關于泄漏分級在電廠與實驗裝置領域的應用

楊寶紅

（中廣核研究院有限公司反應堆工程實驗研究中心，廣東深圳 518000）

0 引言

電廠以及工業法蘭密封故障或盤根泄漏的失效部位處于系統的重要部位，徹底處理時會導致電廠機組停機、降功率或整個實驗裝置停運。如果沒有相關的原則或技術決策做指導，方案制定會比較緊張并且費時低效，也會導致由于方案過于保守造成的不必要的過度維修等。通過對泄漏分級的調研，制定相應的處理原則來處理此類問題，既可提高問題處理效率，也可規范處理方案等，對此領域的同類問題處理具有較參考和借鑒意義。

1 法蘭、盤根的密封原理與泄漏分析

1.1 法蘭的密封

法蘭連接結構是通過法蘭（密封面）、緊固件（絕大部分是螺栓）、墊片密封件組合起來的，法蘭密封是依靠這3個部件的協同下實現的，其中墊片密封件是實現密封的核心部件。法蘭在螺栓預緊力的作用下，把處于密封面之間的密封墊片壓緊。施加于單位面積上的緊固力矩必須達到一定數值才能把密封墊片壓縮變形從而被壓實，密封面上由于機加形成的微隙被填滿，形成初始密封條件，以達到密封的目的。

（1）法蘭的泄漏分析。①密封面壓緊力分布不均；②應力松弛與扭矩損失；③墊片以及法蘭本身缺陷；④溫度變化。

（2）常用處理方案。①對泄漏量不大的法蘭密封進行緊固，校核力矩；②對泄漏量較大的法蘭密封泄漏故障隔離排空檢修，根據新墊片，檢查處理法蘭密封面。

1.2 盤根填料的密封

盤根填料常用于閥門有轉動部位的外密封，其功能是防止管線內介質從相對運動部位向外界泄漏。例如，閥門所用的盤根填料基本上是膨脹石墨填料和石墨（或石棉）編織填料。膨脹石墨填料的潤滑性和膨脹性好，但缺點是易碎，一般安裝在填料函的中間部位。石墨編織填料牢固性好，抗擠壓，一般安裝在填料函的上/下層面。作用是固定膨脹石墨填料，保護完整無損和防止磨下的石墨粉掉入回路。

2 法蘭、盤根泄漏案例的技術決策及分析

2.1 金屬透鏡墊、八角墊法蘭泄漏問題

某工業實驗裝置，設備運行時管道介質壓力15 MPa，溫度約300℃，運行工況參數較高，屬于工業高壓運行實驗裝置，因此管道連接采用了大量的金屬透鏡墊和八角墊，這種墊片以特有的耐高溫、高壓特性被廣泛應用于壓力容器、壓力管道等處的法蘭靜密封。

（1）金屬透鏡墊法蘭檢修后打壓滴漏分析處理。2017年2月13進行了實驗裝置15 MPa的冷態密封試驗，裝置實驗段出口透鏡墊法蘭處存在泄漏，后續通過75%螺栓緊固力矩以及80%螺栓緊固力矩2次緊固后，每次處理后依然存在微小泄漏，最終漏量為10 min內掛兩水滴。

（2）技術分析及決策。2017年2月13日技術決策：鑒于本法蘭密封面出現此次掛滴前，已完成了密封面研磨并紅丹檢查合格，更換了新的密封墊，并且安裝過程質量控制部門進行了全程見證，可靠性是有保障的。經技術討論決定使用法蘭分開器分開法蘭后進行檢查，無異常后再次更換新墊片處理。最終經過拆卸檢查沒發現異常，重新回裝，包括隔離排空以及再次充水花費了5 d時間。法蘭最終還是有掛滴現象未根除。

2.2 電廠硼結晶問題

電廠的管道法蘭、閥門盤根、接頭的數量較多，這些區域每年度出現的硼結晶問題一直是設備維護檢修中的難題?，F場發現閥門盤根、法蘭、接頭等設備存在硼結晶，意味著設備存在介質泄漏的風險，同時也可能影響設備自身的可靠性，需要專業人員進行現場勘查、分析以及通過調取歷史數據后提出處理方案。

（1）電廠硼結晶的分析處理。選取南方某電廠從投運以來的設備檢修信息進行統計分析，由于此電廠運營時間較長，相關的數據累積比較全面，統計和分析相關數據對全面了解硼結晶問題有較大的參考價值。以某年度的大修期間為例，大修期間通過設備維修負責專業的巡視，包括運行人員的檢查還有技術相關部門的檢查后，主管專業專項負責人會將此類信息全部現場復查后進行統計，然后將信息提交給技術負責人進行檢修技術方案的審核和確定，然后信息提交準備人員進行大修期間的檢修文件的準備。

（2）技術分析以及決策。在早期的硼結晶問題受到運行以及維修相關部門重視后，在進行技術決策前，電廠組織技術力量對此現象進行過分析，以此電廠運營最久機組的硼結晶情況進行了統計分析。例如，系統A,210次，所占比例38%；系統B，176次，所占比例32%；系統C，75次，所占比例14%；系統D，90次，所占比例16%。所在位置情況是：盤根，261次，所占比例47%；連接法蘭，166次，所占比例30%；接頭，64次，所占比例12%；閥蓋，60次，所占比例11%。

從1999年開始到2012年12月底，該電廠2個機組關于硼結晶的通知單及工作票大量增加，整體數量增多的大趨勢和系統A單獨統計的數據趨勢類似；電廠硼結晶問題主要集中在A，B，C，D等4個系統；發現硼結晶泄漏部位主要集中在盤根、連接法蘭、接頭、閥蓋等部位。

在泄漏分級理念未引入前，大修期間通常對硼結晶問題技術決策為清理緊固或進行備件更換處理，具體根據漏量多少以及歷史故障分析等確定，各基地及機組在檢修的標準量化上有些差異。

3 泄漏分級理念的引入和應用

3.1 泄漏分級理念的引入和介紹

針對法蘭密封泄漏以及硼結晶問題，在行業間交流時曾咨詢EDF（Electricite De France，法國電力集團）顧問。根據法國電力集團反饋有一個專家防漏小組，針對硼結晶或其他泄漏問題，根據其所在部位的不同，從設備安全、工業安全、廠房清潔等方面綜合考慮是立即檢修還是跟蹤。另外法國電力集團針對泄漏問題，在防漏、減漏問題上有一套系統的方法，并參照EPRI（Electric Power Research Institute，美國電力研究協會）模型，對超過1000人進行過培訓。

（1）泄漏分級與維修策略。根據EPRI的模型，將泄漏分為5級，并且根據設備重要性將連接件分為3大類，分別給予了不同的維修策略表1，表2。

表1 EPRI制定的嚴格泄漏分級

表2 重要設備連接件分類

針對相關設備的inactive leak（小量穩定泄漏）（如小量且穩定的硼結晶）的對策是“monitor the condition”，而不用計劃維修。

（2）泄漏分級理念的吸收以及原則確定。為了吸收借鑒此經驗，當時機械部門對泄漏分級理念進行過多次技術討論，并確定了管理原則：①設備硼結晶的漏量達到緊固件位置時才考慮處理（清理、緊固或解體），否則不考慮，但需定期跟蹤硼結晶量的變化狀況；②對于法蘭、閥蓋等連接件部位，若硼結晶到達設備緊固件位置或連續3/4圈存在硼結晶，則發票處理；③對于閥門盤根，每次檢查時進行清理，若連續3次檢查都發現硼結晶，則發票處理；④每臺機組申請1張總票，作為硼結晶現場跟蹤總票，動態跟蹤機組的硼結晶問題的變化情況，對于達到處理標準的則直接發票處理，大修前此跟蹤清單提交大修技術組進行審核確定大修需要檢修的項目。

3.2 泄漏分級理念的案例應用和發展

3.2.1 金屬透鏡墊滴漏、硼結晶問題案例應用泄漏分級理念

（1）原方案。經過拆卸檢查沒發現異常，重新回裝，包括隔離排空以及再次充水等花費5 d時間。法蘭最終還是有掛滴現象，未根除。

（2）現方案。根據泄漏分級的定義和指導原則，此泄漏量為小量穩定漏量，法蘭密封面經過研磨修復是可靠的，并且此法蘭更換了新的金屬透鏡墊，建議不做維修，進行跟蹤觀察即可，下次實驗完成后進行拆裝檢查即可。

3.2.2 應用泄漏分級理念來處理硼結晶問題和進行方案對比

（1）原方案。在泄漏分級處理概念尚未引入前，大修期間根據技術決策進行清理緊固或更換備件處理，具體取決于漏量多少以及歷史故障分析等，并且“多”與“少”因人而異不好量化，各基地各機組在檢修的標準量化上有些差異，同樣的故障既有選擇緊固的，也有安排更換密封墊或盤根的。

（2）現方案。按照1類連接件相關設備的inactive leak（如小量且穩定的硼結晶）的對策“monitor the condition”，南方電廠對此進行了進一步優化：對于日常期間跟蹤的存在硼結晶的設備，一個周期內出現3次的則安排檢修和進行更換；對＜3次的則安排清理并校核力矩。

（3）對于大修期間才發現存在硼結晶設備，其檢查結果要量化，＞5 g的進行更換密封墊或檢修盤根，＜5 g則進行緊固力矩即可。

3.2.3 泄漏分級理念的推廣和發展

泄漏分級理念的處理原則經過幾年來的應用實踐，目前主要應用在硼結晶小組的運作中，此小組通過定期全員培訓，大修前技術交底等方式，已將此方案在各個基地無差異化進行推廣，目前已實現全國各基地機組無差異化覆蓋。

除了大修和日常中可以使用泄漏分級理念外，集團各成員公司的相關實驗裝置維護也在應用此理念進行相關設備問題處理，產生一定的經濟效益。

4 結束語

法蘭、盤根等密封泄漏是設備管理與維修中的難題，注重理論和技能優化提升的同時，應加強同行的交流和先進經驗或理念的借鑒。泄漏分級理念只是提供一個參考，具體問題還要具體分析，沒有最好的方案，只有最適合其實際的方案，這也是維修人員一直在尋找和探索的方向。