CN1004029B - 运行中换热器的检漏 - Google Patents

Abstract

本方法适用于检测两种气态流体之间进行热交换的换热器，例如过热蒸汽用的换热器中产生的漏泄。这种换热器有一个低压回路和一个高压回路，在换热器的入口处将预先定量的示踪气体，通常为氦气，注入高压流体。在换热器的出口处测定低压流体中存在的示踪气体。如果低压气体为待过热蒸汽，在换热器的出口处取出少量过热蒸汽样品并进行冷凝。然后检验不可冷凝产物中存在的示踪气体。

Description

运行中换热器的检漏

本发明涉及在换热器运行时，用通常为氦气的示踪气体，检测与估算主要为气态的两种流体之间的换热器的汽体漏泄量。本发明的一个特别重要的应用是对热电站两个汽轮机身之间过热蒸汽用的换热器进行检漏。

已经知道检测换热器中的漏泄有很多方法。许多方法是通过可为氦气的示踪气体的稀释进行检测。这种做法有缺点，它需要精确知道所用的流速，而且流体循环会妨碍该法的使用。其它已知的方法在漏泄很小时不能确定漏泄量的大小。

本发明的目的在于为换热器的检漏提供一种方法和设备，它可以迅速检测出所出现的漏泄并观察它的发展，所采用的只是一些简单的适用于多种换热器的装置和部件。

为此，本发明提供了一种检测方法，它是在换热器入口处将一定量的氦气在短时间内注入高压流体中，注射进行完后，对流出换热器的低压流体中可能存在的氦气进行测定。

为确定漏泄量，通常在每次注射后将代表低压流体中氦含量的信号对时间积分。该操作可由一测量装置进行，最好用质谱测定法。为了对漏泄进行估算或定量表示，检测装置必须进行校正。这可通过进行与检测类型相同的注射来完成，但此时是在取样点上流的低压流体中进行的。

由于注射具有“脉冲”特性，因此可以省去用已知浓度预先混合的昂贵装置，也可避免构成示踪气体的可能累积与循环。

在将本发明应用于蒸汽过热换热器的检漏时，在换热器出口处将一小部分过热蒸汽冷凝，气体从冷凝水中分离出来，在不可冷凝的气体中寻找示踪气体的存在。

本发明还提供了一种检测和确定运行中换热器漏泄的设备，它包括暂时存储一定量示踪气体的装置，将这一定量的示踪气体迅速注入换热器高压流体入口的装置，在换热器出口处取出低压流体样品并对这部分流体进行处理以便从中分离出可能存在的示踪气体的装置，以及测定收集到的示踪气体量的装置。

测定装置最好包括一台质谱仪，与一固定流量取样系统或“呼吸器”相连，它在流体为蒸汽的情况下，待流体冷凝后吸取一部分不可冷凝的气体。

整个设备可由一可编程序调节器控制，这可以使测量按顺序进行，通过压力传感器和检测器装置传输的数据来确定有关的量。全部装置可装在一辆车上，以便从一台换热器转移到另一台换热器。在这种情况下，换热器只要具备用来连接属于检漏装置的软管的管接头就足够了。

通过对下面一个具体实施例的叙述，可以对本发明有更好的了解，本实施例是一个不受限制的例子。

图1为本发明的一种用来给构成蒸汽过热器的换热器检测可能的漏泄，并确定可能的漏泄量的设备的总图;

图2为把一定量的氦气注入换热器高压和低压回路的装置的总图。

将要叙述的本发明的实施例主要用于图1所示类型的换热器10的检漏，该换热器包括充有低压流体（待过热蒸汽）的壳体12。高压流体回路（过热用蒸汽）包括与低压流体接触的U形管束14。由饱和蒸汽构成的低压流体通过入口16进入壳体，再通过一个或多个出口流出。图中所示为两个出口18。

过热用蒸汽回路包括入口导管19，分配箱20，管束14和出口箱22。

管14中的压力，例如为55巴，要比壳体12中的压力大得多，因此可能会发生从过热用蒸汽向待过热蒸汽的漏泄。

本发明的检漏设备可以为包括暂时存储一定量氦气的装置，将这一定量的氦气迅速注入蒸汽过热入口的装置，待分析蒸汽的取样和处理装置以及测定诊断辅助装置。这些装置将逐个加以叙述。

暂时存储与注射装置24可以有图1所示的结构，这些装置可以使一定量的已知体积和压力的氦气，用通常为氮气的惰性气体，注入导管19。

注射必须迅速进行。在实践中，氦气“塞”和推动它的一定量的惰性媒介气体必须在不到10秒的时间内进入入口导管19，此时间通常为3到10秒。氦气的注射体积取决于所要求的检测极限。在实践中，通常氦气的注入量相当于在常温常压条件下10升的体积。

装置24可以构成一个组件，通过不锈钢管26与导管19连接。不锈钢管26具有足够大的内径，以便减少压力损失（通常为6至10毫米）。该管的两端装有截止阀28和30。它通常还包括一个止逆阀32，用来限制蒸汽向存储与注射装置回流。

上述存储与注射装置也可以用来提供校正。但这种做法有缺点。实际上，最好通过注入小于测定用量的氦气来提供校正（例如不是10标准升，而是0.5标准升）。此外，注射在较低的压力下进行。图1和图2所示为一种较好的做法，它提供了单独的校正装置34，由一个与注射装置类似的结构组成，与低压流体回路（待过热蒸汽）连接。在图1所示的情况下，有多个过热蒸汽出口，校正装置34通过管36与每个出口18连接，管36象管26一样，装有截止阀38和40，以及止逆阀42。

当设备必须为移动式的时候，所提供的管26与36不是直接与换热器连接，而是通过能够承受所要求的注射压力的软管与换热器连接。

图2所示的暂时存储和注射装置24包括一个校正体积，例如由一根简单的弯管44构成，弯管的两端装有气动或电动调节的快动阀。图2中的体积44装有下流阀28，进氦用上流阀50和进氮用上流阀52。止逆阀54可防止向注射装置回流。气源可由氮气和氦气钢瓶56、58构成，瓶上分别装有减压阀，将压力减至一定的数值，例如当过热蒸汽的压力为55巴时，将压力减至65巴。一般说来，减压阀输出的压力必须等于过热用蒸汽的压力值加上注射时产生的压力损失。校正体积44装有压力表60，提供代表其内部压力的信号。

氮气气源的压力最好选择在比氦气气源的压力略高一些，以免气体产生无控制的混合。最后，体积44装有排放阀62。

图2所示的校正装置34包括与存储和注射装置相对应的部件。因此，这些部件用相同的参照号码加上符号a表示。体积44a的数量级通常为体积44的十分之一，例如不是1升，而是100（厘米）³。在一切情况下均装有能够提供脉冲型注射的管子，这通常要求约30标准升/秒的流速。装置24和34可以共用氦气和氮气的气源，此时装有用来隔离装置24与34的截止阀61。

取样装置（图1）包括位于每个出口18上的取样口64，装有截止阀66。取样口64必须距壳体10和校正装置的注入点有足够的距离，以便取得均一性。在实践中，至少为管径十倍的距离就足够了。取样口通过相应的流速调节阀68与处理装置连接，在用于蒸汽过热器的情况下，处理装置包括冷却器70和气体分离器72。取样口64提供的流速要能够保证所要求的灵敏度。在实践中，0.5到1公斤/分的流速通常是令人满意的。这相当于大约0.5升/秒的蒸汽。

在用于过热器的情况下，流出冷却器70的产物包括水和不可冷凝的气体。这些产物全部加入气体分离器72。不可冷凝的气体从冷凝器中抽出，送往检测器74。更具体地讲，该检测器可为一台质谱仪，通过导管76和“呼吸器”78与气体分离器连接。“呼吸器”78由很硬的硬质材料芯构成，例如穿有小孔的合成红宝石。小孔的直径很小，例如大约为50微米。芯子的上流最好装有过滤器，以防小孔被灰尘堵塞。质谱仪调定在通常为氦气的示踪气体的谱线上。

操作顺序最好由包括一台微处理器的可编程序自动装置80控制，它根据从检测器和压力表接收的信号，确定氦气的浓度并从中推导出漏泄量。自动装置80可与记录器82相连。

检测的灵敏度可通过算出由积分确定的接收氦气量与校正时注入18的氦气量之比来确定。漏商则通过算出由积分确定的氦气量与注入高压回路的氦气量之比来确定。漏商与检测灵敏度之比给出通过漏泄逸出的气体百分比。

已经发现，可以检测出小至相当于引入高压回路气流的0.1%的漏泄。

自动微处理器装置可以根据测出浓度自动改变检测器74的口径，以便增加氦的动态测量区，其典型例子为从0.2ppm到约为1%。

该装置可以有很多变种。例如，校正注射可以在低压回路中的壳体12的上流进行，如图1虚线所示。

本发明的方法可以利用上述装置，以下述方式实施。

首先通过至少一个取样口64将取样和处理装置连接起来。导管要有足够的口径，以便使样品流提供的气体流速保证所要求的灵敏度（对本气体分离器为0.5至1公斤/分）。冷却器下流的温度必须低于环境温度以免在气体分离器72的上流出现额外的冷凝。连接注射管26和36。

连接完成之后，可通过将氦气注入数量级通常为12巴的低压回路进行校正。

注射操作一般包括三个阶段。在过热器的情况下，为避免阀38下流的管36中有水存在的危险，最好通过用压缩氮气顶水的办法给这些管排水。为此，将氮气压力调到额定值（蒸汽压力+压力损失，即例如16巴），这可以通过压力表60a检验。打开阀61和52a。然后可能要打开阀38，以便让氮气把水顶出去。如果管线中确实无水，在关闭阀50a时，压力表60a指示的压力与蒸汽压力相等。此时可通过关闭阀38隔离校正体积44a。

然后必须把氦气引入体积44a，可设想有两种方法：

-引入氦气，使12巴的初始压力变到接近氮气的压力，例如15巴。此时暂时存储在体积44a中的氦气量等于压差乘以体积;

-或通过阀62a给体积44a排气，然后用氦气给该体积升压，使压力由大气压力变到所要求的压力。

严格说来，注射是通过打开氮气气源阀52a，然后再打开注射阀38进行的，两个阀都是突然打开的。此时氮气把氦气从管36中顶出。乘以流速的注射必须为体积的三到五倍，以便完全清除氦气。

然后通过依次关闭阀52a和38隔离校正体积44a。

在实践中，来自可能漏泄的全部氦云在不到一分钟内检测到。信号的恢复时间不到五分钟。总的校正时间，包括排水在内，不到十分钟。

最后，通过打开排放阀62a降压，结束校正。

严格来说，每次测定都对应一次把氦气注入高压回路的注射。除氦气压力较高，量较大，以便有足够的灵敏度外，操作方式与上述方式相同。例如，如果过热用蒸汽的压力为55巴，则氮气压力可为66巴，氦气压力可为65巴。

自动装置可以编程序，以便周期性地重复检测顺序，并在有氦气存在时增加测试率。该装置还可全部放在一辆车上并可做周期性调节，或在检测到漏泄时，可监视它的发展。

Claims (10)

1、一种给换热器检漏的方法，这种换热器用来进行两种在该换热器中循环的实质上为气态的流体之间的热交换，上述一种流体处于高压，另一种处于低压，该法的特性在于将预先定量的示踪气体储存在一个经过校正的容器中，之后重复步骤（a）在换热器运行时，将预先定量的示踪气体在上述高压流体进入换热器的进口处注入该高压流体;和（b）当上述注射完成之后，在流出换热器的低压流体中检测上述示踪气体的存在。

2、根据权利要求1的一种给换热器检漏的方法，这种换热器用来过热构成上述低压流体的蒸汽，该方法的特征在于：步骤（b）包括冷凝一小部分流出换热器的过热蒸汽流，将冷凝水脱气，检测脱气产生的不可冷凝气体中的示踪气体。

3、根据权利要求1的一种方法，其特征在于：在进行步骤（b）时，每次注射后均产生一个代表流出换热器的上述低压流体中的示踪气体含量的信号，并将该信号对时间积分。

4、根据权利要求1的一种方法，进一步的特征在于：它包括预先校正步骤（c）将另一份预先定量的上述示踪气体注入上述低压流体;和（d）检测流出换热器的低压流体中的上述示踪气体，在每次注射测定之后，由此确定近似的漏泄量。

5、根据权利要求1的一种方法，其特征在于：对上述预先定量的示踪气体在进行步骤（a）时，在不到10秒钟的时间内用压缩惰性传动气体将其压入上述换热器。

6、根据权利要求1的一种方法，其特征在于该示踪气体为氦气。

7、一种在换热器运行时检测与估算换热器漏泄量的设备，该换热器有互相做传热接触的一个高压气体回路和一个低压气体回路，该设备的特征在于，它包括：暂时存储预先定量的示踪气体于一经校正容器的装置;将该量示踪气体从所述容器迅速压入上述高压气体回路的入口的装置;在上述示踪气体进入上述高压气体回路后，在上述低压气体回路的出口处对低压气体取样的装置;分离样品中可能存在的示踪气体的装置;和测定分离出来的示踪气体量的装置。

8、根据权利要求7的一种设备，其特征在于：测定装置包括一台质谱仪，取样装置包括吸取上述预定小流速的低压流体的装置。

9、根据权利要求8的一种给换热器检漏的设备，所说的换热器用来过热构成上述低压气体的蒸汽，该设备的特征在于：上述吸取装置包括将蒸汽冷凝和吸取一部分在上述蒸汽中存在的不可冷凝的气体的装置。

10、根据权利要求7的一种设备，其特征在于，它还包括一个校正装置，该校正装置具有：暂时存储比为测定目的而压入的预定量低的第二次预先定量的上述示踪气体的装置;和在低压气体回路的入口处将上述第二次的预定量迅速压入上述换热器的低压气体的装置。

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