氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)在火電機(jī)組中的應(yīng)用

[摘 要]文章通過介紹應(yīng)用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)解決泄漏問題的幾個典型案例，闡述了氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)在不同火電機(jī)組查漏工作中的原理及方法。如何利用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)，探尋合適的查漏方法，解決火電機(jī)組的諸多泄漏問題，是電廠檢修人員研究的新方向。

[關(guān)鍵詞]氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)；火電機(jī)組；漏點(diǎn)檢測

[中圖分類號]TM75 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0026–03

Application of Helium Mass Spectrum Leak Detection Technology in Thermal Power Unit

CHEN Hao，ZHU Junnan，WEI Kai，LIU Liqiang

[Abstract]This paper introduces several typical cases of applying helium mass spectrum leak detection technology to solve the leakage problem， and expounds the principles and methods of helium mass spectrum leak detection technology in different thermal power units. How to use the helium mass spectrum leak detection technology to explore the appropriate leak detection method and solve the many leakage problems of thermal power units is a new direction of power plant maintenance personnel.

[Keywords]helium mass spectrometry leakage detection technology； thermal power unit； leakage point detection

氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)是一種利用氦氣作為檢漏氣體來檢測容器泄漏程度的檢測技術(shù)。氦質(zhì)譜檢漏儀先將采集到的氣體在質(zhì)譜室中電離，根據(jù)不同荷質(zhì)比的離子具有不同的電磁特性將示蹤氣體氦分離檢測，氦氣在質(zhì)譜室中電離，并產(chǎn)生與離子數(shù)成比例的電流信號，該信號經(jīng)放大和計(jì)算后以漏率的形式反饋給試驗(yàn)人員。泄漏量越大，檢測值越高。目前，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于火電機(jī)組真空系統(tǒng)的檢測，同時利用其測量精度高、反應(yīng)靈敏、適用環(huán)境廣的優(yōu)勢，還可應(yīng)用于火電機(jī)組其他諸多的泄漏檢測場景。

1 真空系統(tǒng)檢測

1.1 基本情況介紹

某電廠3號機(jī)組為660 MW超超臨界燃煤機(jī)組，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)西門子技術(shù)設(shè)計(jì)制造。其真空系統(tǒng)為雙背壓設(shè)計(jì)，配置4臺水環(huán)真空泵，凝汽器兩側(cè)各配置兩臺，系統(tǒng)運(yùn)行方式為兩用兩備。后技改每側(cè)加裝1套高效真空泵組，每套泵組由1臺羅茨泵和1臺水環(huán)泵（前級泵）組成串連方式運(yùn)行。自2022年6月機(jī)組調(diào)停復(fù)役后，其A側(cè)真空嚴(yán)密性一直處于不合格狀態(tài)，最嚴(yán)重時真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果高達(dá)800 Pa/min。為保證機(jī)組真空度，A側(cè)必須長期保持2臺真空泵運(yùn)行。

1.2 檢測方法

真空系統(tǒng)查漏是氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)在火電機(jī)組查漏工作中最常見的一種應(yīng)用。其基本方法為向疑似泄漏的部位噴灑適量氦氣，氦氣作為示蹤氣體在系統(tǒng)負(fù)壓的作用下從漏點(diǎn)吸入真空系統(tǒng)中，然后從真空泵氣水分離器的排氣管排出，最后被設(shè)置在排氣管出口處的氦質(zhì)譜檢漏儀吸槍吸入而被檢測出來，并依據(jù)測量數(shù)據(jù)判斷疑似部位的泄漏量。1.0×10-9 Pa·m3/s為基準(zhǔn)值，1.0×10-9～1.0×10-6 Pa·m3/s為輕微泄漏，1.0×10-6～1.0×10-5 Pa·m3/s為少量泄漏，1.0×10-5～1.0×10-4 Pa·m3/s為中等泄漏，1.0×10-4 Pa·m3/s以上為較大泄漏。

1.3 查漏過程

檢測人員使用氦質(zhì)譜檢漏儀對3號機(jī)組A側(cè)真空系統(tǒng)進(jìn)行全面檢測，依次對低壓缸本體、低加系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、加熱器疏水系統(tǒng)、擴(kuò)容器疏水系統(tǒng)及本體、低加各抽汽管道、真空抽氣系統(tǒng)、低壓旁路系統(tǒng)、機(jī)組補(bǔ)水系統(tǒng)、軸封加熱器疏水系統(tǒng)、排汽缸喉部等系統(tǒng)所有閥門、法蘭及管道等設(shè)備進(jìn)行了檢測，重點(diǎn)檢測涉及設(shè)備的結(jié)合面、密封面、管道焊縫等。經(jīng)過排查檢測，最終發(fā)現(xiàn)A小機(jī)中分面及螺栓、低壓缸軸封進(jìn)回汽管、3號機(jī)組蒸汽母管疏水調(diào)整門盤根等部位存在泄漏情況，結(jié)果見表1。

根據(jù)檢測結(jié)果，維護(hù)人員對漏點(diǎn)進(jìn)行堵漏消缺。借調(diào)停檢修機(jī)會，對小機(jī)中分面螺栓重新進(jìn)行緊固，低壓缸軸封進(jìn)汽套管口焊接鋼板，對3號機(jī)主蒸汽母管疏水調(diào)整門解體更換自密封座。處理結(jié)束后使用氦質(zhì)譜檢漏儀對漏點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，結(jié)果均在1.0×10-6 Pa·m3/s以下，可看作漏點(diǎn)已消除。

2022年11月，對3號機(jī)組重新進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，結(jié)果A側(cè)的真空下降速率降到了80 Pa/min，機(jī)組真空嚴(yán)密性合格。

2 凝汽器鈦管檢測

2.1 基本情況介紹

某電廠3號機(jī)組凝汽器采用海水直冷的開式循環(huán)冷卻，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。2023年5月，其凝結(jié)水水質(zhì)發(fā)生惡化，凝泵出口凝結(jié)水鈉離子濃度屢次超過200 μg/L，遠(yuǎn)超出5 μg/L的機(jī)組安全運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn)。后經(jīng)過降負(fù)荷凝汽器單側(cè)運(yùn)行的檢測方法，初步判斷泄漏發(fā)生在凝汽器內(nèi)側(cè)，同時使用傳統(tǒng)的薄膜法進(jìn)一步進(jìn)行查漏，但由于漏點(diǎn)較小、鈦管內(nèi)淤泥堆積等因素，多次查漏未能查找出漏點(diǎn)。利用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)高靈敏、高精準(zhǔn)的特性可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測方法的不足。

2.2 查漏方法

利用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)進(jìn)行鈦管檢測的方法與真空系統(tǒng)查漏方法類似。因凝汽器汽側(cè)為真空系統(tǒng)，當(dāng)循環(huán)水停運(yùn)的情況下，如果鈦管有泄漏，噴灑的氦氣就會通過泄漏點(diǎn)被吸入到凝汽器真空系統(tǒng)內(nèi)，利用氦質(zhì)譜檢漏儀在真空泵氣水分離器排氣口檢測，依此來判斷是否有泄漏。

但由于水室內(nèi)鈦管數(shù)量龐大，如逐個管束噴入氦氣檢查將費(fèi)時費(fèi)力。同時由于除人孔門與外界相通外，凝汽器水室基本處于封閉狀態(tài)，氦氣難以排出，殘存的氦氣會對之后的檢測結(jié)果產(chǎn)生干擾。所以完全按照真空查漏的方法很難準(zhǔn)確判斷泄漏鈦管的具體位置。

為克服以上弊端，需對原有的檢測方法進(jìn)行改良，通過對管束表面進(jìn)行區(qū)域分割，先進(jìn)行區(qū)域定位，在進(jìn)行精準(zhǔn)查找，可有效提高檢測效率。先在鈦管兩側(cè)覆蓋上保鮮膜，并將鈦管分成若干個檢測工作面，依此揭開保鮮膜噴灑氦氣。同時，為避免殘存的氦氣會對之后的檢測結(jié)果產(chǎn)生干擾，將噴灑氦氣一刻起至氦質(zhì)譜檢漏儀檢測到氦氣所需的時間定義為響應(yīng)時間。經(jīng)過多次實(shí)踐驗(yàn)證，響應(yīng)時間在10 s以內(nèi)說明該檢測工作面內(nèi)有泄漏點(diǎn)。查出的泄漏工作面可繼續(xù)細(xì)分直至確定漏點(diǎn)。

另外，為防止殘留氦氣對檢測結(jié)果干擾，可在人孔門外設(shè)置排風(fēng)機(jī)，檢測時按從上到下的順序依次進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)漏管時及時堵管。

2.3 查漏過程

檢測人員先分別向A凝汽器內(nèi)側(cè)水室和B凝汽器內(nèi)側(cè)水室內(nèi)鈦管噴灑氦氣，檢測結(jié)果為A內(nèi)側(cè)1.0×10-9 Pa·m3/s，B內(nèi)側(cè)1.6×10-6 Pa·m3/s。根據(jù)檢測結(jié)果，判斷泄漏鈦管處于B凝汽器內(nèi)側(cè)水室內(nèi)。

按照上述方法進(jìn)行排查，檢測發(fā)現(xiàn)水室上部遠(yuǎn)離人孔門區(qū)域響應(yīng)時間為8 s。繼續(xù)排查，共發(fā)現(xiàn)5根鈦管泄漏。堵管完成后對整個水室進(jìn)行復(fù)查，氦質(zhì)譜檢漏儀數(shù)值保持在1.0×10-9 Pa·m3/s。凝汽器恢復(fù)運(yùn)行后，凝結(jié)水水質(zhì)恢復(fù)正常，凝泵出口鈉離子濃度下降到1 μg/L以下，達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)。

3 發(fā)電機(jī)定冷水箱檢測

3.1 基本情況介紹

某電廠4號機(jī)組發(fā)電機(jī)定冷水箱充氮運(yùn)行，氮壓根據(jù)負(fù)荷變化在10～25 kPa。但2022年12月C修結(jié)束后，定冷水箱氮壓無法維持，每隔8 h需重新進(jìn)行充氮，判斷系統(tǒng)內(nèi)存在漏點(diǎn)，同時使用傳統(tǒng)的肥皂水查漏，由于漏點(diǎn)泄漏量小、檢測部位多，多次查漏未能查找出漏點(diǎn)。利用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)高靈敏的特性可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測方法的不足。

3.2 查漏方法

由于氦氣屬于惰性氣體，因此定冷水箱正壓運(yùn)行時，可向定冷水箱內(nèi)充入氦氣，利用氦質(zhì)譜檢測儀檢測泄漏出的氦氣。

由于泄漏點(diǎn)一直處于泄漏狀態(tài)，氦質(zhì)譜檢漏儀通過檢測環(huán)境中的氦氣來判斷漏點(diǎn)的位置。測量數(shù)值的大小與漏點(diǎn)的距離成反比，即越接近漏點(diǎn)測量數(shù)值越大。相比傳統(tǒng)的涂抹肥皂水的方法，使用氦質(zhì)譜檢漏儀查漏反應(yīng)更加迅速，結(jié)果更加直觀準(zhǔn)確且不易遺漏。

3.3 查漏過程

檢測人員向定冷水箱內(nèi)充入氦氣至25 kPa，然后手持氦質(zhì)譜檢漏儀探頭檢查充氮管道上各接頭、隔離門、減壓閥，以及定冷水箱人孔門、排氫管道各法蘭、閥門。最終，發(fā)現(xiàn)定冷水箱充氮隔離門前接頭焊縫存在泄漏。在對焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊后，復(fù)查無泄漏。同時定冷水箱內(nèi)氮壓在24 h內(nèi)始終保持在10 kPa以上。

4 發(fā)電機(jī)氣密性檢測

4.1 基本情況介紹

某電廠5號機(jī)組檢修后，發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)漏氫量達(dá)30 m3/h，嚴(yán)重偏離15 m3/h合格標(biāo)準(zhǔn)。氣密性試驗(yàn)不合格。判斷系統(tǒng)內(nèi)存在漏點(diǎn)，同時使用傳統(tǒng)的肥皂水查漏，由于發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)涉及設(shè)備較多且位置隱蔽，多次查漏未能查找出漏點(diǎn)。利用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)靈活性的特性可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測方法的不足。

4.2 檢測方法

由于氦氣作為惰性氣體，可在發(fā)電機(jī)氣密試驗(yàn)中，作為示蹤氣體隨同壓縮空氣一道充入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，利用氦質(zhì)譜檢測儀檢測泄漏出的氦氣。

與發(fā)電機(jī)定冷水箱檢測方法相似，可通過移動氦質(zhì)譜檢漏儀探頭進(jìn)行檢測。另外，與傳統(tǒng)的檢測方式不同，使用氦質(zhì)譜檢漏儀探頭，無需拆除發(fā)電機(jī)端蓋，可直接深入至發(fā)電機(jī)密封瓦空側(cè)，直接判斷密封瓦間隙是否超標(biāo)，是否存在泄漏情況，從而避免盲目的拆卸發(fā)電機(jī)端蓋造成的工期延誤以及檢修資源的浪費(fèi)。

4.3 檢測過程

檢修人員在發(fā)電機(jī)充壓至0.4 MPa后，繼續(xù)向發(fā)電機(jī)內(nèi)部充入兩瓶氦氣（8 L，10 MPa）。隨后，對發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)涉及的各設(shè)備結(jié)合處以及汽、勵端密封瓦處進(jìn)行檢測。最終在于9號軸承腔室（發(fā)電機(jī)汽端）內(nèi)檢測到氦氣數(shù)值為，1.1×10-6 Pa·m3/s，確認(rèn)發(fā)電機(jī)汽端密封瓦徑向間隙超標(biāo)，存在泄漏。

解體該密封瓦后，發(fā)現(xiàn)密封瓦磨損嚴(yán)重，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸上有明顯劃痕，劃痕寬約40 mm，最深處達(dá)0.3 mm，徑向間隙嚴(yán)重超標(biāo)，與檢測判斷結(jié)果一致。對密封瓦修復(fù)以及轉(zhuǎn)子軸徑熔覆后，復(fù)查該密封瓦無泄漏，發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)漏氫量下降至15 m3/h，氣密性試驗(yàn)合格。

5 結(jié)束語

目前，氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)一般廣泛應(yīng)用于真空系統(tǒng)查漏。文章的幾個案例表明，氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)憑借其測量精度高、反應(yīng)靈敏、檢測靈活的優(yōu)勢，在火電機(jī)組其他系統(tǒng)的檢測工作中同樣有很好的應(yīng)用前景。利用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)，探尋合適的檢測方法，解決火電機(jī)組諸多類似的問題，可為電廠檢修人員提供新的研究思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉善民，陶麗李，紅梅，等.氦吸附對真空箱氦檢精度的影響及優(yōu)化研究[J].自動化應(yīng)用，2023（19）：122-123.

[2] 郗運(yùn)富.氦質(zhì)譜吸槍積累檢漏法在壓力容器中的應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2021（11）：96-97.

[3] 于佳濱.氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)在電廠凝汽器真空治理上的應(yīng)用[J].自動化應(yīng)用，2019（3）：69-71.