600MW亚临界汽轮机通流改造后真空低的原因分析与处理

国家能源聊城发电有限公司 刘景文 王立光 杨 进 李 斌 付 晋 姚博伟

凝汽器真空是电厂汽轮机正常运行监视的重要参数，真空度下降会引起汽轮机排气温度升高，汽轮机轴承中心偏移，严重时还会引起汽轮机组振动，严重威胁汽轮机运行安全。同时，凝汽器的真空水平对汽轮发电机组的经济性有着直接影响，如机组真空下降1%，机组热耗将要上升0.6%～1%[1]，为了保证汽轮机的运行效率和凝汽器的换热效率[2]，提升机组的经济性[3]，必须保证真空系统的严密性，因此保持凝汽器最佳真空是每个发电厂节能的重要内容。另外，真空压密性差，外界空气漏入凝汽器，还会导致凝结水溶氧超标，腐蚀汽轮机以及锅炉设备。

因此，从设备安全性上也要求必须提高真空严密性。根据中华人民共和国电力行业标准《凝汽器与真空系统运行维护导则》[4]规定，每月进行一次汽轮机严密性试验，试验过程中负荷大于80%额定负荷，试验开始后关闭真空泵入口手动门，30s后开始记录，记录8min，最后5min真空下降值来计算每分钟真空平均下降值，并把其作为机组真空严密性值。能够影响凝汽器真空严密性的因素众多，假定真空下降因素仅由漏入凝汽器真空系统中的空气引起，凝汽器抽气系统设备正常运行，漏入真空系统的空气量增加，导致凝汽器真空下降，其下降数值取决于漏入空气量数值的大小。任何一个与凝汽器真空系统相连的阀门、管道或是相连的系统，只要有轻微敞口、焊口破损或者不严密，都有可能造成凝汽器真空不严密，对汽轮机组安全性和经济性产生较大影响，所以分析凝汽器真空低的原因，找出预防真空下降的措施是十分必要的。

1 机组存在的问题分析及解决方案

1.1 机组存在的问题

山东聊城发电公司一期#1汽轮机为上海电气引进美国西屋公司A157机型，在2019年11月汽轮机通流改造前，除1月、3月#1机组调停外，真空严密性一直稳定在99Pa/min以内。#1机组2019年下旬至2020年初，采用西门子公司的改造方案对汽轮机进行通流改造施工，自#1机组汽轮机通流改造施工结束启动以来，凝汽器真空严密性始终不能达标，最差严密性下降速度600Pa/min。由于真空严密性下降速度过快，机组采取相应措施后，仍无法达到凝汽器最佳真空值，不仅耗费大量的厂用电，而且严重威胁机组运行的安全性和经济性。

能够影响凝汽器真空严密性的因素众多，假定真空下降因素仅由漏入凝汽器真空系统中的空气引起，凝汽器抽气系统设备正常运行，漏入真空系统的空气量增加，导致凝汽器真空下降，其下降数值取决于漏入空气量数值的大小。任何一个与凝汽器真空系统相连的阀门、管道或是相连的系统，只要有轻微敞口、焊口破损或者不严密，都有可能造成凝汽器真空不严密。经过氦气查漏的方式，发现大机A、B低压缸进汽口处大量漏真空。

1.2 原因分析

针对可能影响真空严密性的主要因素，聊城电厂针对性地提出了治理措施，主要在运行中对真空严密性进行分析查找，主要有以下几点措施：

一是机组正常运行时利用在线查漏仪器进行查找，采用目前比较领先和实用的氦气质谱仪进行查漏。主要操作是在真空泵出口管引出氦气检测仪器，通过在可能存在的漏点喷射氦气，如果有内漏点，氦气就会漏入真空系统被真空泵抽出，最后被真空泵出口的检测仪器检测到。

二是投运胶球泵，对凝汽器水侧换热管道进行冲洗，保证凝汽器换热管清洁度，提高凝汽器换热效率，提高机组真空严密性。

三是机组运行时适当提高轴封压力，因为轴封压力偏小会导致空气漏入真空系统量增大，而轴封压力过高又会导致轴瓦振动增大和轴封蒸汽外漏，影响机组安全运行，因此根据机组运行特性，将轴封压力调整至正常范围的上限值，可以有效提高机组真空严密性。

四是核查低压加热器运行水位，保证运行水位在设计标准范围内，防止水位过低导致系统漏入空气影响机组真空严密性。

针对#1机组凝汽器真空严密性差的原因分析，结合聊城电厂#1机组运行数据以及通流改造检修记录，#1机组通流改造前、后真空严密性所测结果差别较大，#1机组通流改造前，真空严密性指标良好，通流改造后，真空严密性指标急剧下降，因此极有可能是改造后的新设备出现了漏点。

经氦气检漏仪排查后发现如下漏点，漏点1：大机低压缸端部轴封微漏真空，氦气查漏达8.2×10-6Pam3/s；漏点2：B小机防爆膜漏微漏真空，氦气查漏达6.4×10-6Pam3/s；漏点3：A小机汽缸结合面微漏真空。对外缸结合面氦气查漏达8.8×10-6Pam3/s；漏点4：A、B低压缸法兰补偿环有大量泄漏真空的现象。对大机A低压缸进汽口法兰补偿环氦气查漏达2.4×10-5Pam3/s，大机B低压缸进汽口法兰补偿环氦气查漏达1.6×10-5Pam3/s。

针对以上漏点1、2、3：大机低压缸端部轴封微漏真空；B小机防爆膜漏微漏真空；A小机汽缸结合面微漏真空可以采取涂抹堵漏胶的形式解决，但是漏点4：低压缸进汽法兰补偿环大量漏真空，无法通过简单的涂抹堵漏胶来解决，因此我们准备从低压缸进汽口法兰补偿环设计形式及施工过程上入手。

1.3 低压缸进汽法兰补偿环大量漏真空具体分析

#1机组低压缸原为三层缸设计，检修较为复杂且易发生泄漏，本次通流改造西门子采用双流、单层焊接一体化内缸和浮动静叶持环设计，内缸由水平中分面分开。改造后的低压模块为：双流单层低压内缸，浮动静叶持环，排汽导流环，整锻无中心孔转子，此设计是西门子标准的低压内缸设计，静叶持环与内缸采用定位面和I型密封键连接，这种密封可以有效消除因缸体而产生的泄露。低压静叶持环采用G17CrMo9-10材料，经过20万小时有限元分析后，最大开口仅为0.066mm，且不会形成泄露面，所以不会出现高温蒸汽向低温蒸汽区泄露问题。正因为采用了浮动的静叶持环设计，双流的持环与转动部件的轴向间隙可以分别调整保证相对间隙。

低压缸内缸整体更换后，低压外缸仍使用旧缸，在低压缸进汽口处，新内缸与旧外缸在匹配上高度上会有一定的误差而产生高度差，这个高度差由西门子采用内套管进汽连接件（法兰补偿环）作为补偿。法兰补偿环要具备很高的精度，由西门子提供、加工并焊接安装。

低压内缸与外缸夹层为负压，靠近进汽口侧，由真空密封套封闭。真空密封套内圈上、下各一个缠绕垫，上缠绕垫起到防止低压缸正压蒸汽向外漏；下缠绕垫起到防止外部空气与正压蒸汽向负压夹层内漏。

低压内缸与外缸夹层为负压，靠近进汽口侧，由真空密封套封闭。真空密封套内圈上、下各一个缠绕垫，上缠绕垫起到防止低压缸正压蒸汽向外漏；下缠绕垫起到防止外部空气与正压蒸汽向负压夹层内漏。

如图1所示，在安装过程中，西门子对加工成品的法兰补偿环内圈与低压内缸进汽口法兰进行焊接，目的是防止正压侧向低压侧窜汽。但是西门子在工作流程上，没有焊接法兰补偿环外圈的工序，这就给低压进汽口处漏真空提供了可能。

图1 低压缸进汽口结构图

外部空气通过螺栓孔到达补偿环底部，由于补偿环底部外圈未焊接，紧靠螺栓紧固在内缸上，空气顺着上图黄色箭头吸入到凝汽器，从而造成低压缸进汽口大量漏真空。现场实际安装如图2所示，黄色箭头代表空气漏入轨迹，空气通过螺栓孔向漏入负压夹层内，而且每一个螺栓孔都有漏入空气的可能。

图2 低压缸进汽口现场安装图

1.4 解决方案

针对以上漏点1、2、3：大机低压缸端部轴封微漏真空；小机防爆膜漏微漏真空；小机汽缸结合面微漏真空可以采取涂抹堵漏胶的形式解决。

主要实施措施：一是使用专用堵漏胶在漏点结合面及端面固定螺栓孔处涂抹第一层堵漏胶；二是在第一层堵漏胶处于半凝固状态下，在锡纸上涂抹第二层堵漏胶贴在第一层堵漏胶之上；三是使用涂抹棒涂抹均匀，待堵漏胶凝固之后，再进行严密性试验，不合格需重复上述工作。经过处理后，氦气检漏仪检测效果如下：

漏点1：经过采取大机低压缸端部轴封结合面漏真空部位堵漏措施后，通过氦气检漏仪检测显示3.6×10-6Pam3/s，表明对策实施取得良好效果。

漏点2：经过采取B小机防爆膜漏真空堵漏措施后，通过氦气检漏仪检测显示3.5×10-6Pam3/s，表明对策实施取得良好效果。

漏点3：经过采取A小机汽缸结合面变形漏真空堵漏措施后，通过氦气检漏仪检测显示3.6×10-6Pam3/s，表明对策实施取得良好效果。但是漏点4：低压缸进汽法兰补偿环大量漏真空，无法通过简单的涂抹堵漏胶来解决，而且#1机组处于运行状态，如果处理不妥当，将会对#1机组安全运行造成影响。

针对已经运行的#1机组，采取制定低压缸进汽口内缸连接螺栓整包焊接方式消除泄漏，具体实施方案如图3红线所示，在真空密封套与低压进汽管中间，采用多个弧形铁板分段焊接，彻底将真空密封套与低压进汽管中间夹缝中的漏真空的螺栓包裹进去，以达到消除泄漏的目的。

图3 整包焊接消漏结构图与现场效果图

漏点4经过处理后，氦气检漏仪检测效果如下：漏点4：经过采取低压缸进汽口真空堵漏措施后，通过氦气检漏仪检测显示3.4×10-6Pam3/s，表明对策实施取得良好效果。

2 实际运行效果验证

2020年5月21日，实施低压缸进汽口内缸连接螺栓整包焊接方式堵漏方案，真空堵漏期间维持机组负荷、工况稳定。消除缺陷后，降低真空泵电流5A，节约了厂用电，凝汽器真空大幅提高如图4所示，凝汽器真空提高近1kPa，节能与经济效益显著。

图4 #1机组凝汽器堵漏实施方案过程SIS真空变化曲线

图5 #2机组通流改造过程中对补偿环下方添加缠绕垫密封

3 结论

本文以聊城电厂一期600MW亚临界#1机组为对象，对如何提升汽轮机真空严密性进行分析总结，查找出成#1机组真空严密性差的根本原因：低压缸进汽口设计缺陷。通过采取低压缸进汽口内缸连接螺栓整包焊接技术，消除了#1机组真空严密性差的缺陷，取得的经济效益显著。

与此同时，在2021年本公司#2机组通流改造中，针对#1机组出现的设计缺陷，从设计源头上消除低压缸进汽口漏真空的缺陷。如图5所示，本公司采取在法兰补偿环下端增加金属缠绕垫的方案来解决低压缸进汽口螺栓口漏真空的问题。后经#2机组运行后真空严密性检测，证明此方案可行有效，并取得良好效果，对同类行业相似机型在进行汽轮机通流改造过程中，避免出现相同问题，起到参考借鉴作用。