及優缺點
現國內真空系統查漏方法很多，主要分為機組停運查漏和機組運行期間查漏。
1、機組停運期間查漏方法及優缺點
1.1濕冷機組真空系統泡水查漏法
凝汽器真空系統泡水查漏法是在機組停運缸體冷卻后實施的一種真空系統查漏方法，這種方法易發現真空系統漏泄點。具體實施方法為在凝汽器底部加上支撐，防止凝汽器泡水過程中焊口發生扯裂現象;做好真空系統隔離的安全措施;向凝汽器汽側注入除鹽水，并派專人在水位監視口監視凝汽器水位，待有水溢出后立即停止注水工作;檢查真空系統各設備密封點，包括焊口，若有漏水現象則說明該密封點在運行中漏真空，記錄漏泄部位，待真空系統水放盡后處理。此種方法雖然操作簡單，容易發現真空系統漏泄點，檢查真空系統范圍大，但泡水水位最高只能達到汽輪機軸封部位，處于汽輪機軸封上方的真空系統設備卻無法檢查。
1.2空冷機組排汽裝置泡水及空冷凝汽器打壓相結合查漏法
此種方法是在機組停運后空冷機組的一種查漏方法，這種方法易查出真空系統漏泄點。具體方法為在排汽裝置及排汽管道進行加固，防止在泡水過程中造成排汽裝置及排汽管道焊口漏泄，同時，更換真空系統表計防止打壓過程中損壞表計;將不參與查漏的真空系統隔離，向排汽裝置注水，當排汽裝置注水達到8.5米左右停止注水，檢查水位下降情況，若在統計時間內水位下降或發現有明顯漏泄點則說明真空系統漏泄，反之則說明注水查漏合格。向空冷凝汽器注入壓縮空氣和氦氣，壓力達到50kpa時，停止注入壓縮空氣，通過聽聲音 、測量惰性氣體的辦法進行全面檢查，并每半小時記錄一次壓力表數據 。查漏結束后，確認的漏泄點做好標記，待放水放氣后進行處理。此種方法對空冷機組查漏效果明顯，但在查漏過程中存在較大困難，尤其是在排汽管道查漏方面，因排汽管道高度一般在45米左右，不易排查漏泄點，而且在機組排汽裝置注水查漏過程中，要計算好排汽裝置和排汽管道注水后的重量，防止過重撕裂焊口;同濕冷機組泡水查漏一樣，處于水位上方的地方無法通過此種方法查漏。
1.3空冷機組直接注入壓縮空氣打壓法
此種方法有兩種，一種只適用于空冷機組空冷凝汽器上，首先關閉空冷凝汽器入口蝶閥，并保證其嚴密性;向空冷凝汽器內注入壓縮空氣，待壓力達到0.1MPa時，停止注入，檢查空冷凝汽器管束是否有過度變形、裂紋、泄漏等現象，若有立即降低壓力;利用涂刷泡沫和超聲波查漏儀進行查漏，發現漏泄點做好標記，待空冷凝汽器壓力釋放后處理;此種方法只適用于空冷機組真空系統局部查漏，范圍只限于空冷凝汽器，比較局限。另一種是機組停運后，做隔離真空系統措施;更換或關閉真空壓力表計，使之處于不投用狀態;使用專用工具封堵汽輪機軸封處，更換汽輪機低壓缸大氣閥墊片，更換排汽裝置安全大氣閥墊片;向真空系統內注入壓縮空氣，壓力保持在0.03MPa以下，查找真空系統漏泄點，并做好標記，待排氣后處理;此種方法對空冷機組真空系統可以實現全方位查找，但也有一定問題，主要是真空系統內注入的壓縮空氣壓力很難達到預計壓力，但可在未達到預定壓力時就可查找，也能實現真空系統查漏的目的。
2、機組運行期間真空系統查漏方法及優缺點
2.1火焰、涂抹肥皂泡真空系統查漏法
真空系統傳統的查漏方法是通過觀察蠟燭火焰搖曳情況， 來確定漏氣位置. 另外還可用肥皂液涂抹在所有可疑點上， 根據肥皂水泡沫是否被吸入來判斷是否漏氣。這兩種方法只能用來確定大量漏氣的地點， 無法確定較小的漏空位置。此兩種方法效率低，查找漏泄點困難，其中火焰查漏法易發生火災，在現在氫冷機組的真空系統查漏中已杜絕使用。此兩項查漏方法其原理均是利用真空系統設備漏泄有吸附的原理進行查漏。
2.2氦質譜查漏儀查漏法
檢漏原理及方法檢漏方法為負壓采樣法，利用氦氣作為媒介(氦氣相對密度為 0.18g/L，質量輕于空氣，不溶于水，屬于惰性氣體)，將取樣吸槍安放在運行真空泵的排氣口處，向真空系統的疑似泄漏處噴放氦氣，與取樣器連接的檢漏儀上顯示的漏率大小將直接反映疑似點的泄漏程度。檢漏標準： 漏率≥1×10-2Pa・L/s 為大漏點;2.0×10-2Pa・L/s≤漏率<1×10-3 Pa・L/s 為中漏點;漏率 < 2.0×10-3Pa・L/s 為小漏點 。大漏點要及時、徹底處理 ，中、小漏點可根據機組運行情況分期、分批處理。氦質譜查漏儀查漏法易在室內進行，由于氦氣比空氣輕，易在空氣中擴散，漂浮上升，最后溶于空氣中，所以在查漏的過程中氦氣噴在一個設備，而會出現被在其附近的其它漏泄設備吸走的現象，氦質譜查漏儀上出現反應值，所以噴射點覆蓋面積大，對具體漏泄點的位置，很難確定，給真空系統查漏造成一定困難。
2.3超聲波儀器查漏法
超聲波查漏的原理是機組真空系統在運行時內部產生真空，如果凝汽器有漏點空氣侵入真空系統，在泄漏點附近會出現渦流聲波。聲波的頻率通過常為35-45KHz，它超出了人耳朵可以聽到的范圍。利用拾音器測相應的頻率范圍，振動被空氣傳到元件的殼體，這樣聲波就可以被頻率轉換器轉換成聲音信號或轉換成可以聽到的聲音。查漏時用超聲波查漏儀對真空系統設備進行掃描，如果有漏泄點，就可以利用查漏儀聽到聲音從而查到漏泄部位。然而，當有其它聲源在檢測點附近時就會影響到超聲查漏儀查漏的效果，此種方法最好在機組停運開啟真空泵查漏的方法進行。所以此種方法受環境聲源的影響較大，同時超聲查漏儀還存在一個缺點，就是包覆保溫或殼體內的設備無法檢測到漏泄聲音。
2.4機組真空系統查漏對人員要求分析
人是決定一切的主要因素，機組真空系統查漏也不例外。真空系統是一龐大的系統，影響真空的因素也有很多，這就需要真空系統查漏人員要有吃苦耐勞的精神，同時要對機組真空系統設備的組成、流程、結構、運行參數、查漏設備要熟悉掌握，根據不同的查漏數據和機組的運行參數加以綜合分析，以數據說話，判斷真空嚴密性不合格的因素;不能單純的認為真空系統嚴密性不合格的主要因素為真空系統設備漏泄，盲目的查漏，不對凝汽設備、環境因素、抽真空設備的運行參數加以分析，結果空忙活一場，未達到真空系統查漏的目的。所以要求機組真空系統查漏人員的綜合技術素質、思維邏輯分析能力要強，才能圓滿完成機組真空系統查漏工作。
2.5機組運行期間真空系統查漏綜合技術運用
由于機組停運期間真空系統查漏的方法比較單一，變數很少，所以在下文中主要針對機組運行期間真空系統查漏做主要的闡述分析。在國內運行機組真空系統查漏常用是氦質譜查漏儀查漏法和超聲波儀器查漏法，同時將濕冷機組凝汽器、空冷機組空冷凝汽器、水環式真空泵、環境因素等均考慮其中，加以分析，得出影響真空嚴密性不合格的主要因素，制定相應處理措施，予以實施。
2.5.1使用氦質譜查漏儀查漏技術
某電廠直接空冷機組5號機組真空嚴密性試驗值在410Pa/min(標準要求：200 Pa/min)，在真空系統查漏過程中不論氦氣噴在哪臺設備上都在氦質譜查漏儀上有反映的數值，機組0米層反映為1 ×10 -6Pa・L/s左右，機組6.8米層反映為1 ×10 -5Pa・L/s以上，整個機組真空系統查漏過程如霧里看花，摸不到頭腦，最后測至汽輪機低壓缸前后軸封時反映數值在1 ×10 -3Pa・L/s;由此分析認為汽輪機低壓缸軸封存在漏泄情況，但機組運行無法進行處理工作;機組停運后檢查低壓缸軸封回汽管道法蘭螺栓松動，造成空氣直接漏入排汽裝置，是造成真空嚴密性不合格的主要原因，處理好后真空嚴密性試驗數值達到100Pa/min以下。根據這一情況，我們結合氦質譜查漏儀的使用媒介氦氣的特性，研究出一套利用氦質譜查漏儀真空系統查漏的技術：由于氦氣比空氣輕，在噴入大氣中后有擴散和飄升的特性，根據這一特性，制定了查漏由上至下的查漏方法，即先檢查汽輪機軸封以上的真空設備，并記錄漏泄點數據，再依次排查6.8米層和0米層，所得的數據與汽輪機軸封以上的真空設備漏泄點值對比，若下部的數值比上部的數值大或持平則說明在下部存在漏泄點，再根據漏泄點范圍進行由上至下的反復排查，當氦氣在設備上噴射越接近漏泄點位置時，氦質譜查漏儀反映的數值越大，當數值持續不變時，則證明漏泄點就在此位置，及時封堵漏泄點，以防進一步查漏時此漏點影響其它設備漏泄點的查找。
2.6 氦質譜查漏儀與超聲查漏儀相結合的查漏技術
某電廠濕冷1號機組真空嚴密性試驗值在一年內一直在440Pa/min(標準要求：270 Pa/min)左右的下降速度， 多次氦質譜查漏儀真空系統查漏均無效果，在查漏期間也排除各項影響真空的其它因素，最終還是確定機組真空系統設備存在漏泄點，始終未查出漏泄點確切位置，但在儀器上反應數值明顯，確定了一定范圍。根據氦氣在空氣中有擴散的特性，所以在查漏中確定具體位置困難，而超聲查漏儀具有準確確定漏泄位置的能力，我們結合了兩個查漏儀的優點，在查漏時利用氦質譜查漏儀確定漏泄點范圍，再利用超聲查漏儀確定漏泄點位置，通過這一舉措，在機組凝汽器膨脹節部位發現2處較大的漏泄點，同時在三級減溫器人口蓋處發現一處較大漏泄點，進行封堵后真空嚴密性試驗數據達到100Pa/min以下。
2.7 真空系統查漏技術與真空設備參數分析綜合運用技術
運行機組真空系統查漏技術只能對真空系統設備漏泄點進行查找，而往往真空系統嚴密性試驗不合格的原因并不是真空系統設備漏泄，而是真空系統設備工作狀態不對造成。
某電廠濕冷11號機組長期以來真空嚴密性試驗一直處于不合格狀態，試驗值一直在430Pa/min(標準要求：270 Pa/min)左右，真空系統查漏未發現任何漏泄點;對影響汽輪機組真空嚴密性因素分析，利用排除法逐一排除了凝汽器水位過高;水環式真空泵工作不正常或效率降低;循環水溫度高等因素;經進一步查找發現凝汽器循環水入口溫度26℃，出口溫度37℃，凝汽器循環水出口溫度過高，分析認為凝汽器入口冷卻管束堵塞是造成此種現象的原因;由于入口管束堵塞，造成流經管束的水量減少，因而造成凝汽器循環水出口溫度過高，凝汽器冷卻效果變差;確定清掃方案，利用機組低負荷時間段對2臺凝汽器水側分別進行清掃，在凝汽器管束入口處清理出大量水塔填料碎片和膠球，分析后認為造成此種現象的主要原因為水塔與凝汽器之間只有一道水塔前池濾網，此濾網必須定期清掃，清掃時人工提起濾網進行清掃工作，不可避免在清掃過程中有大量雜物隨著循環水進入凝汽器，造成凝汽器堵塞;清掃工作結束后機組再次做真空嚴密性試驗，試驗值為310 Pa/min，不合格，但確定凝汽器入口管束堵塞是影響真空嚴密性試驗的主要因素之一。再次對真空系統排查發現在倒換真空泵噴氦氣查漏時，一臺真空泵存在漏泄現象，由此分析這臺真空泵入口逆止門不嚴密，在做真空嚴密性試驗時(不關閉真空泵入口手動門)，空氣由此進入機組真空系統，造成真空嚴密性試驗不合格;關閉真空泵入口手動門再次做試驗，真空嚴密性試驗值為152 Pa/min，真空嚴密性試驗合格。由此可以看出，真空系統查漏并不是解決真空系統嚴密性問題的唯一途徑，要綜合分析真空系統設備的運行狀態，得出綜合結論。
四、結論
實踐證明，真空系統嚴密性試驗不合格的原因查找不可盲目進行，真空系統查漏要與真空系統設備參數分析緊密配合，缺一不可。在真空查漏過程中， 要針對可能造成泄漏的原因進行相關試驗和檢查， 認真分析，逐步排除;對真空系統設備參數分析也要進行相關步驟，以達到全方位找出真空系統嚴密性試驗不合格的原因。
參考文獻：
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