針對火電廠中真空系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)的泄漏問題，應(yīng)用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)泄漏點，為檢修提供依據(jù),保證機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運行，從而取得良好的節(jié)能效益。文中還指出了氦質(zhì)譜檢漏儀在運用中應(yīng)注意問題。

　　大型火電廠的系統(tǒng)龐大，管路錯綜復(fù)雜，從可見的汽水系統(tǒng)和油系統(tǒng)的泄漏到不可見的真空系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)泄漏,系統(tǒng)不嚴(yán)密現(xiàn)象時有發(fā)生。這些系統(tǒng)的泄漏小則降低機(jī)組的運行經(jīng)濟(jì)性，大則給機(jī)組的安全運行帶來隱患。系統(tǒng)檢漏的問題長期困擾著電廠的技術(shù)部門，尤其是對于不可見的真空系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)，目前所用的各種檢漏方法均存在各種的缺陷,達(dá)不到預(yù)期的效果。

　　西方電力工業(yè)部門運用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)對電廠的真空系統(tǒng)進(jìn)行檢漏,取得了良好的效果。實踐表明,與一般的檢漏技術(shù)相比,氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)快速、準(zhǔn)確、靈敏度高及無損傷性等優(yōu)點。浙江電試所于近幾年運用德國萊寶公司生產(chǎn)的UL2100/200PLUS 氦質(zhì)譜檢漏儀對浙江省的多臺大型火電機(jī)組進(jìn)行真空系統(tǒng)和氫冷系統(tǒng)的檢漏工作，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1、氦質(zhì)譜檢漏原理

　　氦質(zhì)譜檢漏儀先在質(zhì)譜室中將采集的被測氣體電離，再利用電磁場將不同荷質(zhì)比的離子加以分離檢測,從中檢測出事先安排的示蹤氦離子，主要由三大組件構(gòu)成:真空系統(tǒng)、質(zhì)譜室和電子學(xué)控制單元。檢漏儀內(nèi)部配有一臺旋片式真空泵,用以維持儀器內(nèi)部的高真空。質(zhì)譜室是檢漏儀的核心部分，它包括離子源、聚焦、質(zhì)量分析器和測量部分。質(zhì)譜室入口連接在渦輪分子泵的前級真空部分，分子泵對不同的氣體具有不同的壓縮比特性，氦氣的壓縮比很小，可以逆著分子泵的抽氣方向流動進(jìn)入質(zhì)譜室。在質(zhì)譜室中氦氣被電離，氦離子通過質(zhì)量分析器的篩選到達(dá)收集極，產(chǎn)生一個正比于離子數(shù)量的電流信號，該信號經(jīng)過放大和處理即為泄漏率。這些檢漏儀的工作原理在真空技術(shù)網(wǎng)(http://shengya888.com/)的之前的文章也有所介紹。氦質(zhì)譜檢漏儀的示蹤氣體也可以是其他元素，但通常選用氦氣，因為氦氣具有以下特性：

　　①氦氣在空氣中的含量極少，只占約二十萬分之一，這樣氦氣的本底值就小，有利于發(fā)現(xiàn)極微量的氦氣；

　　②氦分子小、質(zhì)量輕、易擴(kuò)散、易穿越漏孔，易于檢測也易于清除；

　　③氦離子荷質(zhì)比小，易于進(jìn)行質(zhì)譜分析；

　　④氦氣是惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會腐蝕和損傷任何設(shè)備；

　　⑤氦氣無毒，不凝結(jié)，極難容于水。

2、發(fā)電機(jī)組真空系統(tǒng)檢漏

　　真空系統(tǒng)大量漏入空氣，不僅會影響凝汽器銅管(或鈦管) 的熱交換能力，而且還會因為凝汽器內(nèi)空氣分壓力的提高，使蒸汽的分壓力降低,造成凝結(jié)水過冷，降低循環(huán)熱效率。例如300MW 的機(jī)組,額定負(fù)荷時真空與額定值相比每降低1kPa，機(jī)組熱耗率就上升0.7 %～0.8 %，煤耗增加2.5g/ kWh 左右；如果機(jī)組進(jìn)汽量不變，那么機(jī)組的出力也將降低0.7 %～0.8 %。同時空氣進(jìn)入凝汽器會使凝結(jié)水含氧不合格，導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片、汽水管道的腐蝕乃至損壞泄漏,威脅機(jī)組的運行安全。

　　真空系統(tǒng)的氦質(zhì)譜檢漏通常采用負(fù)壓采樣法。檢漏時將QT100 快速取樣裝置的探頭置于被測機(jī)組真空泵氣水分離器的排氣口或射水箱水槽上方,由于機(jī)組排出的氣體中水蒸氣含量較高,通常要在探頭前裝凝汽井加以保護(hù)。檢測前先用噴槍將氦氣噴射在與真空系統(tǒng)有關(guān)的汽水閥門法蘭、閥桿及焊縫附近,如果被測系統(tǒng)有漏點,氦氣就會通過漏點被吸入真空系統(tǒng),再通過真空泵排氣口或射水箱水槽排出,最后被QT100 的探頭采集并送至質(zhì)譜儀檢測。該方法操作簡便,不需要觸動電廠的任何設(shè)備,但是儀器的反應(yīng)時間和清除時間相對長一些。

　　嘉興電廠2 # 機(jī)系上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的引進(jìn)型300MW汽輪機(jī),1995 年底投產(chǎn),但運行中真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性不符合要求,嚴(yán)密性試驗的真空下降率為1.4kPa/min ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)不大于400Pa/min 的規(guī)定;機(jī)組在帶滿負(fù)荷時,排汽壓力達(dá)到6.2kPa (此時循環(huán)水溫度為18.9 ℃) ,高于額定值4.9kPa ,運行經(jīng)濟(jì)性受到影響。由于機(jī)組的真空系統(tǒng)龐大復(fù)雜,可能的泄漏處又較多,因此檢漏過程中將有關(guān)的管道和閥門分成多個子系統(tǒng)逐項檢查,結(jié)果共發(fā)現(xiàn)40 余處漏點,其中較大的漏點有28 處,根據(jù)查漏結(jié)果進(jìn)行重點檢修后,真空下降率降至250Pa/ min 左右,表明泄漏處基本被查明。

　　華能長興電廠4# 機(jī)組系上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的125MW機(jī)組, 1992 年投產(chǎn)。根據(jù)運行資料1994 年機(jī)組年平均真空為94.7kPa ,機(jī)組的真空嚴(yán)密性通常在1.33～1.67kPa/ min 間,運用氦質(zhì)譜檢漏儀對該機(jī)組的真空系統(tǒng)進(jìn)行檢查,共發(fā)現(xiàn)漏點11處。經(jīng)過封漏后,機(jī)組的真空下降率降至373Pa/min。溫州電廠1# 、2# 機(jī)組是上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的125MW汽輪機(jī),真空系統(tǒng)曾一度嚴(yán)重泄漏,甚至無法進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗,平時必需開啟兩臺射水泵才能穩(wěn)定運行,嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運行。為此該廠決定排一次臨修,若按照常規(guī)的壓水法檢漏,不僅效果差,而且周期長。使用氦質(zhì)譜檢漏儀對真空系統(tǒng)進(jìn)行檢漏,查出漏點40 余處,特別是檢出的幾處大漏點直接影響到機(jī)組的真空。電廠根據(jù)檢查結(jié)果,進(jìn)行臨修緊急處理,使機(jī)組的真空嚴(yán)密性大大提高,真空下降率僅在為550～260Pa/min 間,補漏后可以只用一臺射水泵運行,節(jié)約了廠用電。

3、發(fā)電機(jī)組氫冷系統(tǒng)檢漏

　　一般125MW以上的機(jī)組通常都采用氫氣冷卻,但氫氣易燃易爆炸,一旦氫冷系統(tǒng)發(fā)生泄漏,就會直接威脅機(jī)組安全,以往通常采用鹵素檢漏儀或便攜式氫氣檢漏儀來檢漏:前者測定時必須停機(jī),并且需要對氫氣系統(tǒng)進(jìn)行置換,工作量大;后者儀器靈敏度差,可靠性不高。

　　氦質(zhì)譜檢漏儀用于電廠氫冷系統(tǒng)時,示蹤元素不再是氦, 而是氫冷系統(tǒng)內(nèi)部的氫氣, UL2100/200PLUS 質(zhì)譜儀有可供示蹤元素選擇的設(shè)置,只要將質(zhì)譜室的加速電壓調(diào)整至“M2”檔,離子收集極就能收集M=2的氫離子,檢漏時直接將QT100 的探頭放在可疑點處,若存在泄漏氫氣泄出被探頭采集送至UL2100/200PLUS 進(jìn)行檢測。

　　嘉興電廠1# 機(jī)組發(fā)電機(jī)型號為QFN30022型,采用氫氣的冷卻方式。根據(jù)電力部基建驗收規(guī)程,機(jī)組在常壓下的氫氣泄漏量應(yīng)不大于10m3/d。在某次小修后發(fā)現(xiàn),發(fā)電機(jī)的漏氫量已嚴(yán)重超標(biāo),漏氫量高達(dá)60～70m3/d。檢漏前,將發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)劃分為發(fā)電機(jī)本體、氫氣供給系統(tǒng)和密封油系統(tǒng)等多個子系統(tǒng),逐個檢查,結(jié)果共查出20 余處泄漏點,其中大漏點有8 處。經(jīng)過緊急停機(jī)處理補漏,漏氫量下降至7.2m3/d ,小于規(guī)定的10m3/d 的標(biāo)準(zhǔn),保障了機(jī)組運行的安全。

4、使用氦質(zhì)譜檢漏儀需注意的幾個問題

　　(1) 檢漏方法的選擇:目前,電廠采用氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏通常采用負(fù)壓采樣法,即吸槍法,該方法操作簡便,但儀器的清除時間較長。根據(jù)被檢系統(tǒng)的不同也可以采用真空法檢漏,即將氦質(zhì)譜檢漏儀的測試口直接接至真空系統(tǒng)的抽氣管道上,通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)氣流以衰減檢漏儀與真空系統(tǒng)間的壓差,使檢漏儀正常工作,該方法檢漏效率稍高,但安裝較為復(fù)雜。

　　(2) 儀器靈敏度:靈敏度的高低直接影響檢漏的效果。檢漏儀經(jīng)過一段時間的使用后,靈敏度會有所下降,嚴(yán)重時對純氦無反應(yīng)。因此,平時應(yīng)該經(jīng)常保持儀器,特別是質(zhì)譜室的清潔,定期打開氣鎮(zhèn)閥運行一段時間,并給旋片真空泵換油,這樣可以減少儀器對氦的記憶效應(yīng)。另外還要定期用標(biāo)準(zhǔn)漏孔對儀器的靈敏度進(jìn)行校驗,使氦質(zhì)譜檢漏儀始終保持最佳的工作狀態(tài)。

　　(3) 響應(yīng)時間與清除時間:正常運行的儀器響應(yīng)時間與清除時間不應(yīng)大于3s。檢漏儀的響應(yīng)時間會影響檢漏工作的速度:檢漏時噴槍在漏孔處停留的時間應(yīng)為儀器響應(yīng)時間的3 倍,該時間再加上氦氣在真空系統(tǒng)中的傳遞時間,即為兩次噴氦的最小間隔時間,當(dāng)然真空系統(tǒng)越龐大,該間隔時間也越長。根據(jù)經(jīng)驗,兩次噴氦的最小間隔時間控制在30s ,如果第一次噴氦后30s 內(nèi)檢漏儀還沒有反應(yīng),則可進(jìn)行第二次噴氦。儀器的清除時間在理論上與響應(yīng)時間相同,但由于儀器零件對氦的吸附和脫附作用的影響,清除時間一般要更長些。另外,噴氦量的多少也影響清除時間的長短,噴氦時噴槍移動速率合理,可以縮短儀器的清除時間,提高檢漏效率。

5、結(jié)論

　　(1) 氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)用于火力發(fā)電廠的檢漏工作,具有操作方便、靈敏度高和無損傷性等優(yōu)點,特別是可以在正常運行中準(zhǔn)確快捷地對機(jī)組進(jìn)行檢漏,減少停機(jī)帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

　　(2) 氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)的運用能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。以溫州電廠1# 機(jī)為例,如果減少停機(jī)3d ,機(jī)組就可多發(fā)電約860 萬kWh ;檢漏補漏后機(jī)組減少一臺射水泵運行,年節(jié)約電量約40 萬kWh ,僅上述兩項就減少損失360 余萬元。另外,真空改善后降低了機(jī)組發(fā)電煤耗,增加了發(fā)電量,總的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

　　(3) 大型火電廠的系統(tǒng)龐大,檢漏前必須仔細(xì)分析與泄漏相關(guān)的各個子系統(tǒng)的特點,以便逐個盤查,這樣才能運用氦質(zhì)譜檢漏儀快速和準(zhǔn)確地檢漏。

　　(4) 檢漏工作僅僅是發(fā)現(xiàn)漏點,堵漏才是消除漏點的最終手段,堵漏必須徹底。不同類型的漏點需要不同的方式來堵漏,如何有效地消除各種漏點也是一個值得研究的問題。