淺談AP1000核電密封油系統(tǒng)對氫氣純度的影響分析

張斌

摘 要：AP1000核電發(fā)電機組采用雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)，在運行過程中普遍存在氫氣純度下降快，補氫量大和氫氣純度參數(shù)只能維持在較低狀態(tài)下的問題，影響機組的安全性和經(jīng)濟性。本文從設備結構以及系統(tǒng)設計方面進行深入分析，論述密封油系統(tǒng)與氫氣純度的關系，找出導致氫氣純度下降的根本原因，并提出可行的改善措施，對分析處理同類核電機組可能出現(xiàn)的類似問題具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：核電 雙流環(huán) 密封瓦 氫氣純度

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）01（b）-0000-00

引言：AP1000核電依托項目汽輪發(fā)電機組由哈動--三菱聯(lián)合體供貨，發(fā)電機為半速轉機，轉速為1500RPM。發(fā)電機冷卻方式為水氫氫冷卻，氫氣冷卻可有效降低發(fā)電機繞組熱損耗從而提高發(fā)電效率，但氫氣純度過低會影響發(fā)電機組的安全性和經(jīng)濟性。發(fā)電機采用雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)，可以防止氫氣從發(fā)電機軸端泄露，阻止外部空氣進入發(fā)電機內，從而保持發(fā)電機線圈干燥，維持氫氣的高純度。

1 密封油系統(tǒng)及設備簡介

1. 密封氫氣原理：

雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)通過軸頸與環(huán)式密封瓦氫氣側與空氣側之間的油流阻止氫氣外逸。雙流即密封瓦的氫氣側與空氣側各有獨立的油回路，當兩路密封油經(jīng)過密封支座上各自的油道，進入雙流密封瓦中各自的油槽時，平衡閥控制氫側進油系統(tǒng)使氫側油壓與空側油壓維持均衡，各自從軸頸表面分別流向氫側和空側，達到密封氫氣的作用。

2. 密封油系統(tǒng)簡介：

（1）空側密封油油路：空側回油密封箱接受發(fā)電機軸承回油和從軸封來的空側密封油回油。它配備有兩個排油管，一個向空側密封油泵吸入口供油，另一個將一些密封油和軸承油排向汽機潤滑油主油箱?？諅让芊庥蛪毫τ煽諅让芊庥捅贸隹谀腹苌系膲翰钫{節(jié)閥維持比氫氣壓力高85KPa。（2）氫側密封油油路：氫側密封油泵從氫側回油調節(jié)箱吸油，密封油依次經(jīng)過冷油器、過濾器、壓力平衡閥，流入密封瓦的氫側密封內槽，然后向發(fā)電機內側流動，排向位于密封瓦下面的消泡箱，在消泡箱密封油吸收的部分氫氣會釋放出來，密封油從消泡箱流出后回到氫側回油調節(jié)箱。（3）密封油真空處理單元：密封油真空處理單元接收空側密封油子系統(tǒng)的密封油，將油中的氣體和水分離出來，再向氫側回油調節(jié)箱供應經(jīng)真空處理的油。即使真空處理單元發(fā)生故障，發(fā)電機也可以依靠密封油系統(tǒng)保持連續(xù)運行。

2 氫氣純度低的影響

采用雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)的發(fā)電機在運行過程中普遍存在氫氣純度下降快，補氫量大和氫氣純度參數(shù)只能維持在較低狀態(tài)下的問題。氫氣純度過低會對發(fā)電機組造成下列影響：

1.如果氫氣純度下降至4%--74%，可能引起氫氣爆炸；2.有害氣體會造成絕緣老化、鐵芯及金屬部件的腐蝕；3.氫氣純度下降會導致冷卻效率降低，造成發(fā)電機內構件的局部過熱；4.氫氣純度下降，氣體密度增大，會增加發(fā)電機的通風損耗，降低發(fā)電機的運行效率；5.為提高氫氣純度，需要進行排氫——補氫操作，增加工作量和耗氫量，影響發(fā)電機組的運行經(jīng)濟性和安全性。

3 氫氣純度下降的原因分析

3.1 影響發(fā)電機氫氣純度下降的根本原因：

正常運行氫壓為0.53-0.585MPA（表壓），外界空氣無法進入發(fā)電機，使氫氣純度降低的根本原因是氫側油與空側油的交換，將油中溶解的空氣帶入發(fā)電機內造成的，其交換點在密封瓦和氫側密封油箱兩處。交換過程如下：當空側密封油壓力高于氫側密封油壓力時，空側密封油在密封瓦處向氫側竄油，空側密封油中含有的空氣和水份等進人發(fā)電機消泡箱內，空氣在消泡箱內擴容后逸入發(fā)電機內從而降低氫氣純度。由于空側油竄向氫側，氫側回油箱油位升高使排油閥打開，將多余的氫側油排向空側密封油泵入口。當氫側密封油壓力高于空側密封油壓力時，氫側密封油在密封瓦處竄向空側，導致氫側密封油箱油位下降，補油閥自動打開，含有空氣和水份的空側密封油通過補油閥進人氫側密封油箱，經(jīng)油泵進人密封瓦后，空氣在消泡箱內擴容進入發(fā)電機。由此可見，不管是空側壓力高于氫側壓力，還是氫側壓力高于空側壓力，都將導致空氫側之間竄油，使含有空氣和水份的空側密封油竄入氫側，長期運行必將導致氫氣純度惡化。

3.2 空側與氫側竄油的原因

根據(jù)雙流環(huán)密封瓦設計原理，只有維持密封瓦內空側密封油與氫側密封油壓力平衡，減少空、氫側密封油交換，才能防止空側油系統(tǒng)中夾帶的空氣等進入氫側密封油系統(tǒng)。運行過程中由于受平衡閥調節(jié)精度、設備結構、運行狀態(tài)參數(shù)變化等因素的影響很難控制空側密封油和氫側密封油壓力的平衡，不可避免的使空側油與氫側油之間相互竄油。造成空氫側密封油壓力不平衡主要原因有：

（1）平衡閥調節(jié)精度。由于平衡閥活塞和油缸之間間隙很小，稍有雜質就可能造成活塞的運動阻力增大，甚至卡死，致使平衡閥調節(jié)精度變差，不能有效維持空、氫側密封油壓力的平衡，造成竄油量增大，從而使發(fā)電機氫氣純度下降。（2）平衡閥的空、氫側密封油壓力信號測點存在誤差。由于設備結構的原因，目前只能測量密封瓦上空、氫側密封油進油處的壓力作為平衡閥的調節(jié)信號，而不是密封瓦與轉軸之間的實際壓力，因此必然造成測量誤差，使平衡閥不能有效維持空、氫側密封油壓力的平衡，從而引起空、氫側竄油量的增大而降低發(fā)電機純度。由以上原因可以看出，空氫側存在竄油是不可避免的。由于受平衡閥調節(jié)精度、設備結構、運行狀態(tài)參數(shù)的變化等因素的影響，使空氫側竄油量的多少不容易控制，就會出現(xiàn)運行調整后情況較好，一段時間后又變差的情況，使發(fā)電機的氫氣純度不能維持在較高的純度下運行，降低發(fā)電機運行的效率和安全性。

4 防止措施

經(jīng)以上分析可知密封油的空氫側竄油是不可避免，為防止氫側密封油品質惡化，可采取下列措施：

1.保障密封油真空處理單元正常運行

正常運行時，維持軸封密封環(huán)處的氫側密封油壓力比空側密封油壓力略高，并維持二者壓差恒定，使得少量的氫側密封油向外流向空側密封油子系統(tǒng)。這將導致氫側回油調節(jié)箱的油位下降，部分經(jīng)過真空處理單元處理過的空側密封油通過供油泵供入氫側回油調節(jié)箱，補償氫側減少的油量。與未經(jīng)處理的空側密封油相比，經(jīng)真空處理的空側密封油不含任何空氣和水分，可以維持氫氣純度高于98%。

2.采用高精度密封油濾網(wǎng)，確保油質符合要求

由于密封油中的微小顆粒與密封瓦及軸頸的相對流動產(chǎn)生研磨，加劇密封瓦與軸頸的磨損，導致運行密封瓦間隙增大。密封油流中的微小顆粒還會造成平衡閥卡澀，油壓自動控制失靈。建議采用過濾精度更高的濾網(wǎng)或采用過濾效果比刮片式濾網(wǎng)更好的纖維式濾網(wǎng)。

3.適當降低密封油溫度

（1）密封油溫度下降會冷卻密封瓦，使發(fā)電機軸與密封瓦之間的間隙變小，減少密封油流量，從而降低密封油攜帶空氣的總量。（2）密封油溫度下降會增大油的粘性，減少密封油流量，降低密封油攜帶空氣總量。（3）在不影響機組振動的情況下，保持較低的密封油溫度，能夠降低氫氣純度下降的速度，減少經(jīng)常補排氫產(chǎn)生的耗氫量。

5結語

發(fā)電機氫氣純度下降較快是雙流環(huán)密封油系統(tǒng)共有的問題，在運行時如果出現(xiàn)氫氣純度下降問題，除了對密封油系統(tǒng)的運行參數(shù)進行調整外，更應該有效保障密封油真空處理單元的正常運行，可以最大限度地減少有害氣體對氫氣純度的影響，長期維持發(fā)電機組的正常運行。

參考文獻

[1] 丁勇富，陳懇.發(fā)電機氫氣純度下降原因分析及處理[J].電站系統(tǒng)工程，2009（5）：39-40.

[2] 顧軍.氫氣密封油系統(tǒng)[J].AP1000核電廠系統(tǒng)與設備，2010（5）：310-315.

[3] 胡曉輝.雙流環(huán)發(fā)電機氫氣純度下降的原因分析[J].華電技術， 2008.30（7）：14-16.