AP1000氫氣密封油系統調試問題分析及處理

羅吉江

（山東核電有限公司，山東 煙臺 265116）

0 引言

AP1000汽輪發電機由哈動—三菱聯合體供貨，發電機采用臥式四極半速汽輪發電機。冷卻方式為水氫氫冷卻，氫氣系統的密封采用雙流環式密封油系統。氫氣密封油系統向發電機密封瓦提供溫度、壓力和流量符合要求的密封油，從而實現對發電機內額定壓力下的氫氣進行密封；發電機氫氣密封油系統一方面防止發電機膛內的氫氣向外泄漏，另一方面避免外界的水分等進入發電機膛內污染氫氣。同時密封油對密封瓦還可以起到潤滑降溫作用。對AP1000氫氣密封油系統調試過程出現的問題進行了分析，并提出解決辦法。

1 氫氣密封油系統簡介

1.1 密封油系統特點

AP1000發電機密封油系統采用模塊化設計，集裝式布置，安裝在發電機下方。

采用雙流環式密封油系統，空側密封油和氫側密封油之間既相互獨立又彼此關聯；當氫側密封油故障時，空側密封油可以獨立完成對氫氣的密封。一方面空側密封油可以向氫側油箱補油，另外當氫側密封油箱油位高時也可以向空側密封油排油。

為減小密封環的振動，AP1000發電機密封油系統設置了浮環油。浮環油可以由浮環油泵提供；當浮環油泵故障時，通過空側密封油母管上單獨設置的一路浮環油管線提供。

發電機密封油有三路備用油源，第一路來自主油泵，第二路來自控制油泵，第三路來自潤滑油事故油泵。當發電機油氫壓差降至0.056 MPa時，備用壓差閥自動開啟，備用油源自動投入運行。

空側密封油壓通過差壓閥或備用差壓閥調節，保證空側密封油壓高于氫壓0.085MPa或0.056 MPa。

氫側密封油壓的控制則通過氫側密封油平衡閥控制，正常維持氫側密封油壓大于空側密封油壓。

圖1 氫氣密封油系統流程

1.2 密封油系統流程

AP1000發電機密封油系統采用雙流環式密封油系統，由空側密封油、氫側密封油及真空處理單元3部分組成，如圖1所示。

空側密封油單元。空側密封油單元由空側密封油箱、空側密封油泵、冷油器、過濾器及差壓閥等組成，空側密封油系統設置一臺交流密封油泵和一臺直流密封油泵。發電機支持軸承回油和密封瓦的空側密封油回油均匯至空側密封油箱，空側密封油箱通過U形管與主機潤滑油回油管道連接，空側密封油箱的油一部分返回潤滑油主油箱，另一部分經空側密封油泵升壓，流經主差壓閥進行密封油壓調節，再經過冷油器降溫和過濾器過濾后向發電機兩側密封瓦提供空側密封油。當空側密封油壓比發電機膛內氫氣壓力差小于0.056 MPa時，備用油源經過備用差壓閥向發電機提供密封油。另外從空側密封油過濾器下游的供油母管上引一路密封油，經浮環泵升壓后向發電機密封環供油，增大密封瓦與大軸的間隙，減小由密封環產生的振動。

氫側密封油單元。氫側密封油單元由氫側密封油箱、氫側密封油泵、冷油器、過濾器及平衡閥等組成，氫側密封油泵設置一臺交流密封油泵。氫側密封油箱的密封油經氫側密封油泵升壓后，再經過冷油器降溫和過濾器過濾后向發電機兩側密封瓦提供氫側密封油。從氫側密封瓦出來的油先流入到消泡箱中，在消泡箱中氣體得以從油中擴容逸出，然后進入氫側密封油箱。消泡箱裝于發電機下半端蓋中，汽、勵端各裝有一個。在消泡箱內側各裝有一個浮子式油位高報警開關，監視消泡箱油位，防止發電機進油。

真空處理單元。真空處理單元將來自空側密封油的油引入真空油箱進行去除空氣，真空處理單元的供油泵一方面將真空油箱的密封油打入真空油箱進行處理，另一方面可以將處理后的密封油供給氫側回油箱。

1.3 主要技術參數［1］

空側密封油流量大于650 L/min；氫側密封油流量大于226 L/min；差壓閥設定值為0.085 MPa；氫側平衡閥設定值為2～5 kPa；密封油溫度最大為48℃；空側密封油泵、直流密封油泵、氫側密封油泵出口壓力均為0.95 MPa。

2 密封油系統調試問題分析及處理

2.1 氫側密封油系統壓力偏低

在密封油系統第一、二階段沖洗期間，拆除氫側密封油平衡閥、氫側密封油過濾器濾芯，發電機空側、氫側供油均匯集在進入發電機前的臨時匯流管道中，再從臨時匯流管道分別引至氫側回油箱和空側臨時回油箱。首次啟動氫側密封油泵時，發現過濾器出口壓力表顯示壓力為0.2 MPa，明顯低于氫側密封油泵的額定壓力0.95 MPa。

用臨時壓力表從氫側密封油泵出口處測壓力，顯示為0.5 MPa；對過濾器出口壓力表管進行檢查，沒有發現堵塞情況。在過濾器與逆止閥之間加裝臨時壓力表，壓力顯示也為0.5 MPa，初步判定該逆止閥卡澀未全開，導致管道節流增大，從而使逆止閥后壓力降低。現場拆除逆止閥進行檢查。發現閥芯狀況良好，無銹蝕卡澀現象。進一步檢查發現其通流面積特別小，懷疑閥門選型或供貨錯誤。與設備供貨廠溝通交流，被告知該閥芯因設計選型問題導致開口較小，需更換。由于重新提供新逆止閥的時間較長，為了不影響現場調試工作，暫時先將該逆止閥閥芯拆除，待廠家提供的新逆止閥到貨后再擇機進行更換。將該逆止閥閥芯拆除后啟動氫側密封油泵，運行電流明顯增大，調整再循環閥門將過濾器出口壓力調整至0.3 MPa進行系統沖洗，氫側密封油沖洗管路運行正常。

2.2 異物進入系統

在密封油系統沖洗過程中，清理濾網時發現有大小不等的石墨，如圖2所示。

圖2 系統沖洗期間清理濾網時發現的石墨

通過排查分析，確定是在安裝過程中使用了石墨法蘭墊片，石墨是易破碎密封元件，閥門多次操作后使密封元件破損而進入密封油系統。對系統的閥門法蘭進行逐一檢查，將石墨法蘭墊片全部更換為非石棉紙膜墊，在后續的系統沖洗和運行中再未發現石墨。

2.3 消泡油箱液位高報警

氫側密封油系統投運，進行發電機氫氣系統氣體置換期間，氫側密封油壓稍有波動就會出現消泡油箱液位高報警，檢查兩側平衡閥動作情況，調節正常；氫側回油箱液位正常，未出現高液位情況，更未發生滿油現象；經過排查初步判斷為氫側回油不暢，導致消泡油箱液位升高。對消泡油箱至氫側回油箱的管道逐一進行敲打，也未見好轉；對氫側回油管線進行逐一排查，發現汽端、電端的氫側回油管線水平管段安裝傾斜角度不滿足安裝要求，部分管段的傾斜角度遠小于8°，對氫側回油管線的水平管段進行重新調整，消泡油箱液位高頻繁報警現象消失；氫側密封油系統運行正常。

2.4 空側密封油泵振動大

空側交流密封油泵和直流密封油泵均為進口齒輪泵，集中安裝在鋼制底板上，鋼制底板與地基留有3 mm左右的縫隙。兩臺泵并聯布置，共用一條入口母管和一條出口供油母管。空側密封油系統在調試過程中發現交流密封油泵和直流密封油泵均存在振動超標現象。振動數據見表1。

表1 空側密封油泵振動情況 mm/s

空側密封油泵進行振動治理前主要是軸向振動超標，而直流密封油泵是水平方向振動超標，首先對兩臺泵進行了重新找中，并對基座與基礎連接進行了加強，試轉后振動無明顯好轉。然后增加兩臺泵體的支撐剛度、對泵的出口管道支撐剛度進行加強，直流密封油泵振動均得到改善，振動數據合格；但是空側密封油泵軸向振動沒有明顯好轉。

經過現場測量、觀察，發現空側密封油泵運行時，泵的出口管道振動較大，初步判斷是泵的出口管道振動引起泵的共振。對泵的出口管道加裝斜支撐等強化管道支撐的措施后，空側密封油泵振動合格［2］。

2.5 對發電機空氣嚴密性試驗的影響

AP1000發電機空氣嚴密性試驗是在汽輪機靜止或盤車狀態下進行的［3］，向發電機內沖入壓縮空氣，逐漸將發電機膛內氣體壓力升至額定壓力0.55 MPa，保壓24 h，計算發電機空氣泄漏量，若24 h泄漏量小于1 m3，則發電機空氣嚴密性試驗合格。在試驗過程中，調整氫氣密封油箱的補油量控制在0.5 m3/h，經過20余天的查漏工作，發電機漏點已處理完畢，但是發電機泄漏量前19 h的等效泄漏量均小于1 m3，后3 h等效泄漏量最大為1.2 m3；對試驗數據進行分析，未見異常。將發電機密封油系統的氫側油溫由35℃降至28℃，空側密封油溫度由35℃降至30℃，重新進行發電機空氣嚴密性試驗，試驗合格。由于三菱機組發電機空氣嚴密性試驗數據處理時，未按照國內計算方法將溶入密封油中的氣體扣除，因此發電機膛內氣體溶入的量直接影響試驗的結果，而空氣在密封油中的溶解量隨溫度降低而降低。

3 結語

AP1000發電機氫氣密封油系統經過調試，空側和氫側密封油泵運行穩定，差壓閥和平衡閥動作正常，在發電機氣密性試驗過程中得到進一步檢驗，滿足了機組安全、穩定運行需要。

通過發電機密封油系統的調試，在后續的調試、運行過程中應注意以下幾點：安裝期的質量是運行期安全運行的保障，做好安裝期間的質量控制；關注差壓閥和平衡閥動作情況，注意消泡油箱液位報警，防止發電機進油；在運行中調整氫側密封油壓稍大于空側密封油壓，以避免空側含有空氣的密封油進入氫側密封油，降低氫氣純度；運行中出現問題要及時進行分析，將異常消除在初期，避免異常擴大為事故。