1150MW核能發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)不合格的處理措施及改進(jìn)建議

1150MW核能發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)不合格的處理措施及改進(jìn)建議摘要：發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)是檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)本體及其輔助系統(tǒng)的嚴(yán)密性的大型重要試驗(yàn)，是發(fā)電機(jī)充氫前必須進(jìn)行的試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果合格與否直接關(guān)系到機(jī)組的安全運(yùn)行。然而該試驗(yàn)涉及范圍大、邊界廣、影響因素多等特點(diǎn)，結(jié)果不易合格，通過(guò)分析某核能發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)不合格原因，制定了試驗(yàn)處理措施，并提出了改進(jìn)建議。研究結(jié)果為后續(xù)機(jī)組的氣密性試驗(yàn)提供了良好的經(jīng)驗(yàn)反饋。

關(guān)鍵詞：核能發(fā)電機(jī)；氣密性試驗(yàn)；安全；改進(jìn)

某1150MW核能發(fā)電機(jī)為大型四級(jí)半轉(zhuǎn)速（1500r/min）同步發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)的冷卻型式采用“水氫氫”冷卻方式，即：發(fā)電機(jī)定子線圈采用水內(nèi)冷卻，定子鐵心及端部構(gòu)件采用氫氣外冷卻，轉(zhuǎn)子線圈采用氫氣內(nèi)冷卻。機(jī)座內(nèi)部的氫氣由裝于轉(zhuǎn)子兩端的軸流式風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)，在發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)行密閉循環(huán)。由于運(yùn)行期間發(fā)電機(jī)內(nèi)需充入氫氣，因此發(fā)電機(jī)的嚴(yán)密性是否合格關(guān)系到機(jī)組安全運(yùn)行。氣密性試驗(yàn)不合格，運(yùn)行期間氫氣泄漏量將增大，導(dǎo)致補(bǔ)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(jī)的嚴(yán)密性的重要性不言而喻，而發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)正是解決這一問(wèn)題。然而，發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)涉及范圍大、邊界廣，影響因素多，試驗(yàn)結(jié)果不易合格，往往耗時(shí)較長(zhǎng)。通過(guò)分析某核能發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，并制定了相應(yīng)的處理措施，為后續(xù)機(jī)組提供了良好的經(jīng)驗(yàn)反饋。

1.發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)介紹

1.1氣密性試驗(yàn)計(jì)算方法及合格標(biāo)準(zhǔn)

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

式中，△P──24小時(shí)泄漏壓降，（mbar）；

Pi──試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)機(jī)內(nèi)氣體壓力（表壓），（mbar）；

Pf──試驗(yàn)結(jié)束時(shí)機(jī)內(nèi)氣體壓力（表壓），（mbar）；

Patmi──試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)當(dāng)?shù)卮髿饨^對(duì)壓力，（mbar）；

Patmf──試驗(yàn)結(jié)束時(shí)當(dāng)?shù)卮髿饨^對(duì)壓力，（mbar）；

Ti──試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)機(jī)內(nèi)氣體平均溫度，（℃）；

Tf──試驗(yàn)結(jié)束時(shí)機(jī)內(nèi)氣體平均溫度，（℃）；

D──試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行的時(shí)間，（小時(shí)）。

合格標(biāo)準(zhǔn)：24小時(shí)后的泄漏值應(yīng)小于20mbar。

1.2發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)內(nèi)容

發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)一般在發(fā)電機(jī)交接驗(yàn)收、大修后和必要時(shí)進(jìn)行，其范圍主要包括發(fā)電機(jī)本體及發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)氫氣冷卻系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。通過(guò)氫氣供應(yīng)系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)內(nèi)充入干燥的壓縮空氣，利用肥皂水或檢漏液對(duì)各密封部件進(jìn)行檢漏、消缺。當(dāng)所有漏點(diǎn)處理完成后，進(jìn)行整體氣密性試驗(yàn)，計(jì)算整體泄漏量。

發(fā)電機(jī)安裝完成后，安裝單位和調(diào)試單位均進(jìn)行了發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)，泄漏量小于標(biāo)準(zhǔn)值。運(yùn)行單位進(jìn)行發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)時(shí)，泄流量大于標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)果為74mbar。

2.原因分析

發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)結(jié)果不合格說(shuō)明發(fā)電機(jī)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(jī)本體及其輔助系統(tǒng)存在漏點(diǎn)，壓縮空氣通過(guò)這些漏點(diǎn)泄漏到大氣中。常見(jiàn)的泄漏部件有發(fā)電機(jī)人孔、出線絕緣套管、測(cè)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。由于安裝單位和調(diào)試單位已進(jìn)行過(guò)氣密性試驗(yàn)，且結(jié)果合格，因此，發(fā)電機(jī)本體及其輔助系統(tǒng)基本無(wú)大的泄漏點(diǎn)，而對(duì)于小漏點(diǎn)，通過(guò)肥皂水無(wú)法檢測(cè)出來(lái)。因此需向發(fā)電機(jī)內(nèi)一并充入氦氣和空氣，通過(guò)氦氣檢漏儀進(jìn)行檢漏，以檢測(cè)出漏點(diǎn)位置并進(jìn)行處理。第二，發(fā)電機(jī)內(nèi)的壓縮空氣溶解在密封油中，通過(guò)密封油帶走，導(dǎo)致氣密性試驗(yàn)不合格。本發(fā)電機(jī)采用單流環(huán)油密封結(jié)構(gòu)，密封油進(jìn)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(rùn)滑油匯流，氫側(cè)回油經(jīng)浮子油箱流向擴(kuò)容油箱，擴(kuò)容并經(jīng)排煙風(fēng)機(jī)析出氣體后與潤(rùn)滑油回油匯合流向潤(rùn)滑油系統(tǒng)主油箱。

3.處理措施及改進(jìn)建議

3.1處理措施

3.1.1發(fā)電機(jī)本體及其輔助系統(tǒng)的漏點(diǎn)及處理

向發(fā)電機(jī)內(nèi)一并充入壓縮空氣和氦氣，對(duì)發(fā)電機(jī)本體及其輔助系統(tǒng)進(jìn)行氦氣檢測(cè)，常見(jiàn)部位如下：發(fā)電機(jī)人孔、出線絕緣套管、測(cè)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。

3.1.1.1發(fā)電機(jī)本體的漏點(diǎn)及處理

通過(guò)氦氣檢漏儀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)本體一處焊縫泄漏，此焊縫為廠家發(fā)貨時(shí)的成品焊縫。由于安裝和調(diào)試單位前期已進(jìn)行過(guò)氣密性試驗(yàn)，因此發(fā)電機(jī)本體其他部分均未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，通過(guò)對(duì)該焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊，缺陷消除。

3.1.1.2發(fā)電機(jī)輔助系統(tǒng)的漏點(diǎn)及處理

在發(fā)電機(jī)氫氣供應(yīng)系統(tǒng)排大氣管線的出口處進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)低濃度氦素，通過(guò)進(jìn)一步拆解各接頭分部檢測(cè)，確認(rèn)了相關(guān)閥門內(nèi)漏。主要包括安全閥內(nèi)漏、絕緣過(guò)熱監(jiān)測(cè)儀電磁閥內(nèi)漏和排氣截止閥內(nèi)漏。安全閥是因?yàn)樵跉錃庵脫Q期間起跳后密封不嚴(yán)，后經(jīng)更換和多次研磨處理，在壓力平臺(tái)試驗(yàn)泄漏率滿足要求，但無(wú)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(gè)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(jìn)行更換處理。

對(duì)發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)進(jìn)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(jī)汽端下方管線焊縫泄漏。通過(guò)對(duì)砂眼和焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊處理，泄漏缺陷消除。

使用盲板對(duì)定子冷卻水系統(tǒng)進(jìn)出口管道進(jìn)行隔離，僅保留水箱與發(fā)電機(jī)內(nèi)部相連。發(fā)電機(jī)充3bar壓縮空氣狀態(tài)下，觀察24小時(shí)，水箱內(nèi)壓力未上漲，說(shuō)明發(fā)電機(jī)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(jī)氣密性試驗(yàn)期間，氫氣冷卻器水側(cè)進(jìn)出口閥門關(guān)閉，管道內(nèi)未充水。通過(guò)逐一開(kāi)啟氫氣冷卻器水側(cè)排氣閥，使用檢漏儀檢測(cè)，氦氣濃度與本底一致，說(shuō)明發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體未滲透入氫氣冷卻器，排除發(fā)電機(jī)向氫氣冷卻器泄漏。

3.1.2壓縮空氣通過(guò)溶解在密封油中泄漏的驗(yàn)證及處理

3.1.2.1壓縮空氣通過(guò)溶解在密封油中泄漏的驗(yàn)證

關(guān)于泄漏量與氣體溶解度的關(guān)系，廠家建議當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)額定氫壓在3bar及以下時(shí)，一般不考慮氣體溶解量對(duì)泄漏的影響，但由于本發(fā)電機(jī)密封油流量出現(xiàn)異常，每次氣密性試驗(yàn)時(shí)變化較大，流量甚至超出設(shè)計(jì)范圍。為了驗(yàn)證壓縮空氣通過(guò)溶解在密封油中泄漏，試驗(yàn)時(shí)對(duì)密封油的溫度進(jìn)行了控制。當(dāng)溫度較低時(shí)，密封油流量變小，泄漏量變小；當(dāng)溫度較高時(shí)，密封油流量變大，泄漏量變大。從而說(shuō)明壓縮空氣確實(shí)可以通過(guò)溶解在密封油中泄漏。因此需解決密封油流量過(guò)大的問(wèn)題才能確保氣密性試驗(yàn)合格。

3.1.2.2壓縮空氣通過(guò)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(jì)范圍內(nèi)。本發(fā)電機(jī)在進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)，密封油流量超出設(shè)計(jì)范圍，造成泄漏量增大。通過(guò)對(duì)密封瓦進(jìn)行檢查維修來(lái)解決密封油流量偏大的問(wèn)題，從而使發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)合格。

首先，解體密封瓦，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)汽端和勵(lì)端密封瓦有部分磨損，勵(lì)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(jìn)行更換。回裝密封瓦后進(jìn)行驗(yàn)證，密封油流量仍較大，氣密性試驗(yàn)結(jié)果為31mbar，不合格。試驗(yàn)過(guò)程中，勵(lì)端密封瓦過(guò)渡環(huán)與密封瓦座間有汽泡漏出。

因此，對(duì)勵(lì)端密封瓦過(guò)渡環(huán)與密封瓦座間漏點(diǎn)進(jìn)行處理，更換密封瓦座與過(guò)渡環(huán)間密封膠條，對(duì)絕緣板不平整部分涂抹密封膠。同時(shí)將上次未更換的勵(lì)端氫側(cè)密封瓦進(jìn)行更換，同時(shí)鑒于密封瓦流量較大，回裝過(guò)程中將勵(lì)端密封瓦間隙調(diào)整到靠近下限位置。密封油流量有所減小，氣密性試驗(yàn)結(jié)果為21mbar，不合格，但比上次結(jié)果有所降低。試驗(yàn)過(guò)程中，勵(lì)端密封瓦座中分面位置有密封油泄漏，且漏量較大。

對(duì)勵(lì)端密封瓦座中分面高點(diǎn)進(jìn)行研磨，借鑒前期機(jī)組經(jīng)驗(yàn)并經(jīng)廠家同意，對(duì)中分面位置涂抹密封膠。密封油流量進(jìn)一步減小，氣密性試驗(yàn)結(jié)果為16.7mbar，結(jié)果合格。

3.2改進(jìn)建議

運(yùn)行單位通過(guò)氦氣檢漏發(fā)現(xiàn)了部分外漏點(diǎn)，主要為焊縫和閥門內(nèi)漏等不常見(jiàn)不易發(fā)現(xiàn)的漏點(diǎn)。因此，后續(xù)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)需關(guān)注焊縫和閥門內(nèi)漏。

通過(guò)對(duì)比安裝單位和調(diào)試單位進(jìn)行氣密試驗(yàn)時(shí)的條件和運(yùn)行單位進(jìn)行氣密試驗(yàn)時(shí)的條件，主要有兩點(diǎn)區(qū)別：第一，前者為冬季進(jìn)行試驗(yàn)，后者為夏季進(jìn)行試驗(yàn)。第二，前者進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，密封油流量較低；后者進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，密封油流量較高，超出設(shè)計(jì)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?。欢\(yùn)行期間氫氣的溶解率較低，因此，進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)，可以適當(dāng)降低密封油溫度，降低空氣溶解量對(duì)試驗(yàn)的影響，這樣更能反映氫氣的泄漏率。當(dāng)出現(xiàn)密封油流量較高，超出設(shè)計(jì)值時(shí)，需對(duì)密封瓦進(jìn)行檢查維修，使密封油流量回到設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)。

4.結(jié)論

發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)涉及的范圍多，邊界大等特點(diǎn)，因此檢漏難度較大。對(duì)于試驗(yàn)初期，可通過(guò)肥皂水對(duì)常見(jiàn)部位進(jìn)行檢漏。

當(dāng)漏點(diǎn)處理完成后，氣密性試驗(yàn)仍不合格，則需通過(guò)氦氣檢漏對(duì)微小漏點(diǎn)進(jìn)行檢查處理，特別是發(fā)電機(jī)本體和管道焊縫及閥門內(nèi)漏等不常見(jiàn)部位。

對(duì)于額定氫壓不超過(guò)3bar的發(fā)電機(jī)，在試驗(yàn)時(shí)，在設(shè)計(jì)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(duì)泄漏量的影響，更加準(zhǔn)確地反映出