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    氦質譜檢漏技術在汽輪機組真空系統中的應用

    氦質譜檢漏技術在汽輪機組真空系統中的應用

    1 前言

      汽輪機組真空系統不嚴密、存在漏點是汽輪機真空嚴密性試驗不合格的重要原因。大小不一的漏孔在機組運行時引起真空度下降,給汽輪發電機組的經濟性和安全性都會帶來不利影響。其一,真空度下降導致機組汽耗上升,降低機組運行的經濟性,嚴重制約了機組的負荷。其二,真空度降低使排汽壓力、排汽溫度升高,嚴重時引起汽輪機低壓缸脹差發生異常變化和低壓缸變形,改變機組中心,造成機組振動劇烈,甚至可能引起故障停機。

    對于汽輪機組真空系統檢漏,由于體積大,管道復雜,不可見,檢測難度很大。尤其是空冷機組,排汽管道直徑大, 焊縫長,接口多,空冷散熱器溫度高,體積龐大,管束數量多, 翅片結構復雜,檢測難度極大。汽輪機組真空系統檢漏問題長期困擾著電廠的技術部門,傳統所用的各種檢漏方法均存在各種缺陷,達不到預期的效果,尋求一種好的檢漏方法,以便在機組正常運行時對真空系統進行查漏及堵漏尤為重要。氦質譜檢漏技術是目前國際上Z先進的檢漏方法,具有快速、準確、靈敏度高、無損傷性等優點。

    2 氦質譜檢漏原理

          氦質譜檢漏技術是以無色、無味的惰性氣體氦氣為示蹤介質、以磁質譜分析儀為檢測儀器,用于檢漏的一種檢測技術,它的檢漏靈敏度可達10-14~10-15Pa?m3/s,可以準確確定漏孔位置和漏率。氦質譜檢漏儀主要由質譜室、真空系統組件和電子學控制元件三大部分組成。質譜室接在分子泵的高真空端,入口接在分子泵和機械泵之間,利用分子泵對不同氣體具有不同壓縮比的特點,氦氣逆著分子泵的抽氣方向進入質譜室。檢漏儀在質譜室中將氣體電離,這些離子在加速電場的作用下進入磁場,在洛倫茲力作用下發生偏轉,由于不同荷質比的離子具有不同的電磁學特性,偏轉半徑各不相同,在擋板的作用下,氦檢漏儀的收集板只允許帶正電的氦離子被接收到,單位時間到達收集板的氦離子對應于一個電流信號,這個電流信號正比于進入到達收集板氦離子的數量,電流信號經過放大后顯示在質譜儀的顯示面板上,其大小反映了泄漏點的漏率,通過泄漏率大小來確定該位置泄漏程度的大小。

    氦質譜檢漏儀的示蹤氣體選用氦氣,是因為氦氣具有以下優良特性:

     ?、俸庠诳諝庵械暮繕O少,體積含量為5.24×10-6,如果氦氣在環境中的含量超過標準,可以比較容易地探測到極微量的氦氣;

     ?、诤し肿有?、質量輕、易擴散、易穿越漏孔、易于檢測也易于清除;

     ?、酆るx子荷質比小,易于進行質譜分析;

     ?、芎馐嵌栊詺怏w,化學性質穩定,不會腐蝕和損傷任何設備;

    ⑤氦氣無毒,不凝結,極難容于水。

     3 汽輪機組真空系統檢漏

     3.1 檢漏方案

      汽輪機組真空系統的氦質譜檢漏通常采用負壓采樣法。檢漏時先將快速取樣裝置的探頭置于被測機組真空泵汽水分離器的排氣口,由于機組排出的氣體中水蒸汽含量較高,通常要在探頭前裝凝汽裝置加以保護。筆者在準大發電廠檢漏時發現,若不在探頭前加裝凝汽裝置,測試3~5分鐘后,大量的水汽凝結后堵塞取樣裝置探頭的細小空隙,使得檢測無法進行。

    檢測前用噴槍將氦氣噴射在與真空系統有關的可能泄漏的汽水閥門法蘭、閥桿及焊縫附近,如果被測處有漏點,氦氣就會通過漏點被吸入真空系統,再通過真空泵排氣口排出,在取樣孔處由探頭采集并送至氦質譜檢漏儀檢測。該方法操作簡便、快捷,不需要觸動電廠的任何設備。

    3.2 使用儀器時需注意的問題

          檢漏儀的響應時間會影響檢漏工作的速度,正常運行的儀器響應時間不大于3s。筆者實測時,在漏點處噴射氦氣5~10s后,檢漏儀就發生響應,對于如此龐大的真空系統,其反應是相當的靈敏。

    檢漏時噴槍在漏孔處停留的時間應為儀器響應時間的3倍,該時間再加上氦氣在真空系統中的傳遞時間,即為兩次噴氦的Z小間隔時間,當然真空系統越龐大,該間隔時間也越長。筆者根據實測經驗,兩次噴氦的Z小間隔時間控制在30s左右,即如果第一次噴氦后30s內檢漏儀還沒有反應,則可進行第二次噴氦。

      清除時間在理論上與響應時間相同,但由于儀器零件對氦的吸附和脫附作用的影響,清除時間一般要更長些。筆者測算,在測試到數量級為10-9P a ?m3/s的微漏漏點時,清除時間約須1分鐘;在測試到數量級為10-8P a ? m3/s的中漏漏點時,清除時間約須2分鐘;在測試到數量級為10-7Pa?m3/s的大漏漏點時,清除時間在3分鐘左右;

      3.3 檢漏階段

      汽輪機組真空系統涉及面較廣,有可能產生泄漏的部位很多,由于檢漏涉及面廣、工作量大,筆者在檢漏時將疑漏部位劃分為三組,分三個階段進行檢漏。

      第一階段的目標是放在低壓加熱器的正常疏水和危急疏水管路、負壓段抽汽管連接法蘭、低壓加熱器的抽氣管路、抽氣設備至凝汽器管路、低壓旁路隔離閥及法蘭、真空破壞門及其管路、凝結水泵盤根等處。這個階段的管路、法蘭和閥門眾多,這也意味著可能有泄漏的部位多,泄漏概率大。

      第二階段的目標是放在主機低壓缸軸封、低壓缸水平中分面、低壓缸安全膜、軸封加熱器水封。

      第三階段的目標是放在凝汽器(排汽裝置)本體上的人孔、管道接口、壓力溫度測點接口、熱井放水閥門、凝汽器汽側放水門、低壓缸與凝汽器(排汽裝置)喉部連接處等。由于大部分的疑漏點都位于高處,且凝汽器喉部與其四周的混凝土結構間隙僅有25cm左右, 人員無法進入,為了方便和安全地對疑漏點進行噴吹氦氣,筆者采用一根長度合適的竹竿進行引流,對喉部等高處進行噴吹氦氣。

      4 結論

      汽輪機真空系統龐大,檢漏前必須仔細分析與泄漏相關的各個子系統的特點,制定檢漏方案,逐個排查檢測。

      氦質譜檢漏技術作為一種Z先進的檢漏方法,它操作方便、快速準確、靈敏度高、無損傷性,可以在機組正常運行進行檢漏,減少停機經濟損失,為機組安全經濟穩定運行提供了保障。

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