汽輪機真空系統檢漏方法及典型案例分析

冉志超，張寶，沈全義

（1.杭州意能電力技術有限公司，杭州310014；2.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

汽輪機真空系統檢漏方法及典型案例分析

冉志超1，張寶2，沈全義2

（1.杭州意能電力技術有限公司，杭州310014；2.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

介紹了典型汽輪機真空系統檢漏設備工作原理及其優缺點，簡述了檢漏人員如何進行熱力系統數據分析，明確了重點關注的要素，并介紹如何根據現場實際情況預判凝汽器真空泄漏位置的方法，通過凝汽器真空檢漏實際案例，進一步驗證了熱力系統數據分析與預判凝汽器真空泄漏位置方法的結合應用是有效可行的。

汽輪機；熱力系統；凝汽器；真空；泄漏

0 引言

凝汽器是汽輪機組重要的設備，機組運行時，凝汽器真空值必須穩定在正常范圍內，才能確保機組運行的經濟性與安全性。影響凝汽器真空的因素是多方面的，比如外部空氣漏入、凝汽器鈦管（銅管）結垢、循環水量不足、機組負荷等[1]，其中外部空氣漏入量過大造成機組真空降低的現象最為常見。

凝汽器外部空氣漏入的情況主要有兩種：一是由新蒸汽帶入汽輪機的，雖然汽輪機系統有除氧相關設備，但是依然有少量空氣混在蒸汽中進入凝汽器；二是在汽輪機真空狀態下，低壓回熱系統、汽輪機低壓缸排汽、凝汽器設備等不嚴密處漏入。空氣的大量漏入，會導致機組真空突降，嚴重時導致跳閘；空氣少量漏入，會導致凝汽器換熱系數顯著降低，從而降低機組運行的經濟性。因此，凝汽器檢漏是多數發電廠重要的日常工作之一，除了要使用專業的檢漏工具外，還需要系統的分析與豐富的經驗。

1 凝汽器真空檢漏設備

在眾多的凝汽器真空系統檢漏設備中，使用最多的是超聲波檢漏儀（見圖1）和氦氣質譜儀（見圖2）。

1.1 超聲波檢漏儀

超聲波檢漏儀依據物體互相碰撞就會產生超聲波干擾這一特點設計，內部首先過濾環境噪聲干擾信號，然后檢測一定超聲波頻率范圍內的泄漏噪聲，從而定位位置。實際使用過程中，超聲波檢漏儀響應范圍為40±1.5 kHz更為合適。

超聲波檢漏儀的優點：能準確地判斷泄漏點的具體位置；體積小、重量輕、耗電少、一次性投入成本低。但易受外界因素影響，抗干擾能力較差。

1.2 氦氣質譜儀

氦氣質譜儀主要由吸入系統、離子源、磁分離器和離子收集極等部件組成。將氦氣質譜儀吸入管道安裝到運行真空泵排氣口，檢漏人員將氦氣噴射到預判漏點位置，如果存在漏點，則氦氣被吸入凝汽器，最終氦氣由真空泵排氣口排出，吸入系統將排出的氦氣送到氦氣質譜儀，內部處理后數據將在氦氣質譜儀液晶顯示屏上顯示。

氦氣質譜儀的優點：氦氣屬于惰性氣體，化學性質穩定、分子式小、無毒、不易燃燒；氦氣價格低廉、易購買；檢漏儀精度較高，反應速度快。但現場攜帶較為不便；泄漏區域劃定不明顯。

圖1 超聲波檢漏儀

圖2 氦氣質譜儀

2 熱力系統數據分析

凝汽器真空相關設備龐大，如果盲目地檢漏，不僅效率低而且工作量大。當發現機組凝汽器真空惡化時，首先應根據現場情況進行熱力系統數據分析，確定真空惡化的根本原因，并根據相關系統、設備運行參數的變化，確定可能的泄漏點位置，然后在重點部位開展檢漏工作，才能達到事半功倍。一般對以下幾個系統進行數據分析。

2.1 軸封系統

高壓軸封用來防止高壓蒸汽外漏造成能量損失及環境污染，低壓軸封用來防止空氣漏入凝汽器致使真空降低。而目前某些發電廠為了防止汽輪機潤滑油進水，經常習慣性降低軸封壓力運行，這就會出現低壓軸封密封不夠，導致外部空氣進入凝汽器影響真空。對該系統應重點關注以下因素：主機低壓軸封壓力與汽泵汽輪機（簡稱小機）軸封壓力是否偏低、小機軸封回汽手動門開度情況、軸封加熱器液位及其U型管道水封注水情況。

2.2 真空系統

真空系統具有維持汽輪機正常運行所需的凝汽器真空的作用。對該系統應重點關注以下因素：真空泵電機電流是否異常、真空泵冷卻液溫度情況、真空泵汽水分離器液位情況。

2.3 低壓加熱系統

低壓加熱系統的作用是將汽輪機內部分蒸汽抽至加熱器內加熱凝結水，提高除氧器進水溫度，減少汽輪機排往凝汽器中的蒸汽量，從而降低熱量損失，提高熱力系統的循環效率。對該系統應重點關注低壓加熱器壓力及其液位情況。

2.4 小機蒸汽系統及其給水泵密封水系統

給水泵密封水起到對給水泵的密封、潤滑、冷卻的作用[2]。密封水回水根據運行選擇排地溝或凝汽器。對該系統應重點關注以下因素：小機排汽壓力、給水泵密封水供水壓力、水箱液位（U型管道水封）情況。

2.5 凝結水系統

凝結水系統的作用是收集汽輪機排汽凝結成的水和低壓加熱器疏水，由凝結水泵升壓后經各低壓加熱器加熱送往除氧器。此外，凝結水系統還作為其他系統的密封水、補充水和減溫水。對該系統應重點關注以下因素：熱井液位高度情況、凝結水泵密封水情況、凝結水過冷度。

2.6 循環水系統

循環水系統為汽輪機排汽提供冷源，起到冷卻排汽及供給機組冷卻系統冷卻水的作用，同時建立真空系統。對該系統應重點關注以下因素：循環水流量、循環水進出口壓力及其端差、凝汽器鈦管（銅管）臟污程度[3]、凝汽器水室液位是否正常、虹吸井運行情況。

3 預判凝汽器真空泄漏位置方法

在開展真空檢漏前，預判凝汽器真空泄漏位置，迅速劃定凝汽器泄漏范圍，可減少真空泄漏時間，盡快恢復機組的安全穩定運行。在使用儀器檢漏前，應重點關注以下因素，可初步判斷真空泄漏位置：

（1）凝汽器真空惡化前是否有重大操作或進行過事故處理。

（2）了解機組設備概況，對設備特殊設計部分倍加關注，可能存在同類型設計機組出現相同泄漏位置的情況。

（3）了解凝結水含氧量[4]，如果熱井水側漏入空氣將嚴重影響凝結水含氧量，致使凝結水水質惡化。

（4）通過隔離方式，分別對凝汽器進行真空嚴密性試驗，真空惡化速度快側為泄漏側，從而迅速劃定真空泄漏范圍。

（5）將小機排汽壓力與對應側凝汽器壓力進行綜合比較分析。正常狀態下小機排汽壓力基本等于對應側凝汽器壓力，若不相符則說明該側凝汽器有真空泄漏點。

（6）通過凝汽器兩側端差[5]，判斷疏水擴容器運行情況，如果存在泄漏，則端差異常增大。

4 典型案例分析

根據以上熱力系統數據分析與預判真空泄漏位置方法，現將數據分析與預判方法應用到查找凝汽器真空泄漏的2起實際案例。

4.1 案例1：凝汽器喉部裂紋泄漏

某350 MW超臨界燃煤機組，配置3臺真空泵和1臺射水抽氣器。超速試驗前，真空嚴密性試驗結果為0.1 kPa/min，正常運行狀態為運行1臺真空泵和1臺射水抽氣器。超速試驗后，真空嚴密性嚴重下降，需運行2臺真空泵和1臺射水抽氣器才能維持系統真空，且真空泵電流較大。主要參數為：機組負荷350 MW、凝汽器真空-93.47 kPa、排汽溫度39.7℃、軸封壓力31 kPa、真空泵電流分別為129 A與130 A。

在檢漏前現場了解情況得知：凝汽器真空由正常到突然惡化之間，本臺機組只進行了汽輪機超速試驗，并無其他重大操作。

根據預判凝汽器真空泄漏位置方法第1點，初步判斷為：此次凝汽器真空突然惡化的根本原因為汽輪機組超速試驗。在汽輪機超速試驗過程中，可能導致設備損壞點如下：

（1）汽輪機低壓缸防爆膜破損。

（2）汽輪機低壓軸封間隙磨損變形。

（3）凝汽器本體受損或與其相關系統管道出現沖擊性裂紋。

隨后，使用氦氣質譜儀對汽輪機低壓缸本體、汽輪機低壓軸封系統、凝汽器本體等重要檢查點依次進行排查，主要位置檢查結果見表1。

表1 350MW機組氦氣質譜儀檢測數據Pa·m3/s

氦氣質譜儀檢測數據顯示分析認為：

（1）低壓缸防爆膜，汽輪機中、低壓缸聯通管道未存在漏點。

（2）低壓缸軸封系統有泄漏，但檢漏數據顯示泄漏量較小。通過對機組軸封系統供汽壓力與軸封溢流情況參數檢查，并與真空惡化前后數據對比，未發現有明顯偏差，所以可排除低壓軸封磨損致真空惡化。

（3）凝汽器本體檢查，數據顯示在凝汽器喉部位置存在較大泄漏點。檢漏人員迅速就地檢查，發現位于凝汽器喉部存在30 cm長的裂紋，有明顯泄漏聲。可斷定此處正是導致凝汽器真空突然惡化的直接原因，同時說明預判泄漏位置的正確性。

緊急采用打膠的方法對泄漏位置臨時處理，凝汽器真空明顯好轉，真空嚴密性試驗結果理想，真空系統恢復正常運行狀態：1臺真空泵和1臺射水抽氣器運行。主要參數為：機組負荷350 MW、凝汽器真空-95.37 kPa、軸封壓力30 kPa、排汽溫度34.2℃，真空泵電流113.2 A。

4.2 案例2：汽缸結合面法蘭螺栓加熱孔處泄漏

某1 000 MW超臨界燃煤機組，配置3臺真空泵，A汽泵汽輪機排汽至高壓凝汽器、B汽泵汽輪機排汽至低壓凝汽器。凝汽器真空嚴密性試驗結果為A側0.4 kPa/min，B側0.6 kPa/min；運行時，機組負荷1 000 MW，軸封壓力30 kPa，凝汽器真空-95.0 kPa，真空泵電流分別為290 A與311 A。

首先在檢漏前現場了解設備運行方式過程中，注意到小機的特殊設計即上排汽布置方式，這個區域為凝汽器灌水查漏盲點。對相關熱力系統數據分析發現小機排汽壓力與凝汽器壓力存在偏差。

根據預判凝汽器真空泄漏位置方法第2與第5點，可初步判斷：本次凝汽器真空嚴密性不合格的根本原因為小機特殊設計致未灌水查漏，小機泄漏點未暴露。預判泄漏位置可能存在于：

（1）小機軸封間隙較大。

（2）小機防爆膜破損或人孔門螺栓未固定。

（3）小機汽缸結合面密封不嚴密或螺栓未禁錮。

（4）小機膨脹節連接處及其相關系統管道閥門損壞。

隨后，使用氦氣質譜儀對小機重點檢查，主要位置檢查結果見表2。

表2 1000 MW機組氦氣質譜儀檢測數據Pa·m3/s

對氦氣質譜儀檢測數據分析認為：

（1）A與B小機軸封系統存在泄漏，檢漏數據顯示漏量較小。

（2）A與B小機防爆膜、人孔門、膨脹節連接處及其相關系統管道閥門未有漏點。

（3）A與B小機汽缸結合面存在較大漏點。

就地檢查，發現2臺小機汽缸結合面處法蘭螺栓加熱孔有明顯泄漏現象。可斷定此處正是導致凝汽器真空嚴密性不合格的直接原因，同時驗證了預判泄漏位置的正確性。

采用注膠的方法對汽缸結合面法蘭螺栓加熱孔封堵后（見圖3），凝汽器真空提高，真空嚴密性試驗結果理想，真空系統具體參數為：機組負荷1 000 MW，凝汽器真空-95.4 kPa，軸封壓力29.8 kPa，真空泵電流分別為288 A與309 A。

圖3 法蘭螺栓加熱孔臨時處理

無獨有偶，另一臺同類型1 000 MW機組，2臺小機為上排汽布置方式，小機汽缸結合面也設計為法蘭螺栓加熱孔，并存有泄漏現象，按同樣的方法處理后，凝汽器真空恢復正常。

以上案例說明，將數據分析與預判方法結合應用，可有效縮短真空泄漏時間，提高工作效率。

5 結語

隨著國家對火力發電廠節能水平要求不斷提高，汽輪機真空系統嚴密性這一重要指標要求也越來越嚴格，這就需要各方人員協同工作，共同努力，以確保汽輪機盡快恢復安全、經濟運行狀態。凝汽器真空系統雖然受外界因素影響較多，泄漏位置也不盡相同，但還是有規律可循，根據現場設備運行情況，對泄漏位置可事先預判，并結合先進的檢漏儀器使用，一般性凝汽器真空泄漏問題均可迎刃而解。

[1]林興俠.汽輪機真空偏低原因及提高真空措施[J].汽輪機技術，1995，37（6）:358-361.

[2]洪立，石元.汽泵密封水系統對凝汽器真空的影響分析及對策[J].廣西電力，2010，33（2）:74-76.

[3]鄭李坤，顧昌，閆貴煥.運行參數變化對凝汽器真空影響的探討[J].汽輪機技術，2002，44（6）:362-364.

[4]王松嶺，李瓊.300 MW機組凝結水溶解氧超標的原因分析及試驗研究[J].汽輪機技術，2010，52（5）:377-378.

[5]孫為民，楊巧云.電廠汽輪機[M].北京：中國電力出版社，2010.

（本文編輯：陸瑩）

Leakage Detection Method for Vacuum System of Steam Turbine and Analysis on Typical Case

RAN Zhichao1，ZHANG Bao2，SHEN Quanyi2
（1.Hangzhou Yineng Electric Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces operating principle of typical leakage detection equipment for vacuum system of steam turbine as well as advantages and disadvantages.The paper also describes how detection personnel conduct thermodynamic system data analysis and introduces how to predetermine vacuum leakage location of condenser in accordance to practical situation on site.Through practical vacuum leakage detection case of condenser，it is further demonstrated that the method that combines thermodynamic system data analysis with predetermination of condenser vacuum leakage can be effective and feasible.

steam turbine；thermodynamic system；condenser；vacuum；leakage

TK268

：B

：1007-1881（2016）03-0034-04

2016-01-13

冉志超（1982），男，工程師，主要從事汽輪機熱力性能試驗研究工作。