氦质谱检漏仪在350MW汽轮机真空系统检漏中的应用

氦质谱检漏仪在350MW汽轮机真空系统检漏中的应用

作者：王建 等

来源：《价值工程》2013年第01期

摘要： 本文介绍了氦质谱检漏仪的工作原理及功能特点，结合使用经验介绍了氦质谱检漏仪应用于汽轮机真空系统检漏的测试方法，在军粮城发电厂9号机组汽轮机真空系统检漏中快速、准确地检测出了漏点，并有效地改善了机组真空状态。

Abstract： This paper introduces working principle and function characteristics of the helium mass spectrometer leak detector， combined with the experience of using， introduces leak detection method of using helium mass spectrometer leak detector to detect the leak in steam turbine vacuum system. The results show that it can quickly and accurately detect the leak in steam turbine vacuum system of No.9 turbine vacuum system at Junliangcheng Power Plant. 关键词： 氦质谱检漏仪；真空系统；检漏；应用

Key words： helium mass spectrometer leak detector；vacuum system；leak detection；application

中图分类号：TH6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）01-0317-03 0 引言

凝汽器真空是影响机组经济性、稳定性的一个重要指标，而真空系统的严密性是影响汽机真空的重要原因之一。

一方面，真空严密性下降将使汽机真空下降，即会导致机组有效焓降减少，使其出力下降，汽耗增大，又会导致排汽温度上升，使冷源损失增加，循环热效率下降；另一方面空气进入凝汽器导致凝结水溶解氧增加，水含氧不合格，使汽水品质下降，氧腐蚀增加，并会造成汽轮机叶片、凝汽器、加热器换热管的腐蚀及泄漏，如果循环冷却水侧泄漏，会直接造成凝结水的污染，导致汽机流道内结垢，上述腐蚀就更加严重，从而严重影响机组经济、安全运行。 因此寻求一种合适的检漏方法，对汽轮机真空系统进行行之有效的检漏和堵漏工作，提高机组的真空严密性及真空已成为改善机组运行状况、节能降耗以及机组安全运行的一项重要工作。

氦质谱检漏技术是一种应用于国内外对真空容器检漏的先进技术，氦质谱检漏技术的高灵敏度和无损性早已成功地应用于航天、电子、制冷等领域。应用氦质谱检漏技术对火电厂汽轮

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机真空系统进行检漏的方法，近几年已在电力生产中逐渐推广应用。我们应用此检漏技术对军粮城发电厂9号机组汽轮机进行了真空系统检漏，效果良好。 1 氦质谱检漏仪工作原理及功能特点

1.1 氦质谱检漏仪组成 氦质谱检漏仪主要由质谱室、真空系统组件和电子学控制组件三大部分组成。检漏仪内部配有一台旋片式真空泵，用以维持仪器内部的高真空。质谱室是检漏仪的核心部分，其包括离子源、聚焦、质量分析器、和测量部分。

1.2 氦质谱检漏仪工作原理 氦质谱检漏仪是先将采集到的气体在质谱室中电离，利用不同荷质比的离子具有不同的电磁特性将示踪气体氦分离检测。其原理是质谱室接在分子泵的高真空端，入口接在分子泵和机械泵之间，分子泵对不同的气体具有不同的压缩比特性，氦气的压缩比很小，可以逆着分子泵的抽气方向流动进入质谱室，在质谱室中氦气被电离，氦离子通过质量分析器的筛选到达收集极，产生一个正比于离子数量的电流信号，该信号经过放大和处理即反映为泄漏率，氦质谱检漏仪工作原理图见图1。

1.3 氦质谱检漏仪功能特点 氦质谱检漏仪以氦气作为示踪气体。氦气是一种无毒、无味、无污染的惰性气体，其作为示踪气体具有氦离子荷质比小、穿透能力强、吸附能力低、大气中含量极少、化学性质稳定、极难溶于水等特性，具有易于质谱分析、易穿越漏孔、氦气本底值小、易于检测也易于清除、不会腐蚀和损伤任何设备等优点。

氦质谱检漏仪采用分子泵微机控制的逆流法能有效防止质谱室被污染，并能有效清除本底，稳定性、可靠性好，反应时间和清除时间短，最小可检漏率高，它能检出一千万份空气中的一份氦气。

理论和实践都表明氦质谱检漏仪具有快速、准确、稳定性好、重复性好、检漏范围宽、灵敏度高、动态检测等优点。查找漏点时不影响机组的运行，不仅能找出系统泄漏的位置，而且还能测定漏率值。

2 汽轮机真空系统检漏的测试方法

应用氦质谱检漏仪对发电厂汽轮机真空系统进行检漏一般包括真空法和吸枪法。本次对军粮城发电厂9号机组进行的真空系统检漏测试试验采用吸枪法。

机组正常运行时，真空系统内部处于负压状态，空气通过漏点被吸入凝汽器，最终通过水环真空泵抽出，经过气水分离器从排气口排至大气。测试前，将氦质谱检漏仪测试口与吸枪探头通过吸气线连接，并将吸枪探头装设在分离器排气口处，启动氦质谱检漏仪，待检漏仪经过自检程序启动完毕，即可进入试验待检状态。

测试时，将定量的氦气喷吹在怀疑可能泄漏的部位，通过观察检漏仪上的漏率显示来确定该部位是否存在泄漏及泄漏程度的大小，真空系统检漏连接图见图2。

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由于真空系统比较庞杂，影响真空的因素多，对此我们在试验前，应先根据真空严密性的试验情况、相关系统及设备的运行情况、机组的检修情况等进行了解分析，初步判断真空泄漏可能发生的设备或系统管道的位置。然后，在试验过程中先对重点怀疑泄漏部位进行检查，再对其他部位按照分系统、分段、逐个设备部件进行排查。 一般情况下主要检测范围包括下面一些设备部件：

凝汽器及相连的负压系统，包括凝汽器与汽侧相联的设备管道，有二级旁路、三级减温器、疏水扩容器、低加疏水、轴加疏水、空气管道、给水泵密封水回水、真空破坏门、水位计等；

低压缸部分，包括低压排汽、末级抽汽管道和加热器部分，次末级抽汽管道和加热器部分，低压缸上方防爆膜及其结合面法兰、低压缸汽封以及接合面等；

其他部分，包括真空压力表头、排汽缸温度计套管、电接点水位计、疏水泵、凝结水泵机械密封等。

为便于分析和对比，根据我们使用氦质谱检漏仪的经验，将检测数据与泄漏程度的关系按漏率范围进行了以下分类（见表1）。

通过表1中的分类方法，我们对各检测部位的测试数据进行归类，能够更直观的对测试结果进行分析判断，找到主要原因，有的放矢，从而有效的指导堵漏工作的进行。 3 实例应用

军粮城发电厂9号机组系哈尔滨汽轮机厂生产的C260/N350-16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽供热凝汽式汽轮机组，于2010年投产，并与2011年第四季度进行了机组首次A级检修工作，自此次检修后，机组真空状况一直不甚理想，而到2012年7月份机组真空状况出现了严重恶化，真空系统严密性高达800Pa/min，为了更好的改善机组真空状况，我们对该机组真空系统进行了氦质谱检漏测试工作。

机组真空系统检漏测试工作于2012年7月3日开始，于7月5日结束。本次检漏测试主要对以下重点部位进行了检测（见表2）。

本次试验被检测部位共40余处，并对汽轮机及小汽轮机轴封部位进行了变工况复测。最终结果发现特大漏点1处，大泄漏点1处，中漏点1处，小泄漏点10处，其他点为微漏或不漏。测试发现特大漏点部位为低压缸扩侧防爆膜，大泄漏点部位为低压缸固侧防爆膜，中泄漏点部位为低压缸A扩侧法兰（主要数据见表3）。

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为了在不影响机组正常运行的情况下，快速有效的改善机组真空状况，我们对表2中3个主要漏点进行了涂抹密封胶临时堵漏处理，经过多次处理并检测，最终处理后检测结果见表4。

由表4中数据可以看出处理效果明显，堵漏处理后测试严密性下降到了200Pa/min，真空严密性有了大幅度提升，真空状况明显改善。

若使机组的真空状况得到进一步改善，提高机组的运行水平，还需要在机组停机时，对临时堵漏及其他小漏点进行彻底的处理。并结合其他方法（如灌水找漏法）对真空系统设备或管道阀门等进行全面的检查及封堵工作。 4 结语

通过对军粮城发电厂9号机组真空系统进行检漏测试试验，结合氦质谱检漏仪的应用、使用合理的检测方法，在机组运行状态下，快速、准确地检测出了真空系统的主要泄漏部位，找到造成真空严密性差的主要原因。在对主要漏点进行处理之后，机组真空严密性水平有了很大的提升，大大改善了机组的真空状况，提高了机组运行的经济性和安全性。

以上说明氦质谱检漏仪在汽轮机真空系统检漏中是较为适用、简单可靠的。它具有的灵敏度高、无毒无害、能够在机组不停机状态下进行检测等特点，在机组真空系统检漏中取得了明显实效。 参考文献：

[1]达道安主编，真空设计手册，第3版，国防工业出版社，2004. [2]曹慎诚主编，实用真空检漏技术，第1版，化学工业出版社，2011.

[3]邓奇志等.氦质谱检测技术在汽轮机真空系统检漏中的应用.湖南电力，2002（02）.