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汽輪機真空嚴密性較差的原因分析和解決

發布時間:2010.05.14    新聞來源:江蘇新大高空公司    瀏覽次數:

汽輪機真空嚴密性較差的原因分析和解決

摘 要:合肥發電廠#3汽輪機組真空嚴密性試驗一直不合格,甚至有時做不了。本文論述了對此問題的原因分析和解決方法,它對于其它同類型機組同類問題的解決具有一定的借鑒意義。
關鍵詞:汽輪機 真空嚴密性 原因分析 處理

  合肥發電廠#3汽輪發電機組為上海汽輪機廠生產的型號為N125-135/535/535,型式為超高壓、中間再熱、雙缸雙排汽、冷凝式汽輪機。在近十年的運行中做真空嚴密性試驗時,多數情況下是嚴重的不合格,更有甚者在剛進行試驗不到一分鐘,由于真空下降過快,而不得在立即停止真空嚴密性試驗,恢復運行工況。在1996年的大修后,我們曾邀請中試所用氮質譜儀來查找真空系統的漏點,但也只是查出一些小的漏點,并沒有解決真空系統的嚴重漏空氣問題。為此廠領導多次組織人員進行攻關,均因為條件的局限而沒有能夠徹底把問題解決。2006年#3機組又一次大修,廠領導指示,利用大修時機,一定要把問題解決。
  一、凝汽器真空的成因
  凝汽器中形成真空的成因是,由于汽輪機的排汽被冷卻成凝結水,其比容急劇縮小。如蒸汽在絕對壓力4KPa時,蒸汽的體積比水容積大3萬多倍。當排汽凝結成水后,體積就大為縮小,使凝汽器汽側形成高度真空,它是汽水系統完成循環的必要條件。正是因為凝汽器內部為極高的真空,所以所有與之相連接的設備都有可能因為不嚴而往凝汽器內部漏入空氣,加上汽輪機排汽中的不凝結氣體,如果不及時抽出,將會逐漸升高凝汽器內的壓力值,真空下降,導致蒸汽的排汽焓值上升,有效焓降降低,汽輪機蒸汽循環的效率下降。有資料顯示,真空每下降1KPa,機組的熱耗將增加70kj/kw,熱效率降低1.1%。射水抽氣器或水環真空泵的作用就是抽出凝汽器的不凝結氣體,以維持凝器的真空。
  二、真空嚴密性差的危害
  汽輪機真空嚴密性差的危害主要表現在以下三個方面,一是真空嚴密性差時,漏入真空系統的空氣較多,射水抽氣器或水環真空泵不能夠將漏入的空氣及時抽走,機組的排汽壓力和排汽溫度就會上升,這無疑要降低汽輪機組的效率,增加供電煤耗,并可能威脅汽輪機的安全運行,另一方面,由于空氣的存在,蒸汽與冷卻水的換熱系數降低,導致排汽與冷卻水出水溫差增大。二是當漏入真空系統的空氣雖然能夠被及時地抽出,但需增加射水抽氣器或真空泵的負荷,浪費廠用電及工業用水。三是由于漏入了空氣,導致凝汽器過冷度過大,系統熱經濟性降低,凝結水溶氧增加,可造成低壓設備氧腐蝕。
  對于汽輪機來說,真空的高低對汽輪機運行的經濟性有著直接的關系,真空高,排汽壓力低,有效焓降較大,被循環水帶走的熱量越少,機組的效率越高,當凝汽器內漏入空氣后,降低了真空,有效焓降減少,循環水帶走的熱量增多。通過凝汽器的真空嚴密性試驗結果,可以鑒定凝汽器的工作好壞,以便采取對策消除泄漏點。
  因真空系統的漏空氣量與負荷有關,負荷不同,處于真空狀態的設備、系統范圍不同,凝汽器內真空也不同,漏空氣量也不同,而且相同的空氣漏量,在負荷不同時真空下降的速度也不一樣。為此,法規規定,做真空嚴密性試驗時,負荷應在80%額定負荷(有的機組是在額定負荷)下進行。真空下降速度小于0.4kpa/min為合格,超過時應查找原因。另外,在試驗時,當真空低于87kpa,排汽溫度高于60℃時,應立即停止試驗,恢復原運行工況。
  四、通常用灌水法查找真空系統不嚴密的方法的優缺點
  真空系統包含大量的設備及系統,連接的動靜密封點多,在輕微漏空氣的情況下很難發現漏點,因為空氣往里吸,不夠直觀,傳統的運行中用火焰檢查法較繁瑣且效果不好,多數情況下使用的方法是在機組停機后對真空系統進行灌水找漏。這種方法比較直觀,漏點極易被發現,缺點是由于設備的原因,灌水高度最高只能到汽缸的最低軸封洼窩處,高于軸封洼窩的地方因為水上不去而不易發現,特別是與汽輪機汽缸相連接的管道系統。這也是我廠多年來一直沒有能夠徹底解決這臺機組真空嚴密性較差問題的原因。
  五、總結以住經驗,找準攻關方向
  針對以前曾在機組小修或停機時多次對汽輪機真空系統進行過灌水找漏,并且對查找出來的漏點也進行了相應的處理,但真空嚴密性差這個問題始終不能好轉的情況,我們決定從以前沒有進行過的地方或系統進行查找,即對汽輪機本體上部往灌不到水的地方進行查找。
  2006年3月機組大修,我們從汽輪機系統及設備的實際情況出發,認真研究可能出現的的各種情況,決定從以下可能造成嚴密性差,但平時不易檢查但又極易被忽視的幾個地方進行查找。
  首先是高中壓外缸的法螺加熱汽柜部分。經過拆除汽柜保溫,發現與汽缸連接處存在幾處比較長的裂紋。因汽柜的疏水管是接入凝汽器的,此處正常運行時為負壓,這無疑是對真空嚴密性有影響的。經分析,此處為變截面處,汽柜的薄板與汽缸焊接時如焊接工藝沒有處理好,易出現應力集中,特別是在機組啟停時,此處的應力集中更大,極易出現裂紋。
  其次高中壓外缸法蘭螺栓加熱裝置存在嚴重不嚴密的現象。我們在汽缸裝復后通過對高中壓外缸法蘭螺栓加熱的進汽管道進行鋸管,用壓力水對法蘭螺栓加熱系統進行檢查,發現問題相當多:問題1,汽缸螺栓螺帽下部平底墊片與汽缸法蘭螺栓密封面漏點較多(如下圖所示),經查全部44顆螺栓有12個存在不嚴密的現象,有4處漏相當大;問題2,汽缸法蘭螺栓罩帽中間加熱棒插孔密封螺栓墊片密封不嚴密,此處漏點多達6個;問題3,汽缸法蘭螺栓倒栽在下汽缸的絲扣底部部分工藝孔漏量較大,從這里漏入的空氣,沿疏水管進入凝汽器,也導致真空系統嚴密性不合格。
      
           圖1 汽缸法蘭螺栓罩帽底部水壓后漏點
  在大修中,我們還重點對低壓后汽封環進行檢查,發現低壓后軸封的間隙均較標準要大,基本是在1.2-1.6mm之間。如此大的汽封間隙,從軸封處漏入軸封加熱器的空氣量必定增加,射水抽汽器的負荷要增加,對凝汽器的抽空氣能力必定受到影響,間接地影響到凝汽器的真空嚴密性。
此外,我們還對拆除后的汽輪機中低聯通管進行倒置灌水找漏,對安裝后的聯通管法蘭及連接螺栓進行薄膜及火焰找漏,對低壓防爆門進行找漏均沒有發現問題。
  六、問題的處理及效果檢查
  針對查找出來的問題,我們認真研究處理方案。對汽柜的裂紋處理,嚴格按照在汽缸上焊接的工藝進行焊接并進行熱處理。對泄漏的螺栓墊片進行重新研磨處理或更換墊片,并重新進行水壓試驗,直到消除全部泄漏點。對于外汽缸螺栓下部的工藝孔,考慮到或許有其它方面的作用,我們對此工藝孔沒有完全封死,保留極小的部分。對低壓軸封,嚴格按照質量標準的要求,配準汽封間隙,并盡量向標準的下限靠。
  通過對此次查找的漏點進行針對性的處理,我們對大修后的機組再進行真空嚴密性試驗,數據已經從不合格甚至不能做,到大修后第一次383Pa/min,已經達到合格范圍之內。此后在機組運行的幾個月內,真空嚴密性試驗值一直在合格范圍之內。
          
            圖2 真空系統檢修前后嚴密性試驗對比圖
  七 結束語
  對此類問題,有的廠家曾經采取將低壓后軸封更換為蜂窩汽封的方法,想以此來減少漏入真空系統的空氣量和漏入軸承內的蒸汽量,但效果不是很理想,此文可能對具有相同類型機組的相同問題有一定的借鑒意義。
  
參考文獻:
[1] 合肥發電廠N125運行規程
[2] 鄭體寬 熱力發電廠 水利電力出版社 1986

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