CN204758234U - 火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统，包括若干组氦气喷枪、氦气袋、氦气收集枪和氦质谱主机；氦气喷枪连接氦气袋，氦气喷枪口部设置在火力发电机组真空系统的设备连接部件及焊缝处；每个氦气喷枪与氦气袋之间设置有开关阀，氦气收集枪口部设置在真空系统的真空泵排出口处，氦气收集枪与氦质谱仪连接。该检测系统简单、环保、快速准确检测发现汽轮机组真空系统设备泄漏的部位，对实际生产有很大的指导意义。

Description

火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统

【技术领域】

本实用新型涉及火力发电机组真空系统设备泄漏检测，具体涉及火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统。

【背景技术】

火力发电机组真空是发电机组重要的监视参数之一，机组真空变化对汽轮机安全、经济运行有较大影响，运行试验表明，发电机组真空每降低1KPa会使汽轮机汽耗增加1.5％～2.5％，发电机煤耗增加0.25％，使循环效率下降，同时汽轮机排汽温度的升高，会引起汽轮机轴承中心偏移，严重时会引起汽轮机的振动。此外，发电机组真空降低时在保证机组出力不变时，必须增加蒸汽流量，导致轴向推力增大，影响汽轮机安全运行。另一方面，真空系统空气漏入会使凝结水中会使凝结水溶氧不合格，腐蚀汽轮机、锅炉设备，影响机组的安全运行。所以对于火力发电机组运行，真空是一项非常重要的参数，真空值的高低，直接影响机组的经济性与安全性。机组运行过程中如果出现真空下降的问题，排除比较常见的故障外，真空系统的泄漏是造成真空下降的主要原因。

现有技术中火力发电机组真空系统易发生泄漏问题，真空系统设备受到交变热应力的影响，易产生开裂泄漏；凡是真空系统相连的设备部件在发电机组运行中易开裂，造成发电机组真空指标严重变差，影响了发电机组的经济运行，而且在长期生产实际中很难发现设备泄漏的部位，造成火力发电经济运行指标变差，发电能耗增加，严重困扰了火力发电企业的经营指标。然而发电机组长期采用蜡烛、灌水等原始检测泄漏方式，蜡烛查漏方法既不安全，投入人力大，耗费大量的时间；灌水查漏方法局限性很大，对于汽轮机缸本体以及高空设备很难查到，由于灌水高度的限制，低加系统等设备灌水时参与少,造成火力发电机组真空系统许多设备泄漏点很难发现；一般灌水至凝汽器汽侧人孔门处的高度(考虑安全问题没有达到低压缸汽封洼窝处),没能全面覆盖整个真空系统设备，再者灌水全凭人的感觉判断，误差大,微细的泄漏点是较难用人的感官判断出。由于灌水靠静压，水在微小焊缝泄漏处形成表面张力，不易被工作人员发现。同时这两种检测方法必须都在停机状态下进行，造成很大的资源浪费。

【实用新型内容】

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统，主要针对火力发电汽轮机组真空系统设备泄漏部位检测发现，该检测系统简单、环保、快速准确检测发现汽轮机组真空系统设备泄漏的部位。

本实用型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统，包括氦气喷枪、氦气收集枪和氦质谱主机；氦气喷枪连接氦气袋，氦气喷枪口部设置在火力发电机组真空系统的设备连接部件及焊缝处；每个氦气喷枪与氦气袋之间设置有开关阀，氦气收集枪口部设置在真空系统的真空泵排出口处，氦气收集枪与氦质谱仪连接。

所述的氦气喷枪为手持喷枪或固定喷枪。

所述的氦气喷枪口部与火力发电机组真空系统的设备连接部件及焊缝处靠近，并对其外表垂直喷洒氦气。

所述的火力发电机组真空系统的设备连接部件及焊缝包括：

汽轮机低压缸本体及其连接部件，包括发电机组前后轴封及其下部凹窝连接部件；汽轮机低压加热器汽测系统连接部件，包括其汽测疏水到扩容器或者汽轮机热井部分的连接设备；

火力发电机组凝结水系统连接部件，包括凝结泵本体及其泵前所有连接的管道设备、测量元件、泵体机械密封部分。

扩容器本体及疏水系统连接部件，包括高、低压扩容器、事故扩容器本体的连接管道及其测量元件；

高、中、低压轴封回汽系统所有连接管道、法兰、测量设备；

轴封加热器疏水系统连接设备，包括多级水封或者单级水封；

锅炉暖风器疏水系统连接设备；

凝汽器真空抽气系统连接部件，包括真空泵本体及其密封；

低压旁路系统所有设备连接部件及其减温水系统；

发电机组凝汽器补水系统连接管道及其测量部件；

汽动给水泵小汽轮机所有运行系统，包括小汽轮机本体及其疏水的连接管道、测量元件；

发电机组三级旁路系统所有连接管道及其减温水系统；

排汽缸喉部所有连接管道及其伸缩节连接部分设备；

空冷机组空冷岛系统所有阀门、法兰及管道焊缝、表计。

所述的手持或固定喷枪组成的泄漏检测系统还包括单片机；所述的开关阀为电磁阀，电磁阀及氦质谱仪均与单片机电连接，单片机上设置有报警指示。

所述的报警指示包括无泄漏指示值区间、小漏量指示值区间、中漏量指示值区间、大漏量指示值区间和特大漏量指示值区间，对应单片机上的显示值范围分别为：

0～1.0E-08pa.m³/s为无泄漏指示值区间；

1.0E-08pa.m³/s～5.0E-08pa.m³/s为小漏量指示值区间；

5.0E-08pa.m³/s～1.0E-07pa.m³/s为中漏量指示值区间；

1.0E-07pa.m³/s～7.0E-06pa.m³/s为大漏量指示值区间；

7.0E-06pa.m³/s-9.9E-03pa.m³/s以上为特大漏量指示值区间。

相对与现有技术，本实用新型具有以下优点：

本实用新型彻底改进了蜡烛、灌水等落后的检测方法，本方法只需三个工作人员即可，一般整个系统设备检测完只需要7天时间，而且在机组运行中检测发现泄漏设备，不影响机组的正常运行。本实用新型利用氦气和其它气体荷质比的离子具有不同电磁特性的特点将示踪气体氦分离、检测。该方法具有快速、准确、重复性好、灵敏度高、可动态检测等优点。并且在发电机组正常运行中进行，不影响机组的安全运行，经济性效益很可观。

进一步，氦气喷为手持喷枪或固定喷枪，保证了氦气的喷射效率，避免了氦气的大量浪费。

进一步，采用单片机进行远程控制，方便逐一进行真空系统各个设备泄漏检测，操作方便，并且设置泄漏报警指示值，便于直观指示结果。

进一步，不同的报警指示值对不同的设备泄漏程度进行报警指示，方便操作者直接观察泄漏结果。

【附图说明】

图1该实用新型检测系统示意图；

图2该实用新型远程控制检测系统框图；

图3应用实用新型的应用流程图；

图4泄漏设备检测判断流程图。

其中，1、汽轮机低压缸本体；2、汽轮机低压加热器汽测系统；3、火力发电机组凝结水系统；4、扩容器本体及疏水系统；5、高、中、低压轴封回汽系统；6、轴封加热器疏水系统；7、锅炉暖风器疏水系统；8、凝汽器真空抽气系统；9、低压旁路系统；10、发电机组凝汽器补水系统；11、汽动给水泵小汽轮机；12、发电机组三级旁路系统；13、排汽缸喉部；14、空冷机组空冷岛系统；15、真空泵；101、氦气收集枪；102、氦质谱主机；103、气喷枪；104、开关阀；100、控制器；200、火力发电机组真空系统；105、报警指示。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明，本实用新型不限于以下实施例。

如图1和图2所示，本实用新型一种火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统，包括氦气喷枪103、氦气袋、氦气收集枪101和氦质谱主机102。氦气喷枪103与氦气袋连接，氦气喷枪103口部可以灵活放置在火力发电机组真空系统200的所有连接设备部件及焊缝处；用氦气喷枪在火力发电机组真空系统对每一个设备包括部件外部喷洒氦气，氦气收集枪101口部设置在真空系统的真空泵15出口排气处，氦气收集枪101与氦质谱仪102连接；氦质谱仪102的显示器上显示测试数据。测试前将氦质谱检测仪零位设置在1.0E-12pa.m³/s。

图1是对这个实用新型的简单使用说明，实际涉及的火力发电真空系统设备如以上所提到的所有设备，所要测试的设备量相当庞大，对以上真空系统涉及到的每一个设备部件逐一采用该技术进行实施，然后记录每一个设备检测情况数据，最后要总结分析，根据氦质谱仪的数据显示：仪器显示量：1.0E-08至5.0E-08为小漏量；5.0E-08至1.0E-07为中漏量；1.0E-07至7.0E-06为大漏量；7.0E-06以上为特大漏量，把每个设备检测出的数据归类总结，得出设备问题的结论，对有问题的设备实施处理。

氦气喷枪头设置的系统设备包括如下：

1)汽轮机低压缸本体1及其连接部件，包括发电机组前后轴封及其下部凹窝连接部件。

2)汽轮机低压加热器汽测系统2所有连接部件，包括其汽测疏水到扩容器或者汽轮机热井部分的所有连接设备。

3)火力发电机组凝结水系统3所有连接部件，包括凝结泵本体及其泵前所有连接的管道设备、测量元件、泵体机械密封部分等。

4)扩容器本体及疏水系统4连接部件，包括高、低压扩容器、事故扩容器本体所有连接管道及其测量元件。

5)高、中、低压轴封回汽系统5所有连接管道、法兰、测量设备等。

6)轴封加热器疏水系统6所有连接设备，包括多级水封或者单级水封，由于水封桶设计存在缺陷，导致这部分密封设备在发电机组运行中不起作用，必须通过该实用性技术检测查找泄漏原因。

7)锅炉暖风器疏水系统7所有连接设备，锅炉暖风器疏水设计时疏水回到汽轮机扩容器，这部分系统在机组运行时处于负压状态，由于长期设备运行老化有可能产生空气漏入。

8)凝汽器真空抽气系统8连接部件，包括真空泵本体及其密封等设备。

9)低压旁路系统9所有设备连接部件及其减温水系统。

10)发电机组凝汽器补水系统10连接管道及其测量部件。

11)汽动给水泵小汽轮机11所有运行系统，包括小汽轮机本体及其疏水所有连接管道、测量元件等。

12)发电机组三级旁路系统12所有连接管道及其减温水系统。

13)排汽缸喉部13所有连接管道及其伸缩节连接部分设备。

14)空冷机组空冷岛系统14所有阀门、法兰及管道焊缝、表计等设备。

还包括与火力发电真空系统相连的其他系统设备等。

图2是本实用新型远程控制检测的示意图，其中单片机100连接氦气喷枪103与氦气袋之间设置有电磁阀104，及连接氦质谱仪102，单片机100上设置报警指示灯105。氦气喷枪103固定在火力发电机组真空系统的设备连接部件及其焊缝处，通过单片机100进行远程控制，逐一进行喷洒氦气检测，检测结果通过吸枪头101进行收集，氦质谱仪102将测试数据反馈到单片机100进行判断。单片机100上的报警指示105包括无泄漏指示值、小漏量指示值、中漏量指示值、大漏量指示值和特大漏量指示值。将结果进行对应的指示。

如图3所示，对以上系统中每一个设备部件在其具体设备外部表面处用喷枪头103喷氦气，等待几分钟后，真空泵出口排气处检测吸枪头101会将含有氦气的混合部分气体吸入氦质谱仪102，氦质谱仪通过其内部的分子泵及氦气分析仪对混合气体内含有氦气成分的多少进行分析，如果有氦气成分，根据混合气体内氦气含有量的不同，氦质谱仪指示就会显示在1.0E-08至9.9E-03之间内的某一个数值，我们根据仪器显示不同的数值，总结分析每个设备存在泄漏的严重性，一一记录或判断，整个系统设备检测完成后再进入下一步的处理工作。

如图4所示，在真空泵排大气的出口安装配接取样吸枪头，将吸枪头口101直接连到真空泵15汽水分离器出口管道上，当将氦气直接用喷枪喷到发电机组真空系统每一个设备外表处时，如有泄漏，则氦气会被吸入真空系统，经过一定时间，通过真空排出管道后，其中部分混合气体通过吸枪头进入氦质谱仪，通过氦质谱检测显示的数据可进行分析设备存在泄漏的问题。

本实用新型根据氦质谱检测仪显示数据判断泄漏大小的依据及报警指示区间：

1.0E-08pa.m³/s至5.0E-08pa.m³/s为小漏量

5.0E-08pa.m³/s至1.0E-07pa.m³/s为中漏量

1.0E-07pa.m³/s至7.0E-06pa.m³/s为大漏量

7.0E-06pa.m³/s以上为特大漏量

实施例

在测试之前，先确认火力发电机组真空严密性数值：在未实施该技术前通过按照国家要求的试验方式：机组负荷稳定在80％以上，在停止抽气设备的条件下，试验时间为8min，取5min的真空下降速度的平均值，对于湿冷300MW以上火力发电机组的真空下降速度不高于270Pa/min；对于空冷火力发电机组，300MW及以上机组的真空下降速度不高于130Pa/min为国家要求的合格值。如果试验超过以上国家要求的合格数值，必须采用本实用新型实施检测普查。

该实用新型实施结果统计如下表：

某单位#4机组真空系统设备采用本实用新型实施查漏数据统计：

7、本实用新型应用后对检测出设备泄漏问题的处理

(1)、采用德国引进软处理技术及德国进口的原材料MACR1208，首先对系统所有的漏点面外面进行打磨、清理。

(2)、对清理后的漏点，采用德国进口原材料生产的MACR1001(粘合材料)与MACR1201(柔韧材料)及MACR3104、MACR3105，按比例调合后封堵处理。

(3)、在底层按(1)处理完后，用所配制复合材料在泄漏处涂膜多次涂膜，每层涂膜完成后需3小时凝固，再进行下一次涂膜。

(4)、最终泄漏点表面形成一层韧性膜层。

8、国家要求火力发电机组真空系统设备泄漏指标。

对于湿冷火力发电机组，100MW及以下机组的真空严密性下降速度不高于400Pa/min，100MW以上机组的真空严密性下降速度不高于270Pa/min；对于空冷发电机组，300MW及以下机组的真空严密性下降速度不高于130Pa/min，300MW以上机组的真空严密性下降速度不高于100Pa/min。参见DL/T1052-2007《节能技术监督导则》

工作原理：单片机100可以控制不同的位置火力发电机组真空系统200的连接设备部件及焊缝处的氦气喷枪103进行喷氦气。开关阀控制喷枪103的开关，对真空系统的每个连接部件分别在其外表用喷枪103喷射氦气，在发电机组真空泵15排气管道口用吸枪101吸入部分排出的混合气体，部分混合气体通过吸枪管进入氦质谱检测仪102内，通过设备内的分子泵分析排出气体是否含有氦气成分，并分析混合气体内氦气成分的数量浓度，以确认所测设备泄漏点位置及其泄漏的严重性,根据混合气体内氦气浓度的不同，氦质谱检测仪显示值在1.0E-12pa.m³/s至9.9E-03pa.m³/s间某一值,说明检测的设备有泄漏，1.0E处显示处的数值越大，12处显示数值越小说明检测的设备部位泄漏越严重。不同的显示值报警指示灯105发出对应的报警信号，给操作者直观的结果提示。

本实用新型实施后经济效果：

火力发电机组真空系统设备泄漏的危害主要表现在以下三个方面，一是真空严密性差时，漏入真空系统的空气较多，射水抽气器或水环真空泵不能够将漏入的空气及时抽走，机组的排汽压力和排汽温度就会上升，这无疑要降低汽轮机组的效率，增加供电煤耗，并可能威胁汽轮机的安全运行，另一方面，由于空气的存在，蒸汽与冷却水的换热系数降低，导致排汽与冷却水出水温差增大。二是当漏入真空系统的空气虽然能够被及时地抽出，但需增加射水抽气器或真空泵的负荷，浪费厂用电及工业用水。三是由于漏入了空气，导致凝汽器过冷度过大，系统热经济性降低，凝结水溶氧增加，可造成低压设备氧腐蚀。

对于发电机组汽轮机来说，真空的高低对汽轮机运行的经济性有着直接的关系，真空高，排汽压力低，有效焓降较大，被循环水带走的热量越少，机组的效率越高，当凝汽器内漏入空气后，降低了真空，有效焓降减少，循环水带走的热量增多，机组发电损耗增大。发电机组真空变化会对汽轮机安全、经济运行有较大影响，运行试验表明，凝汽器真空每降低1KPa会使汽轮机汽耗增加1.5％～2.5％，发电机煤耗增加3.0克/度，影响汽轮机效率下降0.305％，同时使循环效率下降，汽轮机排汽温度的升高，会引起汽轮机轴承中心偏移，严重时会引起汽轮机的振动。此外，凝汽器真空降低时在保证机组出力不变时，必须增加蒸汽流量，导致轴向推力增大，影响汽轮机安全运行。另一方面，空气漏入凝结水中会使凝结水溶氧不合格，腐蚀汽轮机、锅炉设备，影响机组的安全运行。所以在汽轮机运行过程中，凝汽器真空是一项非常重要的参数，真空值的高低，直接影响机组的经济性与安全性。机组运行过程中如果出现真空下降的问题，排除比较常见的故障外，真空系统的泄漏是造成真空下降的主要原因。我们推出研究的真空系统检测及软处理技术主要针对火力发电电企业真空系统设备泄漏难发现难处理的特点，对机组真空系统全面采取该实用新型方法检测，同时结合发电机组运行设备受交变热应力特点，应用该实用新型的软处理技术工艺，使其真空严密性达到电力法规合格及以上标准，可是发电机组经济性有大幅度提高。

采取该实用新型实施后发电机组前后经济指标及节能效益计算如下：

现以一台300MW机组真空系统设备泄漏采用该实用新型治理后经济分析为例，一台300MW火力发电机组真空系统设备未经过我们采用该实用性实用新型检测处理之前真空泄漏量为700Pa/min，经我们采用该实用性技术治理后真空泄漏量达到国家合格标准270Pa/min及以下的节能分析如下；

1)煤耗分析：

火力发电机组真空严密性每降低0.1KPa/min，机组真空可提高0.12KPa，对于火力发电机组，机组真空每提高1KPa发电煤耗可降低3.0g/Kwh，如果火力发电机组真空严密性高达700Pa/min，经采取该实用新型检测处理后达到270Pa/min，发电机组真空可以比以前提高0.516Kpa,如果一台30万发电机组全年运行小时按6500小时计算，煤价每吨按450元计算，采取该实用新型实施后每年可节约燃料成本如下：30万×3.0×0.516＝0.4644吨/小时,全年运行6500小时可节约燃煤：0.4644×6500＝3018.6吨，可节约燃煤费用：3018.6×450＝1358370元.

2)增加发电量经济计算：

火力发电机组真空严密性每降低1Kpa，其他工况不变的情况下，发电机组可增加发电量为Ne×1％，采取本实用新型对真空系统设备检测处理后，机组其他工况不变的情况下每小时机组可增加发电量：30万×1％×0.516＝1548Kwh；每年一台30万发电机组按6500运行小时计算，可增加发电量0.1548万Kwh×6500＝1006.2万Kwh，若每度电按0.3元上网电价计算，30万发电机组采取本实用新型后每年可增加经济收入为：1006.2万Kwh×0.3＝301.86万元。

通过以上经济性分析，采用本实用性实用新型专利办法实施后火力发电机组全年可增加收入437.697万元，经济性效益很可观。

参见：1)中国电力出本社《火力发电厂节能技术及其应用》第437页

2)《火力发电机组几种参数对发电煤耗的影响》

Claims (6)

1.一种火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统，其特征在于，包括氦气喷枪(103)、氦气收集枪(101)和氦质谱主机(102)；氦气喷枪(103)连接氦气袋，氦气喷枪(103)口部设置在火力发电机组真空系统(200)的设备连接部件及焊缝处；每个氦气喷枪(103)与氦气袋之间设置有开关阀(104)，氦气收集枪(101)口部设置在真空系统的真空泵(15)排出口处，氦气收集枪(101)与氦质谱仪(102)连接。

2.根据权利要求1所述的火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统，其特征在于，所述的氦气喷枪(103)为手持喷枪或固定喷枪。

3.根据权利要求1所述的火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统，其特征在于，所述的氦气喷枪(103)口部与火力发电机组真空系统(200)的设备连接部件及焊缝处靠近，并对其外表垂直喷洒氦气。

4.根据权利要求1所述的火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统，其特征在于，所述的火力发电机组真空系统(200)的设备连接部件及焊缝包括：

汽轮机低压缸本体(1)及其连接部件，包括发电机组前后轴封及其下部凹窝连接部件；汽轮机低压加热器汽测系统(2)连接部件，包括其汽测疏水到扩容器或者汽轮机热井部分的连接设备；

火力发电机组凝结水系统(3)连接部件，包括凝结泵本体及其泵前所有连接的管道设备、测量元件、泵体机械密封部分；

扩容器本体及疏水系统(4)连接部件，包括高、低压扩容器、事故扩容器本体的连接管道及其测量元件；

高、中、低压轴封回汽系统(5)所有连接管道、法兰、测量设备；

轴封加热器疏水系统(6)连接设备，包括多级水封或者单级水封；

锅炉暖风器疏水系统(7)连接设备；

凝汽器真空抽气系统(8)连接部件，包括真空泵本体及其密封；

低压旁路系统(9)所有设备连接部件及其减温水系统；

发电机组凝汽器补水系统(10)连接管道及其测量部件；

汽动给水泵小汽轮机(11)所有运行系统，包括小汽轮机本体及其疏水的连接管道、测量元件；

发电机组三级旁路系统(12)所有连接管道及其减温水系统；

排汽缸喉部(13)所有连接管道及其伸缩节连接部分设备；

空冷机组空冷岛系统(14)所有阀门、法兰及管道焊缝、表计。

5.根据权利要求2所述的火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统，其特征在于，所述的手持或固定喷枪组成的泄漏检测系统还包括单片机(100)；所述的开关阀(104)为电磁阀，电磁阀及氦质谱仪(102)均与单片机(100)电连接，单片机(100)上设置有报警指示(105)。

6.根据权利要求5所述的火力发电机组真空系统设备泄漏检测系统，其特征在于，所述的报警指示(105)包括无泄漏指示值区间、小漏量指示值区间、中漏量指示值区间、大漏量指示值区间和特大漏量指示值区间，对应单片机上的显示值范围分别为：

0～1.0E-08pa.m³/s为无泄漏指示值区间；

1.0E-08pa.m³/s～5.0E-08pa.m³/s为小漏量指示值区间；

5.0E-08pa.m³/s～1.0E-07pa.m³/s为中漏量指示值区间；

1.0E-07pa.m³/s～7.0E-06pa.m³/s为大漏量指示值区间；

7.0E-06pa.m³/s-9.9E-03pa.m³/s以上为特大漏量指示值区间。