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发电冷凝器的超声波泄漏检测

应用
美国有 90%的发电厂由煤炭,核材料,天然气和石油提供燃料。 这些热电厂使用不同类型的燃料来煮沸水并产生蒸汽,从而使涡轮机转动以产生电力。
一旦蒸汽通过涡轮机,必须将其冷却回水中以供冷凝器再利用。 来自涡轮机的排出蒸汽通过将热量传递给冷凝器冷却剂(通常为冷水)而冷凝回水中。
常见的冷凝器是表面冷凝器,也称为水冷壳管式热交换器。
冷凝器的第二功能是通过保持适当的真空来最大化涡轮机效率。因此,降低冷凝器的操作压力(即增加真空度),通过增加膨胀蒸汽的焓降来增加涡轮机的电输出。在最高真空下操作冷凝器可提高工厂效率,使工厂能够产生更多电力。
当冷凝器中发生真空泄漏时,引入必须排出的不可冷凝气体。 气体增加了操作压力,从而降低了涡轮机的输出和效率。 这些气体还会降低蒸汽向冷却剂的传热,并可能导致发电机腐蚀.
现行测试方法
在发电厂中使用了几种泄漏测试方法,但最常用的方法是氦气泄漏测试。 对于真空测试,使用高真空泵和前级泵来排空大多数气体的系统。 这为质谱仪创造了合适的条件。 气体通过质谱仪中的磁场被电离和加速,质谱仪按质量分离气体分子。 这种分离允许检测极少量的氦。 通过在冷凝器的真空部分周围喷射将氦气引入冷凝器系统。 质谱仪放置在提取器的气体出口处或冷凝器的真空区域内的其他位置处。 对于压力测试,将氦气引入系统,并在外部使用嗅探探头来探测逃逸的氦气。
氦气泄漏测试提供多种优势,包括灵敏度(10-5 至 10-7 毫升/秒),泄漏率测量,一旦发现密封泄漏的能力,以及正常工厂运行期间的泄漏测试。但是,氦气泄漏测试有几个缺点:
•结果取决于运营商。
•设备需要经常校准。
•质谱仪在腐蚀性环境中容易损坏。
•使用一个或多个泵,以及质谱仪或嗅探器可能需要两个人。
•如果多个泄漏太靠近,可能会相互掩盖多个泄漏。
•在到达嗅探器之前,氦气可能被膜内部堵塞或通过打开的阀门泄漏。
超声:
一种替代测试方法由于技术改进,超声检测已成为真空泄漏检测的替代方法。 经过NASA 在国际空间站上的测试和使用,超声检测技术现在能够检测所有湍流气体和真空泄漏。 许多发电厂使用超声波进行冷凝器泄漏检测。
例如,在中国的发电厂中,超声波通过为期三年的试点计划进行测试,以发现冷凝器泄漏,从而提高工厂效率和发电量。百分之二十五的中国发电厂参加了测试,取得了良好的效果。 决定建立一个永久性的计划,让所有中国电厂人都有机会参与进展。

超声波检测器通过检测由压力或真空泄漏的湍流产生的超声波来工作。当气体或液体从一个较高压力系统逸出到较低压力侧时,分子变得搅动。湍流在从大约 20Hz 到100kHz 的频谱上产生声压变化。泄漏源处的声音的幅度或强度取决于许多因素,包括压差,定向辐射图,湿度,温度和裂缝的物理特性。
超声波探测器使用对 40 kHz 附近的压力变化最敏感的换能器。检测到的超声波被转换为听觉范围(标称 20 Hz – 20 kHz)并输出到耳机。技术人员可以清楚地听到泄漏的经过转换,放大,过滤的声音。由制造环境或发电厂产生的 40kHz 以外的任何声音都被超声检测器固有地忽略。因此,泄漏可以很容易地位于任何嘈杂的环境中。
超声波检测泄漏的其他优点包括:
•易于使用- 只需调节小型手持式接收器的灵敏度,即可定位并查明泄漏点;快速扫描距离最远 300 英尺的区域
•方向性- 由于低振幅和短波长,超声波以线性路径传播,不会绕角落或反射;泄漏不容易掩盖
•无校准- 超声波用于指示和定位,而不是泄漏测量。探测器坚固耐用,适用于包括发电厂在内的大多数腐蚀性环境
•灵敏度- 对技术的改进使得能够更快地找到泄漏并且更有信心,以使冷凝器系统在正常甚至改进的真空水平下运行,从而提高动力涡轮效率
•成本- 冷凝器泄漏检测所需的高端超声波探测器的成本比氦气泄漏检测系统的成本低三到五倍,需要的培训更少,使用起来更快。在许多部署超声波的发电厂中,技术人员全职使用扫描冷凝器,交换器和多个其他系统进行超声波检测。发电量提高 0.01%,可在几天内为技术的集成和人力提供支持。
案例研究:超声波发现电厂风冷式冷凝器泄漏
一组工程师接受了使用超声波在带有空气冷凝器的发电厂中进行泄漏检测的 培训。 一天的检查发现管顶部,内管和管接头处有几处真空泄漏。 泄漏得到修复; 将真空系统背压从 27 kPa 提高到 9 kPA(电厂冷凝器设计值为 13.7 kPa)。 增加的真空压力不仅提高了冷凝器系统的运行效率,而且每年减少了17,000 吨的煤耗。 仅储蓄就是 220 万美元。 发电厂的发电量也有所增加。
利用超声检测技术
当检测器不用于冷凝器真空泄漏检测时,发电厂可以利用拥有超声波技术的优势,将其应用于各种部门和系统。超声波由各种来源产生,可用于蒸汽疏水阀和阀门,基于状态的监测和电气检查。探测器不会仅检测到泄漏;它是一个超声波探测器。
基于状态监测关键轴承,电机和齿轮箱,用于指示润滑不足,过度润滑和过度磨损,这是对红外和振动分析的补充。超声波优于其他预测技术,因为在任何可听振动,加速度或热量指示之前,故障首先出现在超声波范围内(约40 kHz)。另外,超声波非常快速地衰减,允许用户精确地确定哪个部件产生不良超声波。超声波还用于诊断阀门和蒸汽疏水阀。使用超声波接收器和坚固的探头附件接触阀门的外壳。如果阀门或蒸汽疏水阀关闭,则不应通过耳机听到超声波。如果听到声音,则会发生内部旁路泄漏。
还可以测试电气系统的电弧放电,跟踪或电晕放电产生的超声波。红外线用于指示过大的电阻和负载异常,但超声波用于指示泄漏电压,这可能通过产生射频干扰(RFI)或甚至导致变压器,继电器和开关设备的灾难性故障而造成麻烦。通过耳机发出嘶嘶声或嗡嗡声是失败的早期迹象。像煎蛋一样的声音表明即将发生灾难性的失败。

结论
提高发电效率和输出是满足不断增长的用电需求的必要条件。 冷凝器中的泄漏检测可以对产生的电量产生积极影响。氦气泄漏检测是一种非常灵敏的方法,可以在冷凝器系统中找到最小的真空或加压泄漏。 然而,超声探测器的灵敏度和信噪比的技术改进提供了更快,更便携的替代方案。 应考虑将超声技术集成到日常维护和可靠性任务中,以提高发电厂的发电量。

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