1150MW核能發(fā)電機氣密性試驗不合格的處理措施及改進建議

劉自壘 姜洋

中國核電工程有限公司華東分公司 浙江海鹽 314300

某1150MW核能發(fā)電機為大型四級半轉(zhuǎn)速（1500r/min）同步發(fā)電機。機座內(nèi)部的氫氣由裝于轉(zhuǎn)子兩端的軸流式風扇驅(qū)動，在發(fā)電機內(nèi)進行密閉循環(huán)。由于運行期間發(fā)電機內(nèi)需充入氫氣，因此發(fā)電機的嚴密性是否合格關(guān)系到機組安全運行。氣密性試驗不合格，運行期間氫氣泄漏量將增大，導(dǎo)致補氫操作頻繁，容易造成設(shè)備損壞，且氫氣泄漏容易引起氫氣爆炸，導(dǎo)致重要設(shè)備損壞，產(chǎn)生極大危害。因此，發(fā)電機的嚴密性的重要性不言而喻，而發(fā)電機氣密性試驗正是解決這一問題。

1 發(fā)電機氣密性試驗介紹

1.1 氣密性試驗計算方法及合格標準

發(fā)電機安裝完成后，需在額定運行壓力3bar下以空氣為介質(zhì)進行氣密性試驗，按下式廠家推薦公式計算泄漏壓降（0℃下）[1]：

式中，△P──24小時泄漏壓降，（mbar）；

Pi──試驗開始時機內(nèi)氣體壓力（表壓），（mbar）；

Pf──試驗結(jié)束時機內(nèi)氣體壓力（表壓），（mbar）；

Patmi──試驗開始時當?shù)卮髿饨^對壓力，（mbar）；

Patmf──試驗結(jié)束時當?shù)卮髿饨^對壓力，（mbar）；

Ti──試驗開始時機內(nèi)氣體平均溫度，（℃）；

Tf──試驗結(jié)束時機內(nèi)氣體平均溫度，（℃）；

D──試驗連續(xù)進行的時間，（小時）。

合格標準：24小時后的泄漏值應(yīng)小于20mbar。

1.2 發(fā)電機氣密性試驗內(nèi)容

發(fā)電機氣密性試驗范圍主要包括發(fā)電機本體及發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)、發(fā)電機氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、發(fā)電機氫氣冷卻系統(tǒng)、發(fā)電機密封油系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。通過氫氣供應(yīng)系統(tǒng)向發(fā)電機內(nèi)充入干燥的壓縮空氣，利用肥皂水或檢漏液對各密封部件進行檢漏、消缺。當所有漏點處理完成后，進行整體氣密性試驗，計算整體泄漏量。

發(fā)電機安裝完成后，安裝單位和調(diào)試單位均進行了發(fā)電機氣密性試驗，泄漏量小于標準值。運行單位進行發(fā)電機氣密性試驗時，泄流量大于標準值，結(jié)果為74mbar。

2 原因分析

發(fā)電機氣密性試驗結(jié)果不合格說明發(fā)電機及其輔助系統(tǒng)內(nèi)的壓縮空氣泄漏。其泄漏的方式主要有兩種情況：第一，發(fā)電機本體及其輔助系統(tǒng)存在漏點，壓縮空氣通過這些漏點泄漏到大氣中。由于安裝單位和調(diào)試單位已進行過氣密性試驗，且結(jié)果合格，因此，發(fā)電機本體及其輔助系統(tǒng)基本無大的泄漏點，而對于小漏點，需向發(fā)電機內(nèi)一并充入氦氣和空氣，通過氦氣檢漏儀進行檢漏。第二，發(fā)電機內(nèi)的壓縮空氣溶解在密封油中，通過密封油帶走，導(dǎo)致氣密性試驗不合格。本發(fā)電機采用單流環(huán)油密封結(jié)構(gòu)，密封油進入密封瓦經(jīng)中間油孔沿軸向間隙流向空側(cè)和氫側(cè)。密封油回油分為兩路，空側(cè)回油和支持軸承潤滑油匯流，氫側(cè)回油經(jīng)浮子油箱流向擴容油箱，擴容并經(jīng)排煙風機析出氣體后與潤滑油回油匯合流向潤滑油系統(tǒng)主油箱。

3 處理措施及改進建議

3.1 處理措施

3.1.1 發(fā)電機本體及其輔助系統(tǒng)的漏點及處理

向發(fā)電機內(nèi)一并充入壓縮空氣和氦氣，對發(fā)電機本體及其輔助系統(tǒng)進行氦氣檢測，常見部位如下：發(fā)電機人孔、出線絕緣套管、測溫元件接線柱板、氫氣冷卻器、端蓋、氫油水系統(tǒng)內(nèi)的閥門和法蘭。

（1）發(fā)電機本體的漏點及處理。通過氦氣檢漏儀檢測，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機本體一處焊縫泄漏，此焊縫為廠家發(fā)貨時的成品焊縫，發(fā)電機本體其他部分均未發(fā)現(xiàn)漏點。通過對該焊縫進行補焊，缺陷消除。

（2）發(fā)電機輔助系統(tǒng)的漏點及處理。在發(fā)電機氫氣供應(yīng)系統(tǒng)排大氣管線的出口處進行檢測，發(fā)現(xiàn)低濃度氦素，通過進一步拆解各接頭分部檢測，確認了相關(guān)閥門內(nèi)漏。主要包括安全閥內(nèi)漏、絕緣過熱監(jiān)測儀電磁閥內(nèi)漏和排氣截止閥內(nèi)漏。安全閥是因為在氫氣置換期間起跳后密封不嚴，后經(jīng)更換和多次研磨處理，在壓力平臺試驗泄漏率滿足要求，但無法完全密閉；電磁閥由于結(jié)構(gòu)原因，不易完全消除，廠家反饋多個電廠此閥門均存在少量泄漏；截止閥主要是由于密封面磨損導(dǎo)致，進行更換處理。

對發(fā)電機密封油系統(tǒng)進行檢查，發(fā)現(xiàn)密封油回油箱排氣閥所在管道存在砂眼，發(fā)電機汽端下方管線焊縫泄漏。通過對砂眼和焊縫進行補焊處理，泄漏缺陷消除。

使用盲板對定子冷卻水系統(tǒng)進出口管道進行隔離，僅保留水箱與發(fā)電機內(nèi)部相連。發(fā)電機充3bar壓縮空氣狀態(tài)下，觀察24小時，水箱內(nèi)壓力未上漲，說明發(fā)電機內(nèi)氣體向定子冷卻水系統(tǒng)泄漏可能性較小。

執(zhí)行發(fā)電機氣密性試驗期間，氫氣冷卻器水側(cè)進出口閥門關(guān)閉，管道內(nèi)未充水。通過逐一開啟氫氣冷卻器水側(cè)排氣閥，使用檢漏儀檢測，氦氣濃度與本底一致，說明發(fā)電機內(nèi)氣體未滲透入氫氣冷卻器，排除發(fā)電機向氫氣冷卻器泄漏。

3.1.2 壓縮空氣通過溶解在密封油中泄漏的驗證及處理

（1）壓縮空氣通過溶解在密封油中泄漏的驗證。關(guān)于泄漏量與氣體溶解度的關(guān)系，廠家建議當發(fā)電機內(nèi)額定氫壓在3bar及以下時，一般不考慮氣體溶解量對泄漏的影響，但由于本發(fā)電機密封油流量出現(xiàn)異常，每次氣密性試驗時變化較大，流量甚至超出設(shè)計范圍。為了驗證壓縮空氣通過溶解在密封油中泄漏，試驗時對密封油的溫度進行了控制。當溫度較低時，密封油流量變小，泄漏量變?。划敎囟容^高時，密封油流量變大，泄漏量變大。從而說明壓縮空氣確實可以通過溶解在密封油中泄漏。因此需解決密封油流量過大的問題才能確保氣密性試驗合格。

（2）壓縮空氣通過溶解在密封油中泄漏的處理。密封油流量越大，溶解量越多，泄漏量也越大。因此密封油流量需處于設(shè)計范圍內(nèi)。本發(fā)電機在進行氣密性試驗時，密封油流量超出設(shè)計范圍，造成泄漏量增大。通過對密封瓦進行檢查維修來解決密封油流量偏大的問題，從而使發(fā)電機氣密性試驗合格。

首先，解體密封瓦，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機汽端和勵端密封瓦有部分磨損，勵端氫側(cè)密封瓦外觀良好且間隙數(shù)據(jù)合格，保留使用，其余密封瓦使用備件進行更換?；匮b密封瓦后進行驗證，密封油流量仍較大，氣密性試驗結(jié)果為31mbar，不合格。試驗過程中，勵端密封瓦過渡環(huán)與密封瓦座間有汽泡漏出。

因此，對勵端密封瓦過渡環(huán)與密封瓦座間漏點進行處理，更換密封瓦座與過渡環(huán)間密封膠條，對絕緣板不平整部分涂抹密封膠，同時將上次未更換的勵端氫側(cè)密封瓦進行更換。密封油流量有所減小，氣密性試驗結(jié)果為21mbar，不合格，但比上次結(jié)果有所降低。試驗過程中，勵端密封瓦座中分面位置有密封油泄漏，且漏量較大。

對勵端密封瓦座中分面高點進行研磨，借鑒前期機組經(jīng)驗并經(jīng)廠家同意，對中分面位置涂抹密封膠。密封油流量進一步減小，氣密性試驗結(jié)果為16.7mbar，結(jié)果合格。

3.2 改進建議

運行單位通過氦氣檢漏發(fā)現(xiàn)了部分外漏點，主要為焊縫和閥門內(nèi)漏等不常見不易發(fā)現(xiàn)的漏點。因此，后續(xù)進行氣密性試驗時需關(guān)注焊縫和閥門內(nèi)漏。

通過對比安裝單位和調(diào)試單位進行氣密試驗時的條件和運行單位進行氣密試驗時的條件，主要有兩點區(qū)別：第一，前者為冬季進行試驗，后者為夏季進行試驗。第二，前者進行試驗時，密封油流量較低；后者進行試驗時，密封油流量較高，超出設(shè)計值。綜上所述，兩者的差別在于密封油溫度和密封油流量。溫度越低，密封油流量越低，黏度越大，溶解率越小[2]，泄漏量越小。而運行期間氫氣的溶解率較低，因此，進行氣密性試驗時，可以適當降低密封油溫度，降低空氣溶解量對試驗的影響，這樣更能反映氫氣的泄漏率。當出現(xiàn)密封油流量較高，超出設(shè)計值時，需對密封瓦進行檢查維修，使密封油流量回到設(shè)計值范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

發(fā)電機氣密性試驗涉及的范圍多，邊界大等特點，因此檢漏難度較大。對于試驗初期，可通過肥皂水對常見部位進行檢漏。當漏點處理完成后，氣密性試驗仍不合格，則需通過氦氣檢漏對微小漏點進行檢查處理，特別是發(fā)電機本體和管道焊縫及閥門內(nèi)漏等不常見部位。

對于額定氫壓不超過3bar的發(fā)電機，在試驗時，在設(shè)計要求范圍內(nèi)應(yīng)盡可能地降低密封油溫度，以減小空氣在密封油中的溶解量，這是由于溶解到密封油中的氫氣在工作溫度范圍的溶解率低于空氣[3]，降低密封油溫度，可以減少空氣的溶解量對泄漏量的影響，更加準確地反映出氫氣的泄漏量，也更容易使發(fā)電機氣密性試驗合格。