利用氦质谱检漏仪进行真空系统检漏
0 引言
为了贯彻落实国家有关节能减排的政策，电力行业必须提高发电机组运行的经济性。汽轮机组必须建立高真空，使蒸汽能够最大限度地把热焓转变为汽轮机的动能。在具体的电厂生产环境下，要确保凝汽器内具有良好的真空，必须保证漏入汽轮机真空系统的空气要尽量少。汽轮机组汽封性能的优劣，低压真空部分漏点的多少，漏量的大小，直接影响凝汽器真空，对于凝汽式汽轮机组的经济性和安全性显得非常重要。长久以来很多电厂都存在汽轮机组的真空系统严密性差的问题，且由于检漏手段不够先进，一直无法解决该问题，再加上机组容量的不断增大，使其该问题日益突出，大大影响了机组的正常运行。而氦质谱检漏技术的出现能够发现漏点，从而保证机组真空严密性达到合格的水平，从根本上消除泄漏造成的危害。
1 真空系统存在问题及检漏现状
汽轮机组的真空系统其作用就是为汽轮机组建立高真空，即低背压，使蒸汽能够最大限度地把热焓转变为汽轮机的动能。对于300MW及以上机组的真空系统至少设置两台真空泵，从设计角度是一台运行，一台备用，但是在实际运行中仍有部分机组要开启两台真空泵运行以保证抽出漏入的不凝结气体。由于凝汽器真空度下降使汽轮机组运行的安全性、可靠性、稳定性和经济性降低。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%。300MW机组真空每下降1kPa，煤耗率增大2g/kWh，出力下降2.2MW以上。凝汽器中不凝结气体的份量Pa（Pa与真空系统的空气泄漏量和真空泵的运行出力有关）是影响真空值大小的重要因素。在机组运行中都把真空系统严密性作为重要的考核指标。检漏方法，早先采用蜡烛、鸡毛，灵敏度不高，使用起来不方便，后来采用超声波检漏仪，因现场噪声大，也不易分辨，因此，长久以来由于缺乏先进的检漏手段，真空系统严密性差的问题一直未能得到有效的解决。
2 氦质谱检漏仪基本原理简介
氦质谱检漏仪是用氦气为示漏气体的专门用于检漏的仪器，它具有性能稳定、灵敏度高的特点，是真空检漏技术中灵敏度最高，用得最普遍的检漏仪器。氦质谱检漏仪是磁偏转型的质谱分析计。单级磁偏转型仪器灵敏度为l0-9～10-12Pam3/s，广泛地用于各种真空系统及零部件的检漏。双级串联磁偏转型仪器与单级磁偏转型仪器相比较，本底噪声显著减小。其灵敏度可达10-14～10-15Pam3/s，适用于超高真空系统、零部件及元器件的检漏。逆流氦质谱检漏仪改变了常规型仪器的结构布局，被检件置于检漏仪主抽泵的前级部位，因此具有可在高压力下检漏、不用液氮及质谱室污染小等特点。适用于大漏率、真空卫生较差的真空系统的检漏，其灵敏度可达10-12Pam3/s，如图1，图2所示。
3 大唐太原第二热电厂#10机组真空系统检漏
3.1 大唐太原第二热电厂#10机组为上海汽轮机厂生产的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽kN300-16.7/537/537直接空冷供热式汽轮机。10#机真空系统存在一定的泄漏，真空严密性试验效果不理想，真空严密性试验结果为1.56kPa/min。利用德国氦质谱仪对机组真空系统进行检测，检测时，负荷289.4MW；汽封母管压力28.61kPa；空冷风机全部运行；真空70.48kPa。
3.1 性能试验方法
①灵敏度及其校准氦质谱检漏仪灵敏度，通常指仪器的最小可检漏率。记为qL.min，即在仪器处于最佳工作条件下，以一个大气压的纯氦气为示漏气体，进行动态检漏时所能检测出的最小漏孔漏率。所谓“最佳工作条件”是指仪器参数调整到最佳值，被检件出气少且没有大漏孔等条件。所谓“动态检漏”是指检漏仪器本身的抽气系统仍在正常抽气，仪器的反应时间不大于3s。所谓“最小可检”是指检漏讯号为仪器本底噪声的两倍时，才能认定有漏气讯号输出。所谓“漏孔漏率”是指一个大气压的干燥空气通过漏孔漏向真空侧的漏气速率。仪器本底噪声，一般指在2min内输出仪表的最大波动量。
②反应时间、清除时间及其测定反应时间是指仪器节流阀完全开启，本底讯号为零（或补偿到零）时，由恒定的氦流量使输仪表讯号上升到最大值的1-e-1倍（即0.63）所需要的时间，记为τR。清除时间是指输出仪表讯号稳定到最大值后，停止送氦，其讯号下降到最大值的e-1倍（即0.37）所需要的时间，记为τC。 ③工作真空、极限真空及入口处抽速质谱室极限真空，尤其是工作真空及入口处抽速是表征仪器性能的重要参数。利用检漏仪的真空规可以测定仪器的极限真空和工作真空。利用流量计可测定仪器入口处抽速。
3.2 检测结果
低压缸连通管大法兰2*10-10mbar.l/s，低压缸结合面（东北侧）6*10-10mbar.l/s，低压缸安全门（东南侧）1*10-9mbar.l/s，低压缸安全门（西北侧）2.5*10-8mbar.l/s，，低压缸前汽封2*10-9mbar.l/s，低压缸后汽封2*10-10mbar.l/s，低压缸人孔门（西北）6*10-10mbar.l/s，低压缸人孔门（东北）2*10-10mbar.l/s，排汽装置喉部焊缝（西侧）2*10-9mbar.l/s，手动真空破坏门8*10-10mbar.l/s，电动真空破坏门4*10-10mbar.l/s，#6低加水位计3*10-10mbar.l/s，#5低加疏水调整门前手动门（下部法兰）5*10-9mbar.l/s，A给水泵密封水电机侧上部法兰3*10-9mbar.l/s，A给水泵密封水电机侧下部法兰2.5*10-9
mbar.l/s，A给水泵密封水端部侧上部法兰8*10-10mbar.l/s，A给水泵密封水端部侧下部法兰4*10-9mbar.l/s，B给水泵密封水电机侧上部法兰3*10-9mbar.l/s，B给水泵密封水电机侧下部法兰8*10-10mbar.l/s，B给水泵密封水端部侧上部法兰2*10-9mbar.l/s，B给水泵密封水端部侧下部法兰9*10-10
mbar.l/s，C给水泵密封水电机侧上部法兰3.5*10-9mbar.l/s，C给水泵密封水电机侧下部法兰2.5*10-9mbar.l/s，C给水泵密封水端部侧上部法兰2*10-9mbar.l/s，C给水泵密封水端部侧下部法兰5*10-10mbar.l/s，第一排#1换热单元内部西侧第4-5片换热管束之间焊缝，泄漏异常。第二排#7换热单元内部东侧第1-2片换热管束之间焊缝，泄漏异常。第二排#5换热单元内部西侧第4-5片换热管束之间焊缝，泄漏异常。第一排#2换热单元外部东侧第4-5片换热管束之间焊缝（已做标记），泄漏异常。第一排#3换热单元外部东侧第1片换热管束南端焊缝，泄漏异常（已做标记）。第一排#1换热单元内部西侧第4-5片换热管束之间焊缝，泄漏异常。
通过对#10机组真空系统的全面检测，发现机组泄漏较为严重的部位为低压缸东南侧安全门，低压缸西北侧安全门，低压缸前汽封，#5低加事故疏水调整门前手动门下部法兰，A给水泵密封水法兰，B给水泵密封水法兰，C给水泵密封水法兰。
3.3 结论及建议
在机组停机期间，调整低压缸轴端汽封间隙或更换汽封片，减小低压缸汽封泄漏量。对低压缸安全门（西侧），低压缸结合面（东南侧）（西北侧），低压缸前汽封，#5低加事故疏水调整门前手动门下部法兰，A给水泵密封水法兰，B给水泵密封水法兰，C给水泵密封水法兰等泄漏部位进行仔细检查，严格按照检修工艺进行更换，封堵。建议在停机过程中，将真空泵继续运行，组织有关人员对空冷岛进行全面巡查。建议在运行期间，选取较低环境温度，稳定负荷工况下，投运一台真空泵，密切观察真空变化情况。建议做机组真空严密性试验时，注意将负荷维持在80%以上，保持主汽流量稳定不变；维持凝结水箱水位稳定，空冷风机在手动控制下全部全速运行，同时要求环境条件稳定，且在较低环境温度下进行。
4 结语
①由以上理论分析和试验结果可以得出，通过对#10机组真空系统的全面检测，发现机组泄漏较为严重的部位为低压缸东南侧安全门，低压缸西北侧安全门，低压缸前汽封，#5低加事故疏水调整门前手动门下部法兰，A给水泵密封水法兰，B给水泵密封水法兰，C给水泵密封水法兰。
②在机组运行中都把真空系统严密性作为重要的考核指标。以往因缺乏先进的检漏手段，无法找到确切的漏点，曾经是该题目长期得不到解决的重要因素。采用氦质谱检漏创新技术后，运行实践表明，发现漏点已不是解决题目的要害，从而保证机组真空严密性达到合格的水平，从根本上消除泄漏造成的危害。氦质谱检漏仪用于检漏，它性能稳定、灵敏度高，是真空检漏技术中灵敏度最高，用得最普遍的检漏技术。
③以大唐太原第二热电厂300MW的10号汽轮发电机组为例，所分析的真空系统检漏结果对同类中间再热大功率机组也有参考价值。
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