660 MW機組真空嚴密性不合格原因分析及處理

陳 鑫，許 健，張耀華，丁 超，曹 揚

(江蘇方天電力技術有限公司，南京 211102)

真空系統運行的好壞直接影響汽輪機運行的經濟性。真空值降低時，若要維持發電機出力，就需要增大機組的蒸汽流量，耗費更多的能源，并且會導致低壓排汽缸溫度上升，使得循環熱效率降低[1]。資料顯示[1]，真空度變化1%將使供電煤耗增加1.0 g/(kW·h)，因此，維持真空系統的正常運行對運行中的發電機組意義重大。一般我們用真空嚴密性試驗來檢驗機組的真空泄漏量的大小。

因為真空系統中微小的空氣泄漏或者不凝結氣體的進入，機組系統真空有下降趨勢。機組配備的真空泵可以將微小泄漏的空氣或不凝結氣體抽出，從而維持機組真空。然而如果泄漏量增大，單純根據真空值的變化可能無法及時了解真空系統的泄漏情況，機組存在運行隱患，可能發生事故。所以此時需要隔離真空泵，通過真空嚴密性試驗來判斷系統泄漏量，如果試驗結果不合格(即泄漏量大)，則要立即對真空系統進行檢查，找出原因，及時處理。

本文以某660 MW機組真空嚴密性試驗不合格為例，通過查找其真空泄漏原因，提出一些處理方案，進行分析選擇后采取措施解決了真空嚴密性不合格的問題，旨在為以后同類型機組的調試運行提供一些參考。

1 機組簡介

某660 MW超超臨界二次再熱汽輪發電機組為超超臨界、二次中間再熱、單軸、五缸四排汽、凝汽式汽輪機。主機凝汽器共配置3臺50%容量水環式真空泵(凝汽器汽側真空泵)，用于抽吸凝汽器汽側的空氣及不可冷凝氣體[2]。啟動時三泵運行，正常運行時兩用一備。真空泵運行是為了抽吸凝汽器汽側的空氣和其他不凝結氣體，減少凝結水中氣體的含量，改善換熱條件，降低凝結水過冷度。

2 真空嚴密性試驗

2.1 汽輪機真空嚴密性試驗方法

進行汽輪機真空嚴密性試驗時，應維持機組在額定負荷的80%穩定運行，確認機組及各輔機系統運行正常，關閉真空泵進口抽氣閥，隨后停運真空泵。從停泵開始，每0.5 min記錄一次機組真空值，連續記錄8 min，取其中后5 min內真空下降值計算每分鐘的真空平均下降值[3]。真空嚴密性標準如下：

1)對于濕冷(包括間接空冷)機組，真空嚴密性合格標準為≤0.3 kPa/min；

2)對于直接空冷機組，真空嚴密性合格標準為≤0.2 kPa/min。

2.2 真空嚴密性試驗過程及結果

2018年12月22日，3號機組負荷穩定在530 MW，為額定負荷的80%，滿足真空嚴密性試驗要求。22:16:50關閉主機真空泵A、B進口氣動門，關閉高低壓凝汽器真空聯絡電動門，使真空泵A、B停止運行，開始進行真空嚴密性試驗。試驗數據如表1所示。

表1 真空嚴密性試驗數據記錄表

(續表1)

同時，試驗結果顯示：低壓凝汽器在最后5 min內壓力變化率為0.49 kPa/min，大于0.3 kPa/min，不滿足要求；高壓凝汽器5 min內壓力變化率為0.20 kPa/min，小于0.3 kPa/min，滿足要求；真空下降平均值為0.345 kPa/min，大于0.3 kPa/min。根據文獻[3]的規定，真空嚴密性試驗不合格。

3 原因分析及處理

3.1 門桿漏汽系統介紹及檢漏過程

汽輪機門桿漏汽管道連接至凝汽器低壓側系統立管上，結構示意如圖1所示。

圖1汽輪機門桿漏汽系統示意圖

汽輪機門桿漏汽系統的主要功能是防止蒸汽從主汽門、調閥門桿處泄漏，改善車間工作環境，同時回收工質，以減少熱量損失。

真空嚴密性試驗后，調試單位、運行人員、監理單位、施工單位等組織人員對真空系統進行系統性、全面性的檢漏、排查。首先主要對凝汽器本體及抽真空系統管道進行檢查，對管道上砂眼、法蘭處可能存在的泄漏進行一一排查，并未發現明顯漏點。然后對連接凝汽器本體及其立管的疏水管道等進行檢漏，發現汽輪機主汽門、調門門桿處漏空氣嚴重。

3.2 處理方案分析選擇

該3號機組汽輪機主汽門、調門門桿漏汽參數設計如表2所示。

表2 主汽門、調門門桿漏汽參數設計

該機組漏汽系統原設計布置方案為同種規格閥門門桿漏汽匯成一路，由母管接至凝汽器立管。通過真空查漏，發現多處門桿處存在漏真空現象，各方單位經過討論研究，提出以下幾種門桿漏汽的改造方案。

3.2.1 門桿漏汽回至除氧器

3號機組除氧器筒體材料為Q345R，設計溫度為350 ℃，最高工作溫度為484.5 ℃，設計壓力為1.72 MPa，運行最高壓力為1.55 MPa。而門桿漏汽最高運行溫度為610 ℃，最高運行壓力為1.0 MPa，門桿漏汽參數與除氧器設計溫度、壓力不匹配，此方案不適用。

3.2.2 門桿漏汽回至汽封加熱器

3號機組汽封加熱器材料為Q235，殼側設計溫度為350 ℃，設計壓力為1.5 MPa。而門桿漏汽最高運行溫度為610 ℃，與汽封加熱器設計溫度不匹配。汽封加熱器設計換熱面積為80 m2，設計吸收軸封回汽量為3.6 t/h，而門桿漏汽量共約5.4 t/h，遠超汽封換熱器及汽封加熱器風機的設計容量，無法接收門桿漏汽的蒸汽量,此方案不適用。

3.2.3 調門門桿漏汽回軸封溢流

此方案擬在調門門桿漏汽回軸封溢流門前，在主汽門門桿漏汽回流至凝汽器的基礎上，增加一路管線，將漏汽引至汽封加熱器風機進口，且在兩路管線上各增設一個隔離門。機組啟動時使漏汽回流至凝汽器，運行正常后將管線切為流向汽封加熱器風機進口，停機前再切回至凝汽器。

二次再熱機組調門門桿漏汽壓力比一次再熱機組高，增設回軸封溢流母管會對軸封母管造成壓力波動，影響機組安全，因此該方案不適用。正常運行時主汽門全開，此時主汽門門桿不漏汽，將蒸汽回至凝汽器的隔離門關閉，打開蒸汽回至汽封加熱器風機進口的隔離門，使主汽門門桿漏汽回至汽封加熱器風機的進口，可降低機組真空。但此方案也存在一定的風險，比如在機組非正常工況導致主汽門未全開的情況下，門桿漏汽的溫度會對汽封加熱器風機造成損壞。因此該方案不予采用。

3.2.4 門桿漏汽增加電(氣)動門

分別在超高壓主汽門、高壓主汽門及中壓主汽門漏汽至凝汽器母管上設置電(氣)動真空型截止閥，閥前設置壓力測點。當主汽門處于全開位置時，連鎖關閉截止閥；當主汽門處于全關或未全開時連鎖打開對應截止閥；在截止閥門前壓力大于0.2 MPa時連鎖打開對應的截止閥。

考慮機組實際運行時超高壓調門均未全開，此時由于調門門桿漏汽的存在，不會有閥桿處空氣漏入的情形。故對于正常運行時處于全開的高壓調門及中壓調門，僅需在門桿漏汽回流至凝汽器的母管上加設電(氣)動真空型截止閥,在閥門前設置壓力測點。當調門處于全開位置時，連鎖關閉對應的截止閥；當調門處于全關或未全開時連鎖打開對應截止閥；在截止閥門前壓力大于0.2 MPa時連鎖打開對應的截止閥。

此方案對現有設備不會造成影響，整個改造工程量小，僅需增加5只電動真空截止閥和5處壓力測點(1臺機組)。運行人員在分布式控制系統(Distributed Control System，DCS)上做邏輯，進行自動控制，確定采用此方案。改造后門桿漏汽示意圖如圖2所示。

圖2改造后汽輪機門桿漏汽示意圖

3.3 處理結果

在停機消缺期間，采用3.2.4所述方案對機組汽輪機門桿漏汽系統進行了改造。改造完成后，對3號機組重新進行了真空嚴密性試驗，其中：高壓凝汽器真空下降速率為0.2 kPa/min，小于0.3 kPa/min，滿足要求；低壓凝汽器真空下降速率為0.16 kPa/min，小于0.3 kPa/min，滿足要求；真空下降平均值為0.18 kPa/min，小于0.3 kPa/min，真空嚴密性試驗合格。該處理方案消除了真空泄漏隱患，提高了機組安全性、穩定性。

4 結 論

本文以某660 MW超超臨界二次再熱汽輪發電機組為例，針對汽輪機真空嚴密性試驗不合格的問題，對機組真空嚴密性不合格的原因進行了介紹與分析，并為此提出了一些解決措施。本文的分析為機組真空泄漏情況的處理提供了一些解決思路，對以后同類型機組的調試運行具有一定參考意義。