氫冷發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)計(jì)算方法及標(biāo)準(zhǔn)

謝尉揚(yáng)

（浙江省電力建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315010）

氫冷及水氫氫冷發(fā)電機(jī)在生產(chǎn)制造、安裝和大修驗(yàn)收時(shí)，都應(yīng)進(jìn)行氣體密封性試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子在安裝前，管道和整套系統(tǒng)在安裝后，均應(yīng)進(jìn)行檢漏試驗(yàn)。

1 氣密性試驗(yàn)基本要求

發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)應(yīng)在整套系統(tǒng)檢漏工作結(jié)束后進(jìn)行，此時(shí)密封油系統(tǒng)的油循環(huán)沖洗合格，油氫差壓調(diào)節(jié)閥工作正常，試驗(yàn)用壓縮空氣經(jīng)過凈化、除油和干燥處理。按照制造廠規(guī)定，試驗(yàn)壓力通常為發(fā)電機(jī)額定工作壓力。試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)在充入發(fā)電機(jī)內(nèi)的氣體壓力達(dá)到試驗(yàn)要求值，且系統(tǒng)內(nèi)部氣溫均勻穩(wěn)定（約需24 h）后開始記錄。試驗(yàn)過程中應(yīng)盡量避免發(fā)電機(jī)周圍的空氣溫度發(fā)生急劇變化，一般要求試驗(yàn)時(shí)間至少24 h。由于發(fā)電機(jī)密封結(jié)構(gòu)不同，各制造廠根據(jù)長期積累的經(jīng)驗(yàn)，采用了不同的發(fā)電機(jī)漏氣量計(jì)算方法和泄漏標(biāo)準(zhǔn)，以下分別進(jìn)行比較和討論。

2 發(fā)電機(jī)漏氣量計(jì)算公式

2.1 通用計(jì)算公式

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，推導(dǎo)出發(fā)電機(jī)漏氣量的通用計(jì)算公式：

式中：ΔVA為絕對大氣壓力P0和環(huán)境溫度為t0狀態(tài)下每晝夜的空氣泄漏量；V為發(fā)電機(jī)充氣容積；P0為給定狀態(tài)下大氣壓力；Δh為正式試驗(yàn)時(shí)間；P1和P2分別為試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)的機(jī)內(nèi)氣體壓力（表壓）；B1和B2分別為試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)的大氣壓力；t1和t2分別為試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)的機(jī)內(nèi)氣體平均溫度。

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL 5011－92《電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》（汽輪機(jī)機(jī)組篇）和DL/T 607－1996《汽輪發(fā)電機(jī)漏水、漏氫的檢驗(yàn)》，機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6227－2005《氫冷電機(jī)氣密封性檢驗(yàn)方法及評定》，以及各發(fā)電機(jī)制造廠的標(biāo)準(zhǔn)普遍采用公式1計(jì)算發(fā)電機(jī)的漏氣量，通常的給定狀態(tài)為大氣壓力0.1013 MPa、環(huán)境溫度20℃。

2.2 GE（通用電氣）技術(shù)發(fā)電機(jī)漏氣量計(jì)算

應(yīng)用GE技術(shù)生產(chǎn)和開發(fā)的發(fā)電機(jī)均采用單流環(huán)密封結(jié)構(gòu)，配備密封油真空箱和真空泵以除去溶解在密封油中的氣體和水分，保證發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體的純度和濕度。溶解到密封油中的氣體量A按公式2計(jì)算。

式中：P為機(jī)內(nèi)氣體絕對壓力；Q為氫氣側(cè)密封油回油總流量；Ca為密封油中空氣的溶解率。

發(fā)電機(jī)的漏氣主要有各密封間隙處的泄漏氣體和溶解到密封油中的空氣，其中溶解到密封油中的氣體是由工藝特點(diǎn)決定的，不受安裝過程控制，因此在計(jì)算發(fā)電機(jī)漏氣量時(shí)要扣除溶解到密封油系統(tǒng)中的氣體量，漏氣量L按公式3計(jì)算。

GE公司和東芝公司均采用公式3計(jì)算發(fā)電機(jī)漏氣量，允許漏氣量標(biāo)準(zhǔn)為L＜1.3 m3/d。但在實(shí)際使用中經(jīng)常出現(xiàn)計(jì)算得到的漏氣量為負(fù)值的情況。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)分析，主要原因是溶解到密封油中的氣體未處于飽和狀態(tài)，按公式2計(jì)算的溶解量較實(shí)際要大，考慮到這一因素，日立公司和東方電機(jī)廠按公式4計(jì)算發(fā)電機(jī)漏氣量。

溶解在密封油中的氣體量取理論計(jì)算值的一半，允許的漏氣量標(biāo)準(zhǔn)為L＜1 m3/d。東方電機(jī)廠還規(guī)定當(dāng)機(jī)內(nèi)壓力小于3 kg/cm2時(shí)，直接利用公式1計(jì)算氣體泄漏量，允許的漏氣量標(biāo)準(zhǔn)不變。

以東方電機(jī)廠生產(chǎn)的臺(tái)州發(fā)電廠10號(hào)發(fā)電機(jī)組（300 MW）為例，額定氫壓為0.25 MPa，直接利用公式1計(jì)算氣體泄漏量。在某次A修中，第一次測量漏氣量不合格。查漏處理后，第二次測得漏空氣量為1.41 m3/d，大于制造廠標(biāo)準(zhǔn)，但滿足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，故未繼續(xù)查漏處理。機(jī)組復(fù)役后實(shí)際測試漏氫氣量為6.2 m3/d，說明制造廠對300 MW發(fā)電機(jī)組的漏氣標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格。

2.3 WH（西屋）技術(shù)發(fā)電機(jī)漏氣量計(jì)算

應(yīng)用WH技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)，如上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司，采用雙流環(huán)密封結(jié)構(gòu)，密封油系統(tǒng)是相對獨(dú)立的閉環(huán)系統(tǒng)，長期運(yùn)行后氣體在密封油中的溶解已處于飽和狀態(tài)，試驗(yàn)期間不需要再考慮發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體溶解到密封油的因素。發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)采用斜式壓差計(jì)測量機(jī)內(nèi)氣體壓降，制造廠提供公式5計(jì)算漏氣量。

式中：ΔP為試驗(yàn)期間機(jī)內(nèi)氣體壓降。

公式5實(shí)際上是以環(huán)境溫度20℃時(shí)對公式1進(jìn)行簡化得到的，推薦試驗(yàn)時(shí)間為24 h。為減小測量誤差，溫度變化盡可能控制在1℃內(nèi)。當(dāng)環(huán)境溫度不是20℃時(shí)，最好應(yīng)用公式1計(jì)算漏氣量。對于額定氫壓為0.4 MPa的600 WM發(fā)電機(jī)，允許的泄漏量標(biāo)準(zhǔn)為L＜2.1 m3/d。對于額定氫壓為0.31 MPa的300 WM發(fā)電機(jī)，允許的泄漏量標(biāo)準(zhǔn)為 L＜1.7 m3/d。

2.4 SIEMENS技術(shù)發(fā)電機(jī)漏氣量計(jì)算

應(yīng)用SIEMENS（西門子）技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)為單流環(huán)密封結(jié)構(gòu)，氣密性試驗(yàn)時(shí)間規(guī)定不少于48 h，試驗(yàn)期間密封油真空泵不工作，采用公式1計(jì)算發(fā)電機(jī)的總漏氣量。由于密封油對空氣的溶解和攜帶作用，部分氣體將逸出到密封油真空油箱中，該部分氣體損失可以通過增壓試驗(yàn)來確定，即在氣密性試驗(yàn)時(shí)測量真空油箱中的壓力增高值，用公式6計(jì)算這部分氣體損失。

式中：Z為試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間（使真空油箱氣體壓力上升約10 kPa）；VT為真空油箱中的自由容積；ΔP為試驗(yàn)期間（Z）真空油箱中的增壓；T為試驗(yàn)期間真空油箱中的空氣溫度。

扣除逸出到真空油箱中的氣體損失，按公式3計(jì)算漏氣量，允許的漏氣量標(biāo)準(zhǔn)為L＜1.5 m3/d。以北侖發(fā)電廠三期工程2×1000 MW汽輪發(fā)電機(jī)組（采用西門子技術(shù)）為例，在安裝階段進(jìn)行發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)，按照公式1，6和3計(jì)算，6號(hào)機(jī)漏空氣量為1.42 m3/d，7號(hào)機(jī)漏空氣量為1.37 m3/d，均滿足漏氣量標(biāo)準(zhǔn)。在機(jī)組168 h滿負(fù)荷試運(yùn)行階段進(jìn)行實(shí)際漏氫氣量測試，6號(hào)機(jī)漏氫氣量為9.97 m3/d，7號(hào)機(jī)漏氫氣量為8.81 m3/d。

2.5 ALSTOM技術(shù)發(fā)電機(jī)漏氣量計(jì)算

應(yīng)用ALSTOM（阿爾斯通）技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)采用單流環(huán)密封結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)，測量相關(guān)數(shù)據(jù)，按公式7計(jì)算發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體壓降。

對于額定氫壓為0.4 MPa的600 MW發(fā)電機(jī)（機(jī)內(nèi)氣體容積100 m3），規(guī)定24 h氣體壓降ΔP＜1 kPa，應(yīng)用公式 1計(jì)算，漏氣量為 1 m3/d。ALSTOM公司在收購ABB公司后，生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)采用三流環(huán)密封結(jié)構(gòu)，氣密性試驗(yàn)時(shí)仍按公式7計(jì)算機(jī)內(nèi)氣體壓降，但控制的是壓降率，即泄漏率，δ＝ΔP/P1×100%，允許壓降率為 0.2%+0.1%×P1，該標(biāo)準(zhǔn)比原標(biāo)準(zhǔn)的要求降低了許多。

3 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

（1）電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL 5011-92《電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》（汽輪機(jī)機(jī)組篇）附錄J中規(guī)定：發(fā)電機(jī)額定氫氣壓力大于0.4～0.6 MPa時(shí)，發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)氣密性試驗(yàn)允許漏氣量參考值為4.3 m3/d。

（2）原國家電力公司《汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程》（1999年版）規(guī)定了整體氣密性試驗(yàn)每晝夜最大允許漏氣量，見表1。

表1 整體氣密性試驗(yàn)每晝夜最大允許漏氣量

（3）電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T 607-1996《汽輪發(fā)電機(jī)漏水、漏氫的檢驗(yàn)》中規(guī)定交接試驗(yàn)時(shí)的每晝夜最大允許空氣泄漏量見表2。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了大修后氫冷系統(tǒng)每晝夜最大允許空氣泄漏量，其數(shù)值約為表2相應(yīng)數(shù)值的1.3倍。

表2 交接試驗(yàn)每晝夜最大允許漏氣量

（4）機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 6227-2005《氫冷電機(jī)氣密封性檢驗(yàn)方法及評定》中規(guī)定的整套系統(tǒng)氣密性試驗(yàn)時(shí)的每晝夜最大允許漏空氣量標(biāo)準(zhǔn)與表2一致。

4 結(jié)語

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL 5011-92《電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》（汽輪機(jī)機(jī)組篇）和原國家電力公司《汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程》（1999年版）對發(fā)電機(jī)漏氣量要求較低，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 607-1996《汽輪發(fā)電機(jī)漏水、漏氫的檢驗(yàn)》和機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6227-2005《氫冷電機(jī)氣密封性檢驗(yàn)方法及評定》對發(fā)電機(jī)漏氣量要求有所提高，各發(fā)電機(jī)制造廠的標(biāo)準(zhǔn)明顯高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于漏氫氣量與漏空氣量之間存在約3.8倍的換算關(guān)系，因而在安裝或大修過程中應(yīng)努力降低漏空氣量水平，達(dá)到制造廠標(biāo)準(zhǔn)，以盡量減少發(fā)電機(jī)的漏氫量。需要說明的是發(fā)電機(jī)的實(shí)際漏氫量往往不等于氣密性試驗(yàn)時(shí)漏氣量的3.8倍，因?yàn)槁淞勘旧戆瑥母髅芊忾g隙泄漏的氫氣量和溶解到密封油中的氫氣量，只有從各密封間隙泄漏的氣體量符合3.8倍的關(guān)系，而溶解到密封油中的氫氣在工作溫度范圍內(nèi)的溶解率低于空氣。另一方面，氫氣分子很小，比空氣具有更強(qiáng)的穿透性，也可能會(huì)出現(xiàn)新的漏點(diǎn)。工程中經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)合格而實(shí)際運(yùn)行中漏氫量超過標(biāo)準(zhǔn)的情況，說明目前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及制造廠標(biāo)準(zhǔn)仍有待提高。

[1] DL 5011-92.電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范（汽輪機(jī)機(jī)組篇）[S].北京：水利電力出版社，1993.

[2] DL/T 607-1996汽輪發(fā)電機(jī)漏水、漏氫的檢驗(yàn)[S].北京：中國電力出版社，1997.

[3] 原國家電力公司.汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程（1999年版）[S].北京：中國電力出版社，2002.

[4] JB/T 6227-2005氫冷電機(jī)氣密封性檢驗(yàn)方法及評定[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[5] 謝尉揚(yáng)，徐明.發(fā)電機(jī)嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果分析[J].浙江電力，2000，19（3）∶6-9.

[6] 謝尉揚(yáng).發(fā)電機(jī)漏氫標(biāo)準(zhǔn)討論[J].電力建設(shè)，2008，29（2）∶67-69.

[7] 謝尉揚(yáng).氫冷發(fā)電機(jī)密封結(jié)構(gòu)與漏氫量關(guān)系分析[J].浙江電力，2008，27（3）∶33-36.