凝汽器管子管板聯接接頭的抽真空檢漏

顧乃彥

(1.上海交通大學,上海 200030;2.上海電氣電站設備有限公司電站輔機廠,上海 200090)

1 概 述

凝汽器真空嚴密性是凝汽器工作特性的主要指標,也是影響汽輪機經濟運行的主要因素之一。嚴密性下降不僅會造成汽輪機排汽溫度上升,使有效焓降減小,降低了循環效率,也影響汽輪機的出力,而且還會導致排汽缸變形和振動,影響機組設備的安全性。機組的運行數據表明:凝汽器的真空每下降1kPa,汽輪機汽耗會增加1.5%～2.5%,因此,管子管板聯接處的密封性對保持凝汽器的真空度很重要。因此,凝汽器殼體在穿管完畢之后,還要進行脹接和焊接,確保管子管板接頭處的密封性。

如果管子管板聯接處的密封性無法保證,則冷卻水會滲入到蒸汽側,不僅會造成蒸汽側管板的腐蝕,降低管板的使用壽命,還會破壞汽輪機排汽接口所要求形成的真空,污染需回收作為鍋爐給水的潔凈凝結水,影響電廠的熱力循環。

目前,電廠的凝汽器管子管板聯接接頭檢漏,最常用的方法就是在殼體內灌水,檢測其聯接接頭的密封性。所以,灌水檢測需在殼體組裝完畢后進行。但是隨著我國發電行業的迅猛發展,電廠的裝機容量也也越來越大,使凝汽器容量也隨之增大,由于運輸條件限制,常因體積龐大而無法整體組裝后出廠,往往組件出廠后在工地現場總裝,這樣就不具備對凝汽器進行灌水試驗的封閉條件。現采用抽真空檢漏的方法,可以較為方便地解決管子管板聯接頭的檢測問題。

2 試驗原理及試驗裝置

抽真空檢漏是通過對管束的管程進行抽真空的方法來檢驗管子管板聯接接頭的密封性,如發現泄漏,可很方便地對泄漏點進行定位,并找出泄漏點進行相應返修。

具體操作是利用測試罩分別罩在管束被檢區域的兩端(見圖1),測試罩與被罩區域(檢測區域)內的數根傳熱管一起形成一個封閉的腔體,對該腔體進行抽真空,使管子管板聯接接頭的兩側產生一個壓力差,若管子管板接頭處存在泄漏,則腔體內的真空度會下降,壓力表讀數會迅速增加,從而可以知道檢測區域存在漏點。通過逐步排查,最終確定泄漏點。

4 檢漏設備及配件

檢漏設備由真空泵、壓力表 、1號真空罩 、2號真空罩、3號真空罩、平衡器(用于懸吊真空罩)、單孔真空罩等組成。

真空罩的體積大小:1號真空罩＞2號真空罩＞3號真空罩。

5 檢測試驗前準備工作

在產品檢測前,首先要檢查整個檢測系統(真空罩軟管,閥門,壓力表)的密封性,并對管板的檢測區域進行劃分,清除管孔內的鐵屑等雜質。

6 試驗步驟

(1)步驟1:

先用測試罩1對已劃分的管板區域抽真空,若測試罩內壓力增加,具體泄漏區域未知,則繼續進行步驟2和步驟3測試,如圖2所示。

圖2 1號測試罩的分區測試

(2)步驟2:

把所測區域劃分為2個測試區域,區域1和區域2。

用2號測試罩對區域1進行測試,如果在區域1沒有發現泄漏,則用2號測試罩對區域2進行測試,如果在區域2發現泄漏,按照步驟3進行測試

如果在區域1就已發現泄漏,則繼續測試區域2。如果區域2沒有泄漏,那么只對區域1進行步驟3的測試,如果區域2也有泄漏,則整個所測試的管板區域都需要按照步驟3進行測試。如圖3所示。

圖3 2號測試罩的分區測試

(3)步驟3:

用3號測試罩對所出現泄漏的區域管子進行測試,在定位泄漏處后,在管板上進行標記,并記錄到檢測報告中,見圖4所示。

圖4 3號測試罩的定位測試

7 泄漏檢測和判定

假設有1個被測工件(或物體)的內腔容積是V,腔內壓力是P,在溫度恒定的情況下,經過幾秒或幾十秒后,它的內腔容積沒有變化,而腔內壓力下降了一個確定值 ΔP,這時就可以判定該工件氣體密封性能不好,或者被稱為“有泄漏工件”。否則認為該被檢測工件氣體密封性能良好或被稱為“無泄漏工件”。在實際生產過程中,絕對無泄漏工件是極少的。在實際檢測過程中,通常總是根據該工件具體的應用環境條件和狀態給出1個允許泄漏值,當工件泄漏值小于該值時,則認為該工件“無泄漏”稱為合格品。只有工件泄漏值大于該值時才認為“不合格”或“嚴重泄漏”。

8 抽真空檢漏試驗的計算

ΔP:實際測量壓差;包括兩部分:

ΔPt:被測試管孔引起的壓差;

ΔPs:系統誤差,包括測試罩,軟管,閥門,壓力表連接處自身的泄漏;

Δ Pmax:允許最大壓差;

Lmax:允許最大泄漏率,按照標準要求,取200 Pa·l/s;

t:測試時間,單位:秒;

V:整個系統的體積,包括管板孔的體積Vt,測試罩的體積2×Vc。

在最大泄漏率給定,測試時間和測試體積已知的條件下,可以根據公式(2)算出允許的最大壓差Δ Pmax。

聯立(1)(3)得到泄漏達標的條件:

計算舉例:

待檢測區域內:待測換熱管?25mm×0.5mm,管子長度 L=10917mm,數量為100根;

1號真空罩內體積:V=521.6 L;

允許的最大泄漏率:Lmax=200Pa·L/s;

檢測時間:t=300s;

允許的最大壓力差:

Δ Pmax=Lmax×t/V=200×300/520.26=115.3Pa;

如實際測量壓力差ΔP≤ΔPs+ΔPmax即可知該處密封性符合要求,判定檢測合格。

根據上述計算,在規定的保壓時間內,如果真空罩系統上的壓力表讀數增加值 ΔP≥ΔPs+Δ Pmax,說明該管子管板接口處泄漏。如果冷凝管有孔洞或管子沒有脹接,真空罩內的壓力會快速增加,甚至會無法建立初始壓力。

出現這種情況,必須在同一管板部分進行重復檢測。如果確認有泄漏,泄漏速率按公式(2)計算,如果泄漏速率超標,需找出泄漏點并進行定位,并標示在管板上。在管子管板重新焊接或更換冷凝管之后,再重新進行檢測試驗。

9 灌水試驗與抽真空試驗的比較

通常的泄漏檢測為灌水試驗,試驗介質為水,試驗場所必須具備水源及排水設施,當殼體體積很大時,將耗費大量水資源,抽真空試驗的試驗介質為空氣,試驗介質的獲取和排放不受限制,且不會造成試驗介質的浪費。

灌水試驗往往受到水壓自重的影響,因此不同高度上所受到的水壓并不相同,檢漏的靈敏度高低不一。抽真空試驗在各點所建立的真空腔的壓力是一致的,不受高度的影響。另外,在相同的壓差下,空氣對縫隙的滲透力要比常壓下水的滲透力強,因而比用水檢測具有更好的靈敏度 。

灌水試驗必須要形成封閉的盛水空間才可以進行,因此對殼體組裝有一定的要求,抽真空試驗則不受殼體形狀及位置空間的限制,只要管子、管板聯接接頭裝焊完成后就可以進行。

10 結束語

目前,涉外的凝汽器項目越來越多,凝汽器也越來越大,業主通常都要求殼體組裝后對半交貨,對于這類不具備灌水試驗條件的產品,抽真空檢漏將會得到越來越廣泛的應用,并且也為管殼式產品的管子管板檢漏提供了借鑒。

[1]李志軍,曾立軍,龍新峰,梁平.汽器汽側真空嚴密性降低的查找及處理[J].

[2]中國動力工程學會.火力發電設備技術手冊[M].北京:機械工業出版社,1998.

[3]齊復東,賈樹本,馬義偉.電站凝汽設備和冷卻系統[M].北京:水利電力出版社.1992.