大型直接空冷凝汽器真空气密性维持方法分析

学术论文侯欣妍 2018-11-09 10:53:43
    0 前言
    机组真空气密性对空冷设备而言十分重要,极易使空冷机组的真空严密性受到负面影响。检查结果表明,空冷岛一般并未存在严重泄露,但是主排汽管道、仪表、真空泵等装置处极易产生泄露问题。大量泄露事故导致空冷机组无法满足夏季负荷要求,尤其是冬季泄露问题还容易引发管束发生冻结问题。当下空冷机组的规模逐渐扩大,其真空体积不断增加,一旦发生汽轮机泄露、焊接问题极易引发真空度受负面影响,因此空冷密闭性不仅包括空冷凝汽器的影响,还需要考虑汽机连接位置的法兰检测。各大电厂已经针对上述问题进行了全面核查,如漏检、补漏等方法,还可采取轴端汽封法来控制泄露量。
    1 泄露原因及气密性检验分析
    1.1 泄露原因及案例分析
    以沙河电厂2×600MW空冷机组为了进行分析,该空冷器包括56个散热单元,主排汽管道直径为6m。实践表明,安装质量对机组性能具有最为直观的影响。机组进行整体性泄露试验分析中发现,1#机组泄漏点为732个,2#机组为56个,漏点主要位置发生在蒸汽分配管、主管道、管束位置处。
    现阶段,大型直接空冷散热器一般采用大直径排汽管道,具有接口数量多、焊缝长度大的特点,容易发生泄露问题。直冷中大部分是采用单排管进行生产加工,翅片通过钎焊法连接在钢铝复合管上,运输中的振动、颠簸极易引发翅片和管子连接位置发生脱落,即引起真空泄露状况。管束与蒸汽分配管连接方法为焊接,现场焊接一般作业量较大,同时大型空冷器为了保证通风量,多数为30m左右高空,焊接难度增加。再者,大型空冷器具有占地大、系统内部真空容积大的特点,全面密封的难度随之增加,很难保证完全没有泄露的要求。为此,必须加强气密性试验的分析,并及时进行相关措施的落实。
    1.2 系统气密性试验分析
    空冷系统安装后,必须对整体进行气密性试验分析。试验范围包括:主排汽管道、管束、蒸汽分配管及小管路等。需要引起重视的是气密性试验中需要将主排汽管道上的爆破膜、安全阀等拆卸(如果有),对相邻管路进行密封隔离处置。气压试验中,先对系统进行加压,达到0.8bar后,间隔15min进行压力示数的等级,并及时进行环境温度变化状况的登记。一般测试是恒温下进行,气密性试验的结果中,如果压力在6h~24h差值不超过104Pa/d,便可认定该机组的气密性良好。机组调试环节中,需要加强真空度的合理检测,从而判断出空冷机组内部气体是否会发生泄露。检测期间,汽轮机负荷需要维持在80%以上,背压高于10kPa,关闭真空泵30s内进行真空度的测试,记录总时长8min,截取后5min的真空度变化数值进行比对,低于50Pa/min便可认为气密性良好。当下较为常见的真空系统泄露手段包括超声波检测、氦泄露、肥皂水检测。
    第一,超声波检测。空冷机组运行中,如果发生空气泄漏问题,在泄漏点一般会出现涡流声波。声波频率一般在35Hz~45Hz,已经不在正常听力范围之内,借助拾音器对该频率波段进行检测,声波便可转换为声音信号或者其他可听到的音响。然后在周边区域进行泄漏点便可进行检测,但是该方法的局限性較强。
    第二,氦泄露检测。真空系统区域中,可进行氦喷涂处理,喷洒后15s之内进行检测,结合检测仪表指数进行判定,一般5ppm~20ppm属于可接受范围,几百ppm便可认为气密性破坏,1000ppm以上表明系统严重泄露,需要及时进行妥善处理。
    第三,肥皂水检测。该方法需要具有一定的操作、检测经验,一般来讲,真空系统的连接管道、设备等均有可能发生泄露。下述位置需要优先检测:排汽装置的膨胀节、法兰、仪表、喷头、疏水箱、凝结水箱及抽真空系统等。当下主排汽管道的泄露查找存在一定难度,主管道直径较大,最大高达7m,且垂直高度大,下方可能存在高压母线等电力设施,一旦发生泄露问题,后期维护查找难度极高。
    2 提高大型空冷器真空气密性的方法分析
    2.1 加强产品订货环节的管理
    电厂等机构进行空冷设备的采购中,不可仅从价格方面进行考虑,必须考虑制造厂商的生产、检验及运输能力,尽量保证空冷机组加工的高效合理性,加强管束、主管道等关键设备出厂前的合理监造。空冷机组质量高低对后期运行、维护及真空气密性具有最为直接的影响。
    2.2 合理选择真空泵
    考虑到大型直接空冷机组中,系统内部空气量与蒸汽流量息息相关,同时与各设备严密性、安装效果等具有一定关联。真空系统的严密性需要借助试验考察,一般以单位时间内真空度下降比例进行分析。大型直接空冷机组的接口在现场安装中,一般是焊接处理,阀门、水泵等设备借助水封实现气密性控制,可有效降低外界空气渗入等状况的发生。结合GB/T5578《固定火电汽轮机技术条件》内容,对于100MW以上的空冷设备,检验真空度中,其下降速度不可超过0.266kPa/min。国内已经成功运行多台大型空冷器,其检验中一般规定,试验压力为0.04MPa。考核标准是:24h内分部试验的压降不超过0.2kPa/h,且对整个系统而言,其系统压降控制范围为0.4kPa/h。
    为了满足相关要求,真空泵选择中,必须考虑下述几大指标:漏入空气量、机组真空容积、从当地大气压达到要求真空度所需的时间。后边两点要求是抽真空设备的固有属性,在外购环节中指定具体要求即可,但是机组漏入空气量较难分析,当下国内外学者尚未得到针对大型直冷设备漏入空气的模型分析或计算方法,多数是借鉴表面式凝汽器进行相关分析和计算。如HEI标准中,结合排气口数量、管壳数等进行查表计算,可得到抽干空气量、德国VGB—R125L中也提到了抽干空气量的计算方法,并提出了相关经验系数等要求。
    2.3 现场安装、焊接质量的优化
    空冷凝汽器在进行现场安装中,一般是采用焊接操作进行处理,施工单位必须严格执行安装手册进行现场处理,保证焊缝质量的合理性。对于主管道、分配管及管束下联箱等焊缝较多的部位,更需要加强焊接质量的考虑,尤其是管束下联箱处操作位置有限、难度极高,极易发生焊接质量缺陷问题。必须加强焊接工艺、焊接质量等方面的优化,保证焊口100%检验合格。对于与真空系统相连的设备,如阀门、法兰、管路设备等,必须加强安装环节的妥善控制,避免人员原因导致的泄露问题。如主管道0m管道安装中,需要结合现场条件、图纸要求等进行分析,避免滑到不畅引发膨胀节受力不均等问题,这是降低后期膨胀节变形的重点管理部分。
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