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

1 發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

發電機安裝完成后，需在額定運行壓力3bar下以空氣為介質進行氣密性試驗，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──試驗開始時機內氣體壓力（表壓），（mbar）；

Pf──試驗結束時機內氣體壓力（表壓），（mbar）；

Patmi──試驗開始時當地大氣絕對壓力，（mbar）；

Patmf──試驗結束時當地大氣絕對壓力，（mbar）；

Ti──試驗開始時機內氣體平均溫度，（℃）；

Tf──試驗結束時機內氣體平均溫度，（℃）；

D──試驗連續進行的時間，（小時）。

合格標準：24小時后的泄漏值應小于20mbar。

1.2 發電機氣密性試驗內容

發電機氣密性試驗范圍主要包括發電機本體及發電機定子冷卻水系統、發電機氫氣供應系統、發電機氫氣冷卻系統、發電機密封油系統等輔助系統。通過氫氣供應系統向發電機內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。

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

2 原因分析

發電機氣密性試驗結果不合格說明發電機及其輔助系統內的壓縮空氣泄漏。其泄漏的方式主要有兩種情況：第一，發電機本體及其輔助系統存在漏點，壓縮空氣通過這些漏點泄漏到大氣中。由于安裝單位和調試單位已進行過氣密性試驗，且結果合格，因此，發電機本體及其輔助系統基本無大的泄漏點，而對于小漏點，需向發電機內一并充入氦氣和空氣，通過氦氣檢漏儀進行檢漏。第二，發電機內的壓縮空氣溶解在密封油中，通過密封油帶走，導致氣密性試驗不合格。本發電機采用單流環油密封結構，密封油進入密封瓦經中間油孔沿軸向間隙流向空側和氫側。密封油回油分為兩路，空側回油和支持軸承潤滑油匯流，氫側回油經浮子油箱流向擴容油箱，擴容并經排煙風機析出氣體后與潤滑油回油匯合流向潤滑油系統主油箱。

3 處理措施及改進建議

3.1 處理措施

3.1.1 發電機本體及其輔助系統的漏點及處理

向發電機內一并充入壓縮空氣和氦氣，對發電機本體及其輔助系統進行氦氣檢測，常見部位如下：發電機人孔、出線絕緣套管、測溫元件接線柱板、氫氣冷卻器、端蓋、氫油水系統內的閥門和法蘭。

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

（2）發電機輔助系統的漏點及處理。在發電機氫氣供應系統排大氣管線的出口處進行檢測，發現低濃度氦素，通過進一步拆解各接頭分部檢測，確認了相關閥門內漏。主要包括安全閥內漏、絕緣過熱監測儀電磁閥內漏和排氣截止閥內漏。安全閥是因為在氫氣置換期間起跳后密封不嚴，后經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；電磁閥由于結構原因，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致，進行更換處理。

對發電機密封油系統進行檢查，發現密封油回油箱排氣閥所在管道存在砂眼，發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進出口管道進行隔離，僅保留水箱與發電機內部相連。發電機充3bar壓縮空氣狀態下，觀察24小時，水箱內壓力未上漲，說明發電機內氣體向定子冷卻水系統泄漏可能性較小。

執行發電機氣密性試驗期間，氫氣冷卻器水側進出口閥門關閉，管道內未充水。通過逐一開啟氫氣冷卻器水側排氣閥，使用檢漏儀檢測，氦氣濃度與本底一致，說明發電機內氣體未滲透入氫氣冷卻器，排除發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。關于泄漏量與氣體溶解度的關系，廠家建議當發電機內額定氫壓在3bar及以下時，一般不考慮氣體溶解量對泄漏的影響，但由于本發電機密封油流量出現異常，每次氣密性試驗時變化較大，流量甚至超出設計范圍。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，泄漏量變小；當溫度較高時，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計范圍內。本發電機在進行氣密性試驗時，密封油流量超出設計范圍，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，從而使發電機氣密性試驗合格。

首先，解體密封瓦，發現發電機汽端和勵端密封瓦有部分磨損，勵端氫側密封瓦外觀良好且間隙數據合格，保留使用，其余密封瓦使用備件進行更換。回裝密封瓦后進行驗證，密封油流量仍較大，氣密性試驗結果為31mbar，不合格。試驗過程中，勵端密封瓦過渡環與密封瓦座間有汽泡漏出。

因此，對勵端密封瓦過渡環與密封瓦座間漏點進行處理，更換密封瓦座與過渡環間密封膠條，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密封瓦進行更換。密封油流量有所減小，氣密性試驗結果為21mbar，不合格，但比上次結果有所降低。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，借鑒前期機組經驗并經廠家同意，對中分面位置涂抹密封膠。密封油流量進一步減小，氣密性試驗結果為16.7mbar，結果合格。

3.2 改進建議

運行單位通過氦氣檢漏發現了部分外漏點，主要為焊縫和閥門內漏等不常見不易發現的漏點。因此，后續進行氣密性試驗時需關注焊縫和閥門內漏。

通過對比安裝單位和調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。當出現密封油流量較高，超出設計值時，需對密封瓦進行檢查維修，使密封油流量回到設計值范圍內。

4 結語

發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，特別是發電機本體和管道焊縫及閥門內漏等不常見部位。

對于額定氫壓不超過3bar的發電機，在試驗時，在設計要求范圍內應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，也更容易使發電機氣密性試驗合格。