氦质谱技术在660MW机组凝汽器微漏检测中的应用
余天龙1 田丰1 林诗庄2 陈运强2
1.广东省电力试验研究所，广州 510600 2.沙角发电总厂C厂
沙角发电总厂C厂3×660 MW机组是目前全国单机容量最大的火电机组，其机、电设备由英法合资公司GEC-ALSTHOM公司提供。机组凝汽器采用海水开式循环冷却。机组投产后凝汽器运行状态一直良好，至1997年12月下旬，3号机组凝汽器水质突然恶化，Na+质量浓度达95 μg/L、阳电导率达1.69 μs/cm、溶氧量达31 μg/L，超过控制标准，电厂人员利用凝汽器单侧运行的检测方法，判断出泄漏发生在凝汽器A侧。为保证机组设备的安全，电厂采取凝汽器单(B)侧运行，限制机组出力等安全措施，其后电厂有关部门采用烟气法、泡沫法、薄膜法等传统方法进一步检漏，但因漏点小，虽历时近一周，仍然无法找到漏点所在。广东电力试验研究所得知此情况后，立即派专业人员进驻现场，研究对策，在电厂检修人员的积极配合下，利用先进的UL100-PLUS氦质谱检漏仪，运用相对漏率模糊判定法与二分排除法相结合的科学诊断方法，仅用4 h的时间，就完成凝汽器的查漏工作，正确诊断出所有漏点所在。
1 检漏方案的确定
目前，凝汽器检漏的方法较多，各有其优缺点。超声波检漏法被认为是不停机检漏的首选方法，该方法具有速度快、响应及时、检测方便等优点，但要求检测员具有丰富的经验，排除复杂的背景超声，且其精度只与泡沫检漏法相当。3号机组凝汽器为单流程，管室容积大，管数多，钛管长，现场超声背景非常复杂。鉴于曾用传统方法检测不出结果，且据化学水分析资料显示，凝结水水质指标是缓慢变坏的，同时由于机组设备新，所以认为，漏点应不会太多，漏点漏率比较小，且漏点可能在凝汽器深处，用超声波检漏法检漏难有满意效果。
另一方面，氦质谱技术检漏法精度高，能满足检漏精度要求，据美国电力试验研究所所做的试验称，该方法能检测出漏量为5.67×10-7m3/min的漏点，但是普遍认为该方法费时且容易混淆。所以要采用此方法，必须解决其被普遍认为费时且容易混淆的问题。据以上分析显示，漏点应不会太多，只要在检测过程中，运用一些新的检漏技巧，运用相对漏率模糊判定法与二分排除法相结合的科学诊断方法，应能解决其被普遍认为费时且容易混淆的难题，取得满意的检漏效果。
2 氦质谱技术检漏原理及方法
2.1 氦质谱技术检漏原理
在可疑区域(检测工作面)注入检测用示踪气体氦气，氦气在凝汽器真空负压的作用下经漏点迅速进入真空系统，随真空系统的不凝结气体经真空泵排向大气，利用高精度的UL100-PLUS氦质谱检漏仪在真空泵出口取样分析，检测出氦气的含量，从而判断被测区域是否存在漏点及漏点大小。
2.2 氦质谱技术检漏方法
2.2.1 二分排除法
二分排除法是利用涂布薄膜，每次覆盖1/2检测工作面，以相对漏率模糊判定法，逐次缩小可疑泄漏区域，最终找出漏点所在的方法。
2.2.2 相对漏率模糊判定法
相对漏率模糊判定法是每次在可疑区域(检测工作面)注入等量的氦气，利用UL100-PLUS氦质谱检漏仪检测到的漏率峰值相对大小变化，判断当次被检测区域的漏点数的变化。若漏率峰值明显变小，则当次被检测区域的漏点数比上次被检测区域的漏点数少，即有漏点被上次涂布的薄膜所覆盖；若漏率峰值基本不变，则上一次被检测区域的相对较大的漏点集中在当次被检测区域，即没有相对较大的漏点被上次涂布的薄膜所覆盖；若漏率峰值不变，则上一次被检测区域的漏点集中在当次被检测区域，即没有漏点被上次涂布的薄膜所覆盖。
3 检测实施步骤
3.1 测定响应时间
响应时间是指从在检测工作面注入氦气，氦气经漏点进入真空系统，至信号被UL100-PLUS氦质谱检漏仪检测到所需的时间。响应时间分为初值响应时间和峰值响应时间。初值响应时间与漏点的位置有关，初值响应时间愈短，表明漏点落在或愈靠近检测工作面；而峰值响应时间则与漏点的大小和氦气的注入量有关。响应时间的测定结果见表1和表2。
3.2 确定检测工作面
检测工作面是指在实施检测过程中，涂布薄膜注入氦气的平面。检测工作面的选择原则是尽量使所有的漏点落在或靠近检测工作面，所以应该选择初值响应时间短，漏率峰值大的平面作为检测工作面。确定检测工作面的过程记录见表1。
由表1数据可知，凝汽器1A侧水室无泄漏，2A侧水室漏点比较靠近炉侧管板，根据检测工作面的选择原则，应选择2A侧水室炉侧管板作为检测工作面。
表1 检测工作面的确定过程记录
凝汽器水室
初值响应
时间/s
峰值响应
时间/s
漏率峰值/
(10-8Pa.L.s-1)
炉侧管板(1A侧)
∞
∞
0
外墙侧管板(1A侧)
∞
∞
0
炉侧管板(2A侧)
12
35
211
外墙侧管板(2A侧)
64
182
52
3.3 实施检测
在确定检测工作面和测定响应时间后，采用二分排除法逐渐缩小可疑区域，运用相对漏率模糊判定法及其他一系列技巧，最后找出所有3个漏点所在。3个漏点的性质见表2。
通过分析表2数据可知，漏点1较其它漏点初值响应时间短、峰值响应时间短、漏率峰值大，因而其漏孔较其它的大，且靠近检测工作面(即炉侧管板)；漏点3较其它漏点初值响应时间长、峰值响应时间长、漏率峰值小，因而其漏孔较其他的小，且最远离检测工作面(即炉侧管板)；漏点2与漏点1的初值响应时间相当但是其漏率峰值较小，因而其漏孔虽然较靠近检测工作面(即炉侧管板)，但较漏点1小得多。
表2 漏点性质表
漏点序号
初值响应
时间/s
峰值响应
时间/s
漏率峰值/
(10-8Pa.L.s-1)
1
12
35
200
2
13
42
16
3
18
57
1.5
4 检测技巧
在整个检漏过程中，注意分析比较，总结出实用的相对漏率模糊判定法及一些检测技巧，并将其灵活运用到检漏工作中，从而大大缩短了检漏时间，提高了检漏效率。
4.1 选取家庭用密封薄膜作涂布用的薄膜
因检测是在机组半负荷情况下进行的，水室内特别是上部管板温度高，薄膜容易与管板脱离而造成混淆，所以不应选择惯用的农用或工业用薄膜，而应选择重量轻、粘贴性好的家庭用密封薄膜。实践证明，家庭用密封薄膜的效果较为理想。
4.2 每次应以同一方式注入等量氦气
为了能用初值响应时间来判断漏点的相对物理位置，缩短检测时间，初值响应时间的测量必须较准确，所以要求氦气每次以同一的方向，注入同一部位(管板底部)。另外，为了能用峰值响应时间和漏率峰值来判断漏点的分布和大小，氦气的每次注入量应相当。
4.3 考虑初值响应时间
因初值响应时间与漏点和氦气注入点的相对位置有关，所以利用相对漏率模糊判定法判断漏点的存在时，比较每次所测的初值响应时间，从而判断漏点的大概位置，减少工作量。
4.4 考虑漏率微增情况
在检测过程中，有时会出现当次相对漏率与上一次相比微增的情况，这时可以肯定，上一次被检测区域的所有漏点未被薄膜覆盖，仍然落在当次被检测区域。
5 结束语
漏点处理后，凝汽器恢复通水，3号机组凝汽器水质指标迅速回复正常，Na+质量浓度、阳电导率、溶氧量等指标在三台机组中最低，均在控制值以下。至今，3号机组凝汽器运行状态良好。
目前，氦质谱检漏技术在机组的真空系统检漏方面应用较多，但是，UL100-PLUS氦质谱检漏仪在这方面应用，远未发挥其漏率测量精度高(达10-8 Pa。L/s)的优势。随着大型机组的不断增多，利用氦质谱技术结合科学诊断方法，迅速解决大型机组的凝汽器微漏问题，正是氦质谱检漏技术应用的新领域。
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