某M310機(jī)組發(fā)電機(jī)氫氣查漏分析

馬省委 胡 彪

(福建福清核電有限公司 福建福州 350318)

2020年2月末，某M310機(jī)組發(fā)電機(jī)氫氣泄漏量達(dá)到17Nm3/D（標(biāo)準(zhǔn)立方米每天），接近廠家規(guī)定的限值18Nm3/D，隨后泄漏量不斷增大，期間發(fā)電機(jī)氫氣泄漏量在22-28Nm3/D范圍內(nèi)波動(dòng)，開(kāi)展查漏工作中發(fā)現(xiàn)GRV（發(fā)電機(jī)氫氣供應(yīng)系統(tǒng)）系統(tǒng)的旁通閥、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁端端蓋等幾處漏點(diǎn)，在對(duì)漏點(diǎn)處理后發(fā)電機(jī)氫氣泄漏量無(wú)明顯改善，3月初發(fā)電機(jī)氫氣泄漏量達(dá)到38Nm3/D，并有增大趨勢(shì)，核電廠結(jié)合電網(wǎng)調(diào)停計(jì)劃，安排對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢修，對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行處理后氫氣泄漏量恢復(fù)正常。

一、簡(jiǎn)介

（一）發(fā)電機(jī)

某M310機(jī)組使用的1150MW核能發(fā)電機(jī)，系東方電機(jī)廠與法國(guó)Alstom公司合作生產(chǎn)的大型四極半轉(zhuǎn)速同步發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)的冷卻型式為，定子線圈采用水內(nèi)冷卻，定子鐵芯及端部結(jié)構(gòu)件采用氫氣外冷卻，轉(zhuǎn)子線圈采用氫氣內(nèi)冷卻的“水氫氫”冷卻方式。發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣壓力為300KPa，該工況下的泄漏量應(yīng)小于等于18Nm3/D。

發(fā)電機(jī)本體通風(fēng)總體上采用單風(fēng)區(qū)設(shè)計(jì)，冷卻定子鐵芯的氫氣主要來(lái)自氣隙口部，其余來(lái)自冷卻轉(zhuǎn)子后排出的氣體。兩股氫氣在氣隙內(nèi)混合后通過(guò)鐵芯段間的徑向風(fēng)道在冷卻鐵芯后從背部排出。熱氫氣再經(jīng)過(guò)設(shè)在機(jī)座頂部、底部的4個(gè)風(fēng)道回到氫氣冷卻器，溫度降低后重復(fù)循環(huán)。

（二）氫氣泄漏類(lèi)型

發(fā)電機(jī)氫氣泄漏整體上可以分為內(nèi)漏和外漏兩種類(lèi)型。

內(nèi)漏主要包括：定子線圈水回路；轉(zhuǎn)子導(dǎo)電桿及導(dǎo)電螺釘；氫氣冷卻器；油密封；出線套管；安裝在發(fā)電機(jī)定子機(jī)座上的監(jiān)測(cè)儀表、儀器內(nèi)漏；氫氣控制系統(tǒng)管路上的閥門(mén)、儀表、設(shè)備存在內(nèi)漏現(xiàn)象。

外漏主要包括：定子機(jī)座以及機(jī)座上的各處焊縫、人孔門(mén)；發(fā)電機(jī)與外部管路連接法蘭處、出線套管與出線罩把合部位；氫氣冷卻器與機(jī)座把合面；發(fā)電機(jī)測(cè)溫插座、定子端部及出線測(cè)振法蘭處；端蓋與機(jī)座把合面，端蓋水平合縫面；發(fā)電機(jī)與輔助系統(tǒng)各連接部位及輔助系統(tǒng)管道上的儀表、閥門(mén)以及各連接部位等。和發(fā)電機(jī)相連的氫氣可能泄漏到的輔助系統(tǒng)有GST（發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)）系統(tǒng)、GHE（發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)）系統(tǒng)、GGR（汽機(jī)潤(rùn)滑、頂軸和盤(pán)車(chē)系統(tǒng)）系統(tǒng)[1][2]。

二、查漏分析

某M310機(jī)組每天會(huì)進(jìn)行發(fā)電機(jī)氫氣泄漏量的計(jì)算，但是每個(gè)班組選取的時(shí)間段、時(shí)長(zhǎng)以及開(kāi)始計(jì)算時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣壓力可能各不相同，導(dǎo)致計(jì)算出的氫氣泄漏量會(huì)有所偏差，可比較性差。通過(guò)將計(jì)算氫氣泄漏量時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力、時(shí)長(zhǎng)等進(jìn)行統(tǒng)一，再進(jìn)行計(jì)算的數(shù)據(jù)能夠較客觀地反映氫氣泄漏量的變化趨勢(shì)。

從2月末到發(fā)電機(jī)停機(jī)當(dāng)天，不斷根據(jù)氫氣查漏規(guī)程進(jìn)行查漏，規(guī)程覆蓋了氫氣可能的內(nèi)漏和外漏，但未找到具體的符合當(dāng)時(shí)氫氣泄漏量的漏點(diǎn)。通過(guò)分析可以排除向GST系統(tǒng)、GHE系統(tǒng)、GGR系統(tǒng)大量泄漏的可能，詳見(jiàn)下方分析。

（一）氫氣向GST系統(tǒng)泄漏的分析

停機(jī)前第二天00：00-20：00，GST系統(tǒng)頭箱壓力由122.1Kpa漲到124Kpa，GST系統(tǒng)頭箱有效容積為0.5m3，即使以24h上漲3Kpa計(jì)算，向GST系統(tǒng)泄漏的氫氣量約為0.03*0.5=0.015m3（根據(jù)伯努利方程估算），與當(dāng)時(shí)的氫氣泄漏量不在一個(gè)量級(jí)。

停機(jī)前第一天，對(duì)同一核電廠的，其他3臺(tái)機(jī)組的GST系統(tǒng)水側(cè)和氣側(cè)均進(jìn)行了取樣，從取樣結(jié)果來(lái)看，4臺(tái)機(jī)組的GST系統(tǒng)頭箱氣側(cè)氫氣含量均較高，相差不大，但其他3臺(tái)機(jī)組氫氣泄漏量正常。綜上，可以初步排除向GST系統(tǒng)的大量泄漏。

（二）氫氣向GGR系統(tǒng)泄漏的分析

發(fā)電機(jī)內(nèi)部的氫氣空間與GGR系統(tǒng)油空間通過(guò)密封瓦隔開(kāi)，正常運(yùn)行時(shí)，油壓力大于氫壓力，使氫氣不外漏。但一旦發(fā)電機(jī)內(nèi)部密封環(huán)有泄漏或密封瓦密封不嚴(yán)密，則可能導(dǎo)致氫氣向GGR系統(tǒng)回油管線泄漏，最終漏向GGR系統(tǒng)油箱，通過(guò)油箱排風(fēng)機(jī)排至大氣。當(dāng)時(shí)測(cè)得GGR系統(tǒng)油箱排煙風(fēng)機(jī)處氫氣濃度約2%LEL，和當(dāng)時(shí)的氫氣泄漏量差的較遠(yuǎn)。

注：氫氣濃度測(cè)量?jī)x表滿(mǎn)量程濃度100%LEL是按照氫氣的爆炸下限來(lái)設(shè)置的，氫氣的爆炸下限為4%VOL（VOL為空氣體積比），即對(duì)應(yīng)關(guān)系為100%LEL=4%VOL。

（三）氫氣向GHE系統(tǒng)泄漏的分析

發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣與密封油系統(tǒng)的接口與走向見(jiàn)圖1，一部分通過(guò)分離器分離后排往漏液監(jiān)測(cè)管線，另一部分與密封油一起回流到GHE系統(tǒng)的真空油箱并通過(guò)抽真空泵排向大氣。停機(jī)前第一天通過(guò)測(cè)量GHE系統(tǒng)排煙口風(fēng)速，估算氫氣濃度，估算出GHE系統(tǒng)抽真空泵出口排氫氣量約6Nm3/D。約為當(dāng)時(shí)氫氣泄漏量的1/3。顯然，此處也不是主要漏點(diǎn)。

圖1 發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣與密封油系統(tǒng)的接口與走向

（四）總結(jié)

經(jīng)過(guò)對(duì)GST系統(tǒng)、GHE系統(tǒng)、GGR系統(tǒng)的分析，可見(jiàn)氫氣主要泄漏不在這三個(gè)系統(tǒng)，懷疑之前查漏可能存在盲點(diǎn)或者查漏不到位的情況。決定重新對(duì)之前發(fā)現(xiàn)有泄漏的區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)查漏，排查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)7瓦（GGR回油系統(tǒng)管線附近）測(cè)量結(jié)果為35%LEL，和當(dāng)時(shí)氫氣泄漏量基本相符，在發(fā)電機(jī)停機(jī)進(jìn)行處理后，氫氣泄漏量恢復(fù)正常。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上，有以下經(jīng)驗(yàn)供后續(xù)發(fā)電機(jī)氫氣泄漏量超限，進(jìn)行查漏時(shí)參考。

進(jìn)行查漏前要確認(rèn)氫氣濃度測(cè)量?jī)x表的可用性，不能只看有效期?？赏ㄟ^(guò)多塊表同時(shí)測(cè)量同一漏點(diǎn)的方式保證氫氣濃度測(cè)量?jī)x表的可用性；在計(jì)算發(fā)電機(jī)氫氣泄漏量時(shí)要盡量采取同樣的發(fā)電機(jī)氫氣壓力及時(shí)長(zhǎng)，以保證數(shù)據(jù)的可比較性；查漏過(guò)程中，必須定期對(duì)可疑漏點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)排查，防止某個(gè)部位在過(guò)程中有擴(kuò)大，但重新查漏時(shí)卻被排除在外；在所有的泄漏工況中，氫氣漏入GGR系統(tǒng)軸承箱的工況為最危險(xiǎn)工況，由于GGR系統(tǒng)軸承箱為密閉空間，容易引起氫氣的積聚，有氫爆風(fēng)險(xiǎn)，在此情況下，可以調(diào)大GGR系統(tǒng)油箱負(fù)壓至-2KPa，以盡量排出氫氣，避免引起氫氣的積聚[3]。