680 MW超超臨界機組真空突降原因診斷

董霖，曾雅潔，沈陽，劉明星，張志勇，馬勇

(1.華電電力科學(xué)研究院有限公司，武漢 430000； 2.中國電建集團湖北工程有限公司工程建設(shè)公司調(diào)試分公司，武漢 430000；3.西安熱工研究院有限公司，西安 710032)

0 引言

汽輪機凝汽器的真空狀態(tài)直接影響機組運行的經(jīng)濟性和安全性。真空系統(tǒng)泄漏將增加冷源損失，降低循環(huán)效率。1臺600 MW的汽輪機真空下降1%，熱耗增加0.05%[1]。而且空氣進入凝汽器會使凝結(jié)水含氧量升高，形成腐蝕鍋爐和汽機設(shè)備的隱患。當(dāng)真空值超過保護定值時，還將會危及低壓末級葉片運行的安全[2]。

運行機組真空值突然快速下降后又穩(wěn)定在某一數(shù)值是很棘手的問題，操作人員需要在保證設(shè)備安全的前提下，快速查找問題原因并將其消除，使機組正常運行。面對相對龐大的真空系統(tǒng)，查找漏點非常困難，需要利用專業(yè)的檢漏儀器及豐富的查漏經(jīng)驗來排除故障[3]。

1 真空突降事件經(jīng)過

1.1 系統(tǒng)介紹

某電廠#4汽輪發(fā)電機組采用東方汽輪機廠引進日立技術(shù)制造的超超臨界壓力汽輪機，其型號為N680-25/600/600，形式為超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機。

機組配置有2臺容量為50%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)的汽動給水泵和1臺容量為30% BMCR的啟動及備用電動給水泵。其中，小汽輪機與主汽輪機共用1套軸封系統(tǒng)和凝汽器，A小機排汽進入B凝汽器(高背壓側(cè)，HP)，B小機排汽進入A凝汽器(低背壓側(cè)，LP)，如圖1所示。

圖1 小機排汽至凝汽器示意

1.2 事件發(fā)生經(jīng)過

#4機組在2016年11月完成小修后進行了凝汽器灌水查漏工作。再次啟動后出現(xiàn)真空下降，其真空值比運行中的#3機低0.6 kPa，而以往相同工況下#4機的真空值均高于#3機。#4機組A凝汽器的真空值逐漸低于B凝汽器的真空值。進行真空嚴密性試驗發(fā)現(xiàn)：A凝汽器真空下降速率為950 Pa/min；B凝汽器真空下降速率為242 Pa/min。據(jù)此試驗結(jié)果，運行人員開始排查真空泄漏點，同時進行真空泵切換、提高軸封母管壓力(由65 kPa升至71 kPa)等操作，真空值無明顯變化。

真空嚴密性試驗4天后，#4機組負荷630 MW，在運行人員無任何操作的情況下，其凝汽器真空值3 min內(nèi)由94.2 kPa下降至91.2 kPa。運行人員緊急啟動備用循環(huán)水泵和備用真空泵維持真空。為將凝汽器真空保持在設(shè)計規(guī)定的范圍內(nèi)，須進行真空系統(tǒng)檢漏。

2 真空檢漏方法

真空系統(tǒng)檢漏方法很多，如薄膜法、凝汽器灌水法、泡沫法、超聲波法、氦質(zhì)譜檢漏儀法等[4]。每種方法都有其鮮明的特點和局限性，而超聲波法和氦質(zhì)譜檢漏儀法是目前常用的在線真空檢漏法。

超聲波檢漏法能準確地判斷泄漏點的具體位置，且體積小、重量輕、耗電少、一次性投入成本低；但其易受外界因素影響，抗干擾能力較差[5]。氦質(zhì)譜檢漏儀法靈敏度高、反應(yīng)時間快、對環(huán)境無影響、移動方便[6]、最小可檢測率高，是比較優(yōu)秀的檢測方法。

本次真空系統(tǒng)檢漏試驗采用氦質(zhì)譜檢漏儀法，使用萊寶PhoeniXL300氦質(zhì)譜檢漏儀，設(shè)置量程基準為1×10-9Pa·m3/s。

3 真空系統(tǒng)查漏過程

3.1 檢查范圍

由于#4機組在小修后進行過凝汽器灌水查漏工作，而真空突降情況發(fā)生于運行13天后，當(dāng)時機組負荷率超過90%，因此首次檢漏工作范圍主要集中在灌水查漏區(qū)域之外的部位，如主機2個低壓缸前后軸封、汽缸中分面、2臺小機后軸封，以及附屬的法蘭、人孔等。接著在機組運行的狀態(tài)下，對凝汽器喉部、部分低壓加熱器、低壓旁路等6 m層真空系統(tǒng)進行檢查；最后對凝結(jié)水泵密封、疏水系統(tǒng)閥門、凝汽器底部放水管道等區(qū)域進行逐一排查。

3.2 檢查過程

3.2.1 第一次真空檢漏

2016年12月5日至6日，機組運行時軸封母管壓力為63 kPa，真空檢漏中主要漏點情況見表1。

表1 第1次真空檢漏情況 Pa·m3/s

由表1可知，2臺小機前、后軸封泄漏量較大，可能是由于小機軸封系統(tǒng)供汽不足或回汽過多造成的。B小機前軸封漏量略大于其后軸封，檢查其封管道系統(tǒng)，未發(fā)現(xiàn)明顯問題。

當(dāng)后期機組因其他原因短暫停機備用時，再次對凝汽器灌水進行查漏，水位灌至3 m，未發(fā)現(xiàn)漏點。隨后在機組啟動階段，B小機盤車狀態(tài)下，關(guān)小其軸封回汽手動門，凝汽器真空值由89.6 kPa升至93.1 kPa。此時B小機軸封供汽手動門開度已經(jīng)很大，可調(diào)整余量很小，說明供汽系統(tǒng)的泄漏可能性不大，檢查重點應(yīng)放在小機軸封回汽系統(tǒng)。

12月19日，機組帶負荷至600 MW，#4機A，B凝汽器的真空值分別是94.18 kPa與94.48 kPa，比相同工況的#3機的真空值低2～3 kPa。全關(guān)B小機軸封回汽手動門，#4機真空值無變化且B小機前軸封無冒汽現(xiàn)象；同樣調(diào)整A小機軸封系統(tǒng)手動門，A小機前軸封冒汽現(xiàn)象明顯。因為A小機軸封供汽支管位于小機軸封供汽母管下游，可排除軸封母管供汽系統(tǒng)異常。初步判斷B小機軸封回汽系統(tǒng)泄漏是本次問題的主要原因，其回汽手動門可能存在內(nèi)漏情況。

3.2.2 第二次真空檢漏

12月20日至21日，機組運行時，在B小機軸封回汽手動門幾乎全關(guān)的情況下，將軸封母管壓力升至71 kPa，再次進行真空檢漏，主要漏點情況見表2。

表2 第2次真空檢漏情況 Pa·m3/s

分析第二次的檢測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，關(guān)小B小機軸封回汽手動門后，2臺小機前、后軸封泄漏量較上次檢測的數(shù)值增大，尤其是B小機前軸封漏量明顯增加。

根據(jù)經(jīng)驗，氦質(zhì)譜檢漏儀的氦漏率測量值達到10-5量級[7-8]，則屬于較大的漏點。雖然確定B小機軸封回汽系統(tǒng)存在較大泄漏點，但是其前軸封漏量明顯大于后軸封的具體原因需要進一步檢查分析。

3.2.3 第三次真空檢漏

第二次真空檢漏2個月后，機組運行時針對B小機再次進行真空檢漏工作，檢測數(shù)據(jù)與12月20日的數(shù)據(jù)相差不大。

將B小機停運隔離，以檢驗其對真空系統(tǒng)的影響程度。關(guān)閉B小機排汽蝶閥及相關(guān)疏水后，凝汽器真空值上升約2.4 kPa。凝汽器真空值上升，進一步確定了B小機系統(tǒng)泄漏是真空值下降的主要原因。

停機后對B小機軸封系統(tǒng)閥門、濾網(wǎng)、流量孔板等管道附件進行檢查，均無明顯異常。進入B小機排汽裝置檢查，發(fā)現(xiàn)小機排汽口處的后軸封回汽管道(管徑為89 mm)彎頭背弧處破損，如圖2所示。而B小機排汽裝置內(nèi)軸封供汽管道彎頭處也因為應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生了大量裂紋，如圖3所示。因此基本確認機組此次真空突降的原因。

4 原因分析

圖2 B小機后軸封回汽管道破裂情況

圖3 B小機前軸封供汽管道裂紋情況

通過真空檢漏過程分析認為，在#4機組運行期間，由于B小機軸封管道因受應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生大量裂紋，隨著裂紋的增多、增大，機組真空值逐步下降。B小機軸封回汽管道發(fā)生破損導(dǎo)致機組真空值發(fā)生突降，當(dāng)泄漏量與真空泵出力達到平衡時，凝汽器真空值隨后又保持穩(wěn)定。

由于B小機軸封回汽管道破損嚴重，管道內(nèi)真空值接近A凝汽器真空值，小機軸封回汽腔室內(nèi)呈高真空狀態(tài)，B小機軸封進汽腔室內(nèi)的蒸汽被直接吸入其軸封回汽腔室。由于2臺小機軸封回汽支管匯集在1根回汽母管，B小機軸封系統(tǒng)泄漏也會影響到A小機軸封系統(tǒng)的正常工作。在關(guān)小A小機軸封回汽門后，其泄漏量減小，無需進行管道更換。

更換B小機軸封系統(tǒng)管道后，在#4機組啟動前，凝汽器真空值可達到95 kPa。機組帶負荷后，真空嚴密性試驗結(jié)果為：A凝汽器真空值下降速率為174 Pa/min，B凝汽器真空值下降速率為238 Pa/min。兩者均低于行業(yè)標準(270 Pa/min)[9]，試驗合格。對B小機前、后軸封位置進行復(fù)查，氦氣檢測量在10-8量級以下，且前軸封漏量小于后軸封，可認為不泄漏。

5 結(jié)束語

此次真空系統(tǒng)的泄漏點比較隱蔽，同時由于電廠生產(chǎn)任務(wù)重，停機消缺時間緊迫，要求檢漏工作人員能夠精準判斷泄漏點，進而開展針對性的消缺工作。面對這次的問題，檢漏人員進行長期跟蹤、多次驗證，最終確定泄漏位置進行治理，并取得了良好的效果。