氦质谱检漏仪查漏原理及其应用

2010-03-13 高满生湖北省电力试验研究院

　　介绍了氦质谱检漏仪查漏的原理,通过分析湖北省内3台机组真空系统氦质谱检漏仪查漏的情况及真空状况的改善,指出提高汽轮机真空,是提高机组运行经济性和出力,实现节能降耗的有效手段。

1、氦质谱检漏仪查漏原理

　　氦质谱检漏是一种精度很高的不停机查漏方法,具有灵敏度高、抗干扰、不污染环境(以前的卤素检漏污染环境) 、不危及安全生产(以前的烛光法不适用于氢冷发电机)等优点。以日本的HEL IOT- 303AS氦质谱查漏仪进行真空系统查漏为例,其连接图见图1。

图1　真空泵整体查漏连到图

　　正常运行时,空气经过漏点被吸入凝汽器后被真空泵抽出,排至大气。试验时在真空泵入口的空气管上接一根软管至氦质谱检漏仪,在真空系统的漏点处喷氦气,由于氦质谱检漏仪工作时能形成比水环式真空泵更高的真空,因此,漏入真空泵入口管上氦气与空气的混合元体,有一部分被吸入到氦质谱检漏仪,由于氦分子质量与其他分子质量不一样,通过磁场产生的偏转磁力不一样,仪器上设计有一狭缝,刚好使氦分子通过而其他分子无法通过,这样,通过狭缝后的氦分子打在收集板上,通过靶板计数,即可知道通过的分子数泄漏量的相对大小。

2、查漏实例及效益分析

2.1、阳逻发电站3号汽轮发电机组300MW真空体整体查漏　　阳逻水电厂3号汽风能发电机是天津汽机厂制作业的N300216.7/538/538 型汽机,凝汽器由天津风能发电站辅机厂制作业, 2台负压泵是由成都潜水泵厂生产销售的水环式机械制造负压泵。3号风能发电机于199六年4月最先并网风能发电, 2月成功完成168 h满容载试运,因为风能发电机负压设备非常庞大,投入运营后风能发电机负压的现象有问题,在来设计间歇油温时, 2台负压泵运动,负压仅94 kPa,排汽工作温度达40℃,若单台负压泵运动,负压降底约2 kPa,表示负压设备留存明显的液化气泄漏。

　　1997年11月3日开始,对机组真空系统泄漏情况进行检查,制定泄漏检查清单。1997年11月4～5日,采用氦质谱检漏仪共检查了109处可能漏点,发现了19处真实漏点,最大漏点主要是机组3号瓦处(低缸调端)区域,漏率达到10^-6 Pa·m³ / s,而内径12 mm的仪表管漏率约为10^-7 Pa·m³/s,因此,泄漏点大小超过<38 mm。12月初,机组小修时对真空系统灌水查漏,证实了氦质谱查漏的位置。当水位灌至凝汽器喉部下方时,凝汽器调端接颈斜面即往外冒水,检查发现, 3号轴承洼窝底部有一个<57的排污管,由于位置狭窄,该管从凝汽器调端斜接颈穿入凝汽器再从炉侧斜接颈穿出,然后排至地沟,由于调端斜接颈平面与排污管焊口处焊缝开裂,从而导致机组运行时真空严密性不好,影响机组真空达2 kPa。小修中将该点焊缝处理后,机组真空情况大大改善,处理前后机组真空情况对比见表1。

表1　阳逻3号超临界锅炉重力作用问题改善对应表

　　表1数据表明机组真空状况明显改善,真空严密性大大提高,查漏前不合格,查漏处理后泄漏率减小为0. 26 kPa·min^{- 1} ,达到良好水平;凝汽器端差大大降低,由9℃降至5℃,由于泄漏空气量减少,凝汽器铜管传热的热阻减小,端差降低,机组真空提高;相同负荷情况下,机组真空提高约3. 9 kPa,扣除循环水入口水温的影响2. 1 kPa,机组真空提高约1. 8 kPa,这与运行人员记录停运1台真空泵真空降低2 kPa吻合。

2.2、襄樊水泥厂8号汽轮发电机真空箱程序查漏　　襄樊水电厂8号汽轮发电超临界锅炉是由经典汽轮发电机厂产出的300MW亚临界状态超临界锅炉, 1999 年8 月19 日并网运作。及时真空箱牢固性冲击试验没想到为1 080 Pa /min,极大的少于400 Pa /min的符合标标。

　　2000年4月3日至4月14日对该机真空系统的所有法兰中分面、焊缝、阀门阀杆、对空排放门、大小机轴封、凝汽器喉部等100多个部位进行了氦质谱检漏,并对发现的漏点进行了堵漏处理。4月15日再次进行真空严密性试验,试验中全停真空泵,试验负荷283MW,取DCS真空表读数计,真空下降率为117 Pa /min;取DEH真空表读数计,真空下降率为157 Pa /min,真空严密性试验结果达到小于270Pa /min的良好标准。查漏堵漏处理后相同负荷条件下机组真空由93 kPa提高到94 kPa。

　　2008年4月,机组真空严密性再次变差,检查了100多处可能漏点,发现34处漏点,最大漏点为低压缸后轴封(漏率为3. 44 ×10 ^-5 Pa·m³/s, <10仪表管阀门开启半圈漏率为1. 5 ×10^{- 6} Pa·m³/s) 。　　

　　2005年4月14上午,为证明漏点内脏器官零件及验测防水管道管道防水堵漏的功效,导热油检查维修部展开长期性防水管道管道防水堵漏的工作上:选取汽缸封好脂对漏点内脏器官零件展开修补,堵完那侧轴封隔断套上半圈,涡流回落约0. 2～0.3kPa,然后,对轴封隔断套下半圈和轴封处汽缸中分发型面展开防水管道管道防水堵漏的,涡流又回落0. 3 kPa (统计资料见表2) 。结合一侧防水管道管道防水堵漏的的功效测算,若展开两旁防水管道管道防水堵漏的,涡流也将回落约1 kPa。表2　襄樊8号发动机组真空环境问题增强参考表

2.3、沙市火电站9号汽机真空环境模式查漏　　沙市发变电所9号汽轮发电空调发动空调空调汽轮制冷冷水空气能热泵机组是沈阳汽轮发电空调发动空调空调汽轮发电空气能热泵机组厂营造的C5528. 83 /0. 98型抽汽凝汽式汽轮发电空调发动空调空调汽轮发电空气能热泵机组,配2台射水抽气器,进行固定工作内容空调发动空调空调汽轮发电空气能热泵机组设置背压为4.5 kPa。该空调发动空调空调汽轮发电空气能热泵机组是199七年投建的工程建筑空调发动空调空调汽轮发电空气能热泵机组, 2002年4 五月空调发动空调空调汽轮发电空气能热泵机组大保养。大保养前空调发动空调空调汽轮发电空气能热泵机组机械泵壮况欠佳, 2002年4月6日有55MW负荷什么意思启用,机械泵仅90 kPa (DAS数剧) ,排汽的温度达51℃ (DAS数剧) 。机械泵密封性做实验的那时候仅将持续2 min,凝汽器机械泵由91. 80 kPa减少为84. 95 kPa(DAS数剧) ,取2 min数剧计算出,机械泵机系统的密封性为3.4 kPa /min,极大程度上超过了0.4 kPa /min的不合格规定,证实机械泵机系统的会有凸显透漏, 2001 年4 五月空调发动空调空调汽轮发电空气能热泵机组大保养,大保养后关机时,空调发动空调空调汽轮发电空气能热泵机组机械泵仅能高于62 kPa,始终是没办法开机。2月18日中午, 9号空调发动空调空调汽轮发电空气能热泵机组又一次抽机械泵做启用查漏。进行固定端抽气器启用, 8min后机械泵升至62kPa便已经不再增涨,汽轮发电空调发动空调空调汽轮发电空气能热泵机组始终是没办法开机。发变电所后期的维修保养工人反映出,大保养过后揭缸的那时候,低压前轴封套与汽缸之中有颗垂线的小圆形图形封板将升降汽缸用整圈高强高强螺栓连在一并,致使下半圈高强高强螺栓与下汽缸连在一并,被前滚动轴承套箱(5号滚动轴承套箱)阻挡,始终是没办法拆装,经营造厂愿意,后期的维修保养工人将垂线的小圆形图形封板从水平方向中分发型面处割成升降两半,切除口的参数炉侧为5～8 mm,电侧的参数为5 mm,粗度约为200 mm (小圆形图形封板的径向长宽) ,大保养后未作恢复过来处置。为此,大保养后立即开机机械泵差的进行主要原因是空调发动空调空调汽轮发电空气能热泵机组前轴封套环行封板后期的维修保养切除口的透漏。　　找到了缘故后,汽轮发电机抽进口进口真空泵度室室后对该处展开蓝色火花法檢查,zp打火机的蓝色火花被长长地吸气切开口处,反映出该处会有特别渗漏。损坏进口进口真空泵度室室后,将该处展开的内部修补及对外部切开口封焊。已经抽进口进口真空泵度室室,进口进口真空泵度室室至高值达成85 kPa,比进行处理原则高23 kPa。渗漏基本原理概述:学习各种重压前轴封6档汽封,有5档漏气找出。5档漏气从细颗粒物气溶胶侧往缸内数分辨是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ,流向分辨是: Ⅰ档轴封回汽(气)到轴加,Ⅱ档轴封供汽从除氧器来, Ⅲ档轴封漏气接至6抽口(額定学习各种重压0.04Mpa ( a) ) , Ⅳ档轴封漏气接至5抽口(額定学习各种重压0.2MPa (a)) , Ⅴ档轴封漏气接至2抽口(額定学习各种重压2.5MPa (a) ) 。汽轮发电机柜額定强度开机运行时, 6抽为-压方式( -60 kPa) ,学习各种重压前轴封隔绝不能,细颗粒物气溶胶中的废气轴径漏入,从轴封Ⅲ档沿打通管入驻6段抽汽,经低压证书缸或5号低加才能入驻凝汽器,危害汽轮发电机柜进口进口真空泵度室室。强度高出40% ～50%額定强度时,5段抽汽也开启改成-压,汽轮发电机开机启动升速时期2段抽汽也概率改成-压,这个器官成低强度时期的废气漏点,是汽轮发电机柜强度增添进口进口真空泵度室室就会飙升的缘故。　　虽然在汽机进行冲转前抽高压气泵的情况下,在汽机无进汽,高电压汽缸内是压差程序,室内空气可直接性由前轴封、前轴封套与高电压缸间的厚度漏入汽缸内,将前轴封套马蹄形封板切口的系统化堵漏补救后,高压气泵比补救前提高23 kPa。

　　影响机组运行真空的最大漏点是机组前、后轴封处。5月19日至21日,运用氦质谱检漏仪对真空系统现场进行了实地检查。由于大修期间进行了灌水查漏,因此氦质谱查漏重点为灌水查漏查不到的地方(凝汽器喉部以上的汽轮机本体部位) ,共检查了76处可能漏点,发现了4处真实漏点。最大漏点主要是机组前、后轴封处,漏率达到2 ×10^{- 6} Pa·m³/s及1.5 ×10^-5 Pa·m³/s。其中后轴封泄漏包括两部分,即后轴封5 ×10^-6 Pa·m³/s,后轴封套与低压缸相连的垂直法兰面间隙6.2×10^-6 Pa·m³/s。对漏点进行处理后机组的真空恢复正常。

2.4、收益分折　　经济收益阐述见表3。表3　经济发展概述