氦质谱检漏技术在火电厂的应用

氦质谱检漏技术在火电厂的应用

张志刚

（酒钢集团能源中心甘肃省735100）

摘要：机组真空严密性是火电厂汽轮机组重要经济指标。而机组真空严密性不合格是汽轮机组常见的问题。传统的凝汽器真空查漏方式具有较大的局限性，且耗时耗力，但效果有限。而氦质谱检漏技术是目前真空检漏最新的技术之一，能快速、有效对真空系统漏点进行查找，解决机组真空严密性不合格的问题，提高机组真空与汽轮机运行经济性。本文简要介绍了氦质谱检漏技术的工作原理及检测方法，并以甘肃某电厂125MW机组真空系统查漏为例，对氦质谱检漏技术在火电厂真空系统查漏上应用进行实例分析与介绍。

关键词：经济指标；真空系统；氦质谱检漏

引言

汽轮机组真空系统组成复杂、结构庞大，大小不一的漏孔在机组运行时会导致机组严密性不合格、真空下降，给汽轮发电机组的经济性和安全性都会带来不利影响。其一，真空下降导致机组汽耗上升，降低机组运行的经济性，同时机组出力降低。其二，真空下降导致排汽温度过高时可能引起凝汽器钢管松弛，破坏其严密性。其三，真空下降使排汽的容积流量减小，对末几级叶片工作不利，末级要产生脱流及旋流，同时还会在叶片的某一部位产生较大的激振力，有可能损坏叶片，造成事故。其四，真空下降严重时引起汽轮机低压缸胀差发生异常变化和低压缸变形，改变机组中心，造成机组振动剧烈，甚至可能引起故障停机。因而，对汽轮机真空进行检漏，解决机组真空严密性不合格的问题就显得尤为重要。

1真空检漏传统技术

火电厂真空系统传统查漏技术主要以凝汽器灌水为主，以焰烛、鸡毛法为辅，但这些方法都有很大的局限性。

（1）凝汽器灌水查漏

在机组停运后时，汽轮机缸温、蒸汽管道温度允许的情况下，向凝汽器汽侧灌水至喉部，然后查找凝汽器泄漏的地方。但凝汽器灌水查漏必须在停机时才能进行，并且受灌水高度限制，凝结器喉部以上可能漏入空气的部位无法检测。此法效果良好，但局限性大。

（2）焰烛、鸡毛法

在机组运行时，用蜡烛火焰靠近可能泄漏的负压部位，观察火焰是否被吸入判断是否存在漏气点，但此法对氢冷机组不适合。同理，也可用鸡毛等比较轻的物体来查漏，但这种原始的方法受周围空气扰动的影响比较大，因真空系统比较繁琐，查漏工作量极大，而且对于保温内的漏点无法检测。此法效率低、效果差。

2真空检漏最新技术

氦质谱检漏技术是目前真空检漏最新的技术之一。氦质谱检漏技术是指以无色、无味的惰性气体氦气为示踪介质、以氦质谱检漏仪为检测仪器，用于检漏的一种检测技术。

氦质谱检漏技术具有检漏灵敏度高（可以检漏到10－12Pa•m3/s数量级）、仪器响应快、操作简便、安全高效、用途广泛等诸多优点，在汽轮机组真空系统检漏方面应用极为广泛。

3氦质谱检漏技术介绍

（1）选用He的缘由

①无害，不会对人体和环境造成危害；

②质量轻，能穿透微小细缝；

③化学性质稳定，使用安全可靠；

④在空气中含量极低，便于检测。

（2）氦质谱检漏仪工作原理

氦质谱检漏仪是根据质谱学原理制成的磁偏转型的质谱分析计，用氦气作为示漏检测气体制成的气密性质谱检漏仪器。其结构主要由离子源、质量分析器、收集放大器等组成。离子源使气体电离，经过电压u，形成一束具有特定速度v的离子。质量分析器是一个均匀的磁场空间，磁场强度B，不同离子的质荷比m/q不同，在磁场中就会按照不同轨道半径R运动而进行分离，在设计时只让氦离子飞出分析器的缝隙，打在收集器上。收集放大器收集氦离子流并送入到电流放大器，通过测量离子流就可知被检查系统漏率。见式4-1，4-2，4-3所示。

（4-1）

（4-2）

由式4-1，4-2可以推出：

（4-3）

式中R-离子偏转半径

B-磁场强度

m-离子质量

q-离子电量

v-离子进入磁场速度

u-离子加速电压

由上式可以看出，在磁场强度B和电压U一定时，不同的离子对应着不同的偏转半径。而对于氦质谱仪来说，离子质荷比以及半径均是一定的，通过调节电压U使氦恰好通过缝隙，而其他离子则以不同的偏转半径被分开。如图4-1所示：

图4-1氦质谱仪原理图

（3）使用方法

氦质谱检漏技术依据所检测设备内部压力情况，主要可以采用正压、负压法对系统进行检测。见图4-2所示。

正压法：示漏气体He充入容器里面，容器处于正压，然后用仪器去检测，容器外围是否有气体He出来，如果容器外有气体He，则容器有漏。用这种方式能检测出漏点，并能大概判断泄漏的程度。

负压法：示漏气体He喷在容器外面，容器处于负压，用仪器去检测容器里面是否有气体He进入。如果容器内有气体He，则容器有漏。这种方式能检测出漏点，并能测知漏率。

图4-2氦质谱技术使用方法图

真空系统的氦质谱检漏通常采用负压采样法。机组真空系统漏点检测范围包括机组凝汽器及相连的负压系统，水冷系统、凝结水泵抽吸系统、抽真空系统、高、低压加热器系统、疏水系统、主机高、中低压缸等所有与真空相关的系统，以及真空系统中焊缝、管道接头、法兰和阀门结合处、轴封等一切可能存在负压的部位。

真空系统检漏时将探头置于被测机组射水箱水槽上方，检测前先用喷枪将氦气喷射在与真空系统有关的汽水阀门法兰、阀杆及焊缝附近，如果被测系统有漏点，氦气就会通过漏点被吸入真空系统，再通

过射水箱排出，有一部分被吸入到氦质谱检漏仪，由于氦分子质量与其他分子质量不一样，通过磁场产生的偏转磁力不一样，仪器上设计有一狭缝，刚好使氦分子通过而其他分子无法通过，这样即可知道通过的分子数泄漏量的相对大小，进而判断真空系统泄漏点以及泄漏大小，漏点查找方便、快速、准确。

4氦质谱检漏技术应用实例

甘肃某电厂新#2机组装机容量是125MW，汽轮机采用的是东方汽轮厂所生产的C125/114-13.24/0.245/535/535超高压两排汽凝汽式汽轮机。该机组真空系统采用射水抽汽器抽取凝汽器不凝结的气体维持真空。新#2机组在运行中真空系统严密性长期不合格，进行真空严密性试验1分钟机组真空降低1.49kPa。在机组检修期间采用凝汽器灌水查漏等处理方法，消除了部分漏点，但真正影响机组真空严密性不合格的漏点始终未能找到。新#2机组真空在同工况下对比新#1机组真空年平均偏低0.71kPa，严重制约新#2机组经济运行。在采用氦质谱检漏技术后，重点对机组凝汽器喉部以上部位进行检测，包括汽轮机高、低压端轴封、汽缸本体结合面、本体管道等进行检测，不到两小时就检测出A、B侧低压缸进汽下法兰处泄漏严重。由于该漏点处于低压缸上部，凝汽器灌水无法涉及，且管道漏点上装有保温棉、铁皮，导致常规查漏法无法发现该处漏点。在对漏点进行处理后，再次组织做真空严密性试验，机组真空下降速度达到了0.27KPa/min的合格标准。

根据125MW机组背压——热耗修正曲线，当机组真空每升高1Kpa，热耗比额定热耗降低0.714％（额定热耗为8231KJ/KWh）。机组发电煤耗将降低8231×0.714％×1000/29260＝2.008g/KWh。本文所述新#2机组真空系统利用氦质谱检漏技术查漏消缺，真空严密性合格后，机组真空与新#1机组真空基本持平，真空较去年同期提高了0.75kPa，发电煤耗降低1.5g/kwh，按单台125MW机组全年发电量约8亿kwh，标煤价格每吨350元，每年可以节约发电成本8×1.5×100×350=42万元，经济效益与安全效益均十分明显。

5结束语

氦质谱检漏技术作为真空查漏的最新技术，能准确、快速对真空系统进行查漏。随着科学技术的不断发展及进步，氦质谱检漏装置也在不断发展和完善，氦质谱检漏技术在火电企业以及其它行业的应用也越发广泛。不考虑机组真空系统堵漏后对汽轮机运行效率的提高，仅节约企业每年花在机组真空系统查漏上的人力、物力、财力，效益就非常可观。可以预想的到，氦质谱检漏技术在火电厂的推广应用前景还是很美好的。

参考文献：

［1］吕继奎，国产引进型300MW机组真空严密性试验研究[J]汽轮机技术，2003，45（4).

［2］高满生，氦质谱检漏仪查漏原理及其应用[J]湖北电力，2009，1.

［3］张皓纯，氦质谱检漏技术在火电厂中的应用[J]能源技术，2010，6.