單流環與雙流環密封油系統的差異分析

田 斌，賈 巖

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222000）

1 單流環密封系統

1.1 密封原理

發電機正常運行時，機內氫氣壓力為0.3 MPa（3 bar）。為保證氫氣不會泄漏至大氣中，由系統提供大于氫壓0.05 MPa（0.5 bar）的密封油。本系統通過軸上的密封環提供密封油來保證發電機的密封性。密封環位于發電機的擋油板和軸承之間。密封瓦分為氫側瓦和空側瓦，共8 塊，每側4 塊，每塊瓦之間沒有連接，靠氫側瓦和空側瓦外圓上的一圈彈簧箍筋在轉軸上。密封油沿氫側瓦和空側瓦之間的縫隙流入，分別向兩側密封瓦流動。

1.2 系統流程

1.2.1 事故運行方式

單流環密封油系統事故運行方式可能會導致密封油中含有的空氣和水被帶入發電機。需對氫氣純度進行持續監測，必要時需通過充排氫的方式提高發電機內氫氣純度。同時，持續監視發電機泄漏監測罐液位，必要時排油。如主油泵和應急交流油泵故障，系統通過直流應急油泵供油。直流電機驅動密封泵只有在緊急情況下方可運行，此時，應將發電機卸載并除氣。

如直流應急油泵出現電氣或機械故障，系統可采用低壓運行模式。即潤滑油回路的油通過濾油器引到發電機端。發電機內氫氣壓力被調節到與潤滑油壓力相對應的值。避免發電機在停機過程中出現大量氫氣泄漏事故。

1.2.2 單流環系統的優點

（1）只有一路供油回路，結構簡單，便于廠房布置，設備成本較低。

（2）密封瓦調節簡便，正常運行工況下，保證油壓高于氫壓0.05 MPa（0.5 bar）。壓差采用自動調節，保證了密封系統的可靠性。

（3）真空罐GHE001CW 設置油處理系統，通過真空泵將罐內壓力保持在0.0067 MPa（0.067 bar）。主油泵設置大流量的回油系統，通過管內噴頭有效去除密封油中含有的水分和溶解氣體。

1.2.3 單流環系統的不足

（1）密封方式簡單，不能夠完全密封，正常運行期間仍有氫氣隨系統泄漏。

（2）僅設置一臺主油泵，運行操作靈活性差。一旦出現故障，發電機內的氫氣純度難以保證。

（3）對于大功率汽輪發電機組，為保證發電機的冷卻效率，運行氫氣壓力較高，采用單流環系統，正常運行期間隨系統帶出的氫氣量較大，增加了運行復雜性，同時提高了運行成本。

2 雙流換密封系統

雙流環密封油系統較單流環系統結構更為復雜。系統設置兩條獨立的密封油回路，即空側回路和氫側回路，分別實現對發電機空、氫側密封瓦的供油和回油循環。壓力油通過不同的油槽送入密封瓦，在轉軸和密封瓦的間隙處往相反的方向分別向空氣側和氫氣側流動，由于進油壓力通過平衡閥嚴格控制，正常運行階段出現的竄油量極少。

2.1 系統流程

雙流環系統相對單流環密封油系統增加了2 臺氫側密封油泵，2 臺氫側密封油換熱器，2 臺氫側密封油過濾器，2 臺油壓平衡閥等主要設備。

2.1.1 空側密封油回路

潤滑油箱來油通過過濾器進入密封油裝置，密封油泵（1 臺主油泵，1 臺交流應急油泵，1 臺直流應急油泵）經濾網改善油質后，注入密封瓦?；芈吠ㄟ^壓差閥控制油泵的油量。壓差調節閥控制空側密封油量正常運行工況下保持在220 L/min。備用油泵運行方式相同。密封瓦排油通過重力流經過GHE 回油箱回至主油箱。

2.1.2 氫側密封油回路

氫側密封油泵從氫側儲油箱獲得油源，通過濾網、冷卻器向密封瓦供油。氫側設有兩臺密封油泵，正常運行時1 臺運行，1臺備用。氫側額定密封油流量為40 L/min。密封油通過冷卻器被冷卻至45 ℃后進入密封瓦。系統通過平衡閥調節供油壓力，使其與空側供油壓力一致，避免竄油影響氫側密封油質量。系統通過發電機兩端密封裝置與出油箱連通，以保證兩端密封裝置油壓的平衡。儲油箱與油位控制箱連通，當油箱液位高時，浮球將排油閥打開使得多余的油排入空側油路，當油箱液位低，浮球閥自動控制閥門將空側油補入。

當氫側密封油泵因維修需要退出運行，氫側泵停止運行，空側密封油流到氫側的流量有所加大，這種情況漏氫較正常運行會有所增多，需補充氫氣也相應增多。運行期間需時刻關注氫氣純度，并盡快恢復氫側供油。

2.2 運行方式

2.2.1 正常運行

油密封系統確保靜止狀態下氣體置換過程及轉子加速/減速過程中的密封狀態。氣體壓力從0～0.45 MPa（0～4.5 bar），轉子轉速從0～1500 r/min。系統正常運行工況下，空側由交流電機驅動主螺桿泵向發電機空側密封軸瓦供油。差壓閥根據發電機內氫氣壓力將空側進油壓力調整在高于內部氫壓0.05 MPa（0.5 bar）。平衡閥自動使所控制的氫側進油壓力與空側油壓盡可能相等。

2.2.2 故障運行

（1）空側主油泵故障時，可通過備用交流油泵保證空側回路的正常運行。直流電機驅動密封油只在緊急情況下運行，此時應將發電機卸載并排氫氣。

（2）氫側油泵故障時，可通過啟動備用交流油泵運行。如兩臺油泵均出現故障，需將系統隔離檢修。通過空側密封油回路單獨運行保證發電機密封。

（3）如系統所有泵組全部無法運行，密封油可通過濾油器及調節閥由潤滑油系統直接供給發電機密封瓦。同單流環系統低壓運行模式。

2.3 雙流環密封油系統的優點

（1）因氫側回路為獨立封閉運行。系統漏氫量小，通過兩路密封油，保證密封瓦的隔離效果，同時降低了運行成本。

（2）雙回路運行，當氫側密封油回路出現故障的情況下，可隔離氫側密封油回路。通過增大空側密封油量，保證發電機的密封。提高了系統運行的可靠性和靈活性。

（3）對空側油質要求低，省去主油泵的油處理功能，應急交流油泵可完全替代主油泵功能。系統運行簡便，冗余度提高。

2.4 雙流換密封油系統的缺點

（1）系統較為復雜，對廠房的總體布置要求高，設備成本較高。

（2）平衡閥和差壓閥易發生故障，一旦空側油壓高于氫側油壓，則空側油路中水分和空氣會對氫側油路造成污染。

（3）氫側密封油箱調節量有限，如設計不合理，發電機進行充、排氫過程中可能造成氫側回油箱液位高，甚至導致發電機進油。

3 雙流環密封油系統存在的不足及處理措施

3.1 平衡閥和差壓閥失靈

系統運行過程中，差壓閥和平衡閥可能由于油質不合格造成卡澀，致使空側向氫側竄油量增大，使氫側回油量增多，由于密封油箱通過靜壓調節油量，流速較慢，可能造成消泡箱滿油，導致發電機進油。為避免此類問題，系統啟動前應嚴格控制密封油油質。必須在油質合格后投入平衡閥和差壓閥。運行期間需定期對密封油濾網進行排污。

3.2 氫側油路調節性能差，可能發生消泡箱向發電機溢油問題

雙流換密封油系統如設計不合理或其他原因，在發電機內部未沖壓或氣體置換的情況下，平衡閥若控制兩個回路的油壓不當，易造成氫側密封油箱滿油。嚴重情況下，油位控制箱通過重力難以及時排油，造成消泡箱滿溢導致發電機進油。為避免此類事故發生，需適當增加氫側油路的油量調節能力。系統可考慮以下設計方案。在氫側密封油泵出口增加一根管路到空側油泵入口。中間設一個調節閥，兩個截止閥。當氫側回油箱自動調節難以控制油位的情況下，適當調節此閥門。將一小部分油排入空側回油箱。避免發電機進油風險。管路直徑可依據如下方法進行估算。

式中 V——排油量，m3

r——密封油黏度系數，m2/s

h——管道兩端壓差，m

t——排油時間，s

4 結論

單流環與雙流環系統在實際應用中各有優缺點，但隨著機組容量的增加，雙流環系統的密封性好和較高的可靠性等優勢逐漸突出。油質對于系統運行的可靠性至關重要，密封油系統在向空側密封油供油時也應加強油質的監測。否則一旦出現竄油問題，發電機內的氫氣純度可能會受到影響。

雙流環系統氫側回路作為閉環回路，最容易出現的故障即是發電機進油。除在運行期間嚴格執行規程外，應從提高系統排油能力方面著手，提高系統運行的可靠性。本文介紹增加氫側向空側排油管線的方法，避免密封油箱因重力排油不及時造成系統故障的可能。為后續系統設計和故障處理提供借鑒。