氦质谱检漏技术在火电机组中的应用

[摘 要]文章通过介绍应用氦质谱检漏技术解决泄漏问题的几个典型案例，阐述了氦质谱检漏技术在不同火电机组查漏工作中的原理及方法。如何利用氦质谱检漏技术，探寻合适的查漏方法，解决火电机组的诸多泄漏问题，是电厂检修人员研究的新方向。

[关键词]氦质谱检漏技术；火电机组；漏点检测

[中图分类号]TM75 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2024）06–0026–03

Application of Helium Mass Spectrum Leak Detection Technology in Thermal Power Unit

CHEN Hao，ZHU Junnan，WEI Kai，LIU Liqiang

[Abstract]This paper introduces several typical cases of applying helium mass spectrum leak detection technology to solve the leakage problem， and expounds the principles and methods of helium mass spectrum leak detection technology in different thermal power units. How to use the helium mass spectrum leak detection technology to explore the appropriate leak detection method and solve the many leakage problems of thermal power units is a new direction of power plant maintenance personnel.

[Keywords]helium mass spectrometry leakage detection technology； thermal power unit； leakage point detection

氦质谱检漏技术是一种利用氦气作为检漏气体来检测容器泄漏程度的检测技术。氦质谱检漏仪先将采集到的气体在质谱室中电离，根据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，氦气在质谱室中电离，并产生与离子数成比例的电流信号，该信号经放大和计算后以漏率的形式反馈给试验人员。泄漏量越大，检测值越高。目前，该技术广泛应用于火电机组真空系统的检测，同时利用其测量精度高、反应灵敏、适用环境广的优势，还可应用于火电机组其他诸多的泄漏检测场景。

1 真空系统检测

1.1 基本情况介绍

某电厂3号机组为660 MW超超临界燃煤机组，汽轮机为上海汽轮机厂引进西门子技术设计制造。其真空系统为双背压设计，配置4台水环真空泵，凝汽器两侧各配置两台，系统运行方式为两用两备。后技改每侧加装1套高效真空泵组，每套泵组由1台罗茨泵和1台水环泵（前级泵）组成串连方式运行。自2022年6月机组调停复役后，其A侧真空严密性一直处于不合格状态，最严重时真空严密性试验结果高达800 Pa/min。为保证机组真空度，A侧必须长期保持2台真空泵运行。

1.2 检测方法

真空系统查漏是氦质谱检漏技术在火电机组查漏工作中最常见的一种应用。其基本方法为向疑似泄漏的部位喷洒适量氦气，氦气作为示踪气体在系统负压的作用下从漏点吸入真空系统中，然后从真空泵气水分离器的排气管排出，最后被设置在排气管出口处的氦质谱检漏仪吸枪吸入而被检测出来，并依据测量数据判断疑似部位的泄漏量。1.0×10-9 Pa·m3/s为基准值，1.0×10-9～1.0×10-6 Pa·m3/s为轻微泄漏，1.0×10-6～1.0×10-5 Pa·m3/s为少量泄漏，1.0×10-5～1.0×10-4 Pa·m3/s为中等泄漏，1.0×10-4 Pa·m3/s以上为较大泄漏。

1.3 查漏过程

检测人员使用氦质谱检漏仪对3号机组A侧真空系统进行全面检测，依次对低压缸本体、低加系统、凝结水系统、加热器疏水系统、扩容器疏水系统及本体、低加各抽汽管道、真空抽气系统、低压旁路系统、机组补水系统、轴封加热器疏水系统、排汽缸喉部等系统所有阀门、法兰及管道等设备进行了检测，重点检测涉及设备的结合面、密封面、管道焊缝等。经过排查检测，最终发现A小机中分面及螺栓、低压缸轴封进回汽管、3号机组蒸汽母管疏水调整门盘根等部位存在泄漏情况，结果见表1。

根据检测结果，维护人员对漏点进行堵漏消缺。借调停检修机会，对小机中分面螺栓重新进行紧固，低压缸轴封进汽套管口焊接钢板，对3号机主蒸汽母管疏水调整门解体更换自密封座。处理结束后使用氦质谱检漏仪对漏点进行复测，结果均在1.0×10-6 Pa·m3/s以下，可看作漏点已消除。

2022年11月，对3号机组重新进行真空严密性试验，结果A侧的真空下降速率降到了80 Pa/min，机组真空严密性合格。

2 凝汽器钛管检测

2.1 基本情况介绍

某电厂3号机组凝汽器采用海水直冷的开式循环冷却，其结构简图如图1所示。2023年5月，其凝结水水质发生恶化，凝泵出口凝结水钠离子浓度屡次超过200 μg/L，远超出5 μg/L的机组安全运行控制标准。后经过降负荷凝汽器单侧运行的检测方法，初步判断泄漏发生在凝汽器内侧，同时使用传统的薄膜法进一步进行查漏，但由于漏点较小、钛管内淤泥堆积等因素，多次查漏未能查找出漏点。利用氦质谱检漏技术高灵敏、高精准的特性可有效弥补传统检测方法的不足。

2.2 查漏方法

利用氦质谱检漏技术进行钛管检测的方法与真空系统查漏方法类似。因凝汽器汽侧为真空系统，当循环水停运的情况下，如果钛管有泄漏，喷洒的氦气就会通过泄漏点被吸入到凝汽器真空系统内，利用氦质谱检漏仪在真空泵气水分离器排气口检测，依此来判断是否有泄漏。

但由于水室内钛管数量庞大，如逐个管束喷入氦气检查将费时费力。同时由于除人孔门与外界相通外，凝汽器水室基本处于封闭状态，氦气难以排出，残存的氦气会对之后的检测结果产生干扰。所以完全按照真空查漏的方法很难准确判断泄漏钛管的具体位置。

为克服以上弊端，需对原有的检测方法进行改良，通过对管束表面进行区域分割，先进行区域定位，在进行精准查找，可有效提高检测效率。先在钛管两侧覆盖上保鲜膜，并将钛管分成若干个检测工作面，依此揭开保鲜膜喷洒氦气。同时，为避免残存的氦气会对之后的检测结果产生干扰，将喷洒氦气一刻起至氦质谱检漏仪检测到氦气所需的时间定义为响应时间。经过多次实践验证，响应时间在10 s以内说明该检测工作面内有泄漏点。查出的泄漏工作面可继续细分直至确定漏点。

另外，为防止残留氦气对检测结果干扰，可在人孔门外设置排风机，检测时按从上到下的顺序依次进行，发现漏管时及时堵管。

2.3 查漏过程

检测人员先分别向A凝汽器内侧水室和B凝汽器内侧水室内钛管喷洒氦气，检测结果为A内侧1.0×10-9 Pa·m3/s，B内侧1.6×10-6 Pa·m3/s。根据检测结果，判断泄漏钛管处于B凝汽器内侧水室内。

按照上述方法进行排查，检测发现水室上部远离人孔门区域响应时间为8 s。继续排查，共发现5根钛管泄漏。堵管完成后对整个水室进行复查，氦质谱检漏仪数值保持在1.0×10-9 Pa·m3/s。凝汽器恢复运行后，凝结水水质恢复正常，凝泵出口钠离子浓度下降到1 μg/L以下，达到控制标准。

3 发电机定冷水箱检测

3.1 基本情况介绍

某电厂4号机组发电机定冷水箱充氮运行，氮压根据负荷变化在10～25 kPa。但2022年12月C修结束后，定冷水箱氮压无法维持，每隔8 h需重新进行充氮，判断系统内存在漏点，同时使用传统的肥皂水查漏，由于漏点泄漏量小、检测部位多，多次查漏未能查找出漏点。利用氦质谱检漏技术高灵敏的特性可有效弥补传统检测方法的不足。

3.2 查漏方法

由于氦气属于惰性气体，因此定冷水箱正压运行时，可向定冷水箱内充入氦气，利用氦质谱检测仪检测泄漏出的氦气。

由于泄漏点一直处于泄漏状态，氦质谱检漏仪通过检测环境中的氦气来判断漏点的位置。测量数值的大小与漏点的距离成反比，即越接近漏点测量数值越大。相比传统的涂抹肥皂水的方法，使用氦质谱检漏仪查漏反应更加迅速，结果更加直观准确且不易遗漏。

3.3 查漏过程

检测人员向定冷水箱内充入氦气至25 kPa，然后手持氦质谱检漏仪探头检查充氮管道上各接头、隔离门、减压阀，以及定冷水箱人孔门、排氢管道各法兰、阀门。最终，发现定冷水箱充氮隔离门前接头焊缝存在泄漏。在对焊缝进行补焊后，复查无泄漏。同时定冷水箱内氮压在24 h内始终保持在10 kPa以上。

4 发电机气密性检测

4.1 基本情况介绍

某电厂5号机组检修后，发电机气密性试验漏氢量达30 m3/h，严重偏离15 m3/h合格标准。气密性试验不合格。判断系统内存在漏点，同时使用传统的肥皂水查漏，由于发电机氢气系统涉及设备较多且位置隐蔽，多次查漏未能查找出漏点。利用氦质谱检漏技术灵活性的特性可有效弥补传统检测方法的不足。

4.2 检测方法

由于氦气作为惰性气体，可在发电机气密试验中，作为示踪气体随同压缩空气一道充入发电机内部，利用氦质谱检测仪检测泄漏出的氦气。

与发电机定冷水箱检测方法相似，可通过移动氦质谱检漏仪探头进行检测。另外，与传统的检测方式不同，使用氦质谱检漏仪探头，无需拆除发电机端盖，可直接深入至发电机密封瓦空侧，直接判断密封瓦间隙是否超标，是否存在泄漏情况，从而避免盲目的拆卸发电机端盖造成的工期延误以及检修资源的浪费。

4.3 检测过程

检修人员在发电机充压至0.4 MPa后，继续向发电机内部充入两瓶氦气（8 L，10 MPa）。随后，对发电机氢气系统涉及的各设备结合处以及汽、励端密封瓦处进行检测。最终在于9号轴承腔室（发电机汽端）内检测到氦气数值为，1.1×10-6 Pa·m3/s，确认发电机汽端密封瓦径向间隙超标，存在泄漏。

解体该密封瓦后，发现密封瓦磨损严重，发电机转子轴颈上有明显划痕，划痕宽约40 mm，最深处达0.3 mm，径向间隙严重超标，与检测判断结果一致。对密封瓦修复以及转子轴径熔覆后，复查该密封瓦无泄漏，发电机气密性试验漏氢量下降至15 m3/h，气密性试验合格。

5 结束语

目前，氦质谱检漏技术一般广泛应用于真空系统查漏。文章的几个案例表明，氦质谱检漏技术凭借其测量精度高、反应灵敏、检测灵活的优势，在火电机组其他系统的检测工作中同样有很好的应用前景。利用氦质谱检漏技术，探寻合适的检测方法，解决火电机组诸多类似的问题，可为电厂检修人员提供新的研究思路。

参考文献

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