張斌

摘 要：AP1000核電發(fā)電機(jī)組采用雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)，在運行過程中普遍存在氫氣純度下降快，補氫量大和氫氣純度參數(shù)只能維持在較低狀態(tài)下的問題，影響機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。本文從設(shè)備結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)設(shè)計方面進(jìn)行深入分析，論述密封油系統(tǒng)與氫氣純度的關(guān)系，找出導(dǎo)致氫氣純度下降的根本原因，并提出可行的改善措施，對分析處理同類核電機(jī)組可能出現(xiàn)的類似問題具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：核電 雙流環(huán) 密封瓦 氫氣純度

中圖分類號：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）01（b）-0000-00

引言：AP1000核電依托項目汽輪發(fā)電機(jī)組由哈動--三菱聯(lián)合體供貨，發(fā)電機(jī)為半速轉(zhuǎn)機(jī)，轉(zhuǎn)速為1500RPM。發(fā)電機(jī)冷卻方式為水氫氫冷卻，氫氣冷卻可有效降低發(fā)電機(jī)繞組熱損耗從而提高發(fā)電效率，但氫氣純度過低會影響發(fā)電機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。發(fā)電機(jī)采用雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)，可以防止氫氣從發(fā)電機(jī)軸端泄露，阻止外部空氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)，從而保持發(fā)電機(jī)線圈干燥，維持氫氣的高純度。

1 密封油系統(tǒng)及設(shè)備簡介

1. 密封氫氣原理：

雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)通過軸頸與環(huán)式密封瓦氫氣側(cè)與空氣側(cè)之間的油流阻止氫氣外逸。雙流即密封瓦的氫氣側(cè)與空氣側(cè)各有獨立的油回路，當(dāng)兩路密封油經(jīng)過密封支座上各自的油道，進(jìn)入雙流密封瓦中各自的油槽時，平衡閥控制氫側(cè)進(jìn)油系統(tǒng)使氫側(cè)油壓與空側(cè)油壓維持均衡，各自從軸頸表面分別流向氫側(cè)和空側(cè)，達(dá)到密封氫氣的作用。

2. 密封油系統(tǒng)簡介：

（1）空側(cè)密封油油路：空側(cè)回油密封箱接受發(fā)電機(jī)軸承回油和從軸封來的空側(cè)密封油回油。它配備有兩個排油管，一個向空側(cè)密封油泵吸入口供油，另一個將一些密封油和軸承油排向汽機(jī)潤滑油主油箱?？諅?cè)密封油壓力由空側(cè)密封油泵出口母管上的壓差調(diào)節(jié)閥維持比氫氣壓力高85KPa。（2）氫側(cè)密封油油路：氫側(cè)密封油泵從氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱吸油，密封油依次經(jīng)過冷油器、過濾器、壓力平衡閥，流入密封瓦的氫側(cè)密封內(nèi)槽，然后向發(fā)電機(jī)內(nèi)側(cè)流動，排向位于密封瓦下面的消泡箱，在消泡箱密封油吸收的部分氫氣會釋放出來，密封油從消泡箱流出后回到氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱。（3）密封油真空處理單元：密封油真空處理單元接收空側(cè)密封油子系統(tǒng)的密封油，將油中的氣體和水分離出來，再向氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱供應(yīng)經(jīng)真空處理的油。即使真空處理單元發(fā)生故障，發(fā)電機(jī)也可以依靠密封油系統(tǒng)保持連續(xù)運行。

2 氫氣純度低的影響

采用雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)在運行過程中普遍存在氫氣純度下降快，補氫量大和氫氣純度參數(shù)只能維持在較低狀態(tài)下的問題。氫氣純度過低會對發(fā)電機(jī)組造成下列影響：

1.如果氫氣純度下降至4%--74%，可能引起氫氣爆炸；2.有害氣體會造成絕緣老化、鐵芯及金屬部件的腐蝕；3.氫氣純度下降會導(dǎo)致冷卻效率降低，造成發(fā)電機(jī)內(nèi)構(gòu)件的局部過熱；4.氫氣純度下降，氣體密度增大，會增加發(fā)電機(jī)的通風(fēng)損耗，降低發(fā)電機(jī)的運行效率；5.為提高氫氣純度，需要進(jìn)行排氫——補氫操作，增加工作量和耗氫量，影響發(fā)電機(jī)組的運行經(jīng)濟(jì)性和安全性。

3 氫氣純度下降的原因分析

3.1 影響發(fā)電機(jī)氫氣純度下降的根本原因：

正常運行氫壓為0.53-0.585MPA（表壓），外界空氣無法進(jìn)入發(fā)電機(jī)，使氫氣純度降低的根本原因是氫側(cè)油與空側(cè)油的交換，將油中溶解的空氣帶入發(fā)電機(jī)內(nèi)造成的，其交換點在密封瓦和氫側(cè)密封油箱兩處。交換過程如下：當(dāng)空側(cè)密封油壓力高于氫側(cè)密封油壓力時，空側(cè)密封油在密封瓦處向氫側(cè)竄油，空側(cè)密封油中含有的空氣和水份等進(jìn)人發(fā)電機(jī)消泡箱內(nèi)，空氣在消泡箱內(nèi)擴(kuò)容后逸入發(fā)電機(jī)內(nèi)從而降低氫氣純度。由于空側(cè)油竄向氫側(cè)，氫側(cè)回油箱油位升高使排油閥打開，將多余的氫側(cè)油排向空側(cè)密封油泵入口。當(dāng)氫側(cè)密封油壓力高于空側(cè)密封油壓力時，氫側(cè)密封油在密封瓦處竄向空側(cè)，導(dǎo)致氫側(cè)密封油箱油位下降，補油閥自動打開，含有空氣和水份的空側(cè)密封油通過補油閥進(jìn)人氫側(cè)密封油箱，經(jīng)油泵進(jìn)人密封瓦后，空氣在消泡箱內(nèi)擴(kuò)容進(jìn)入發(fā)電機(jī)。由此可見，不管是空側(cè)壓力高于氫側(cè)壓力，還是氫側(cè)壓力高于空側(cè)壓力，都將導(dǎo)致空氫側(cè)之間竄油，使含有空氣和水份的空側(cè)密封油竄入氫側(cè)，長期運行必將導(dǎo)致氫氣純度惡化。

3.2 空側(cè)與氫側(cè)竄油的原因

根據(jù)雙流環(huán)密封瓦設(shè)計原理，只有維持密封瓦內(nèi)空側(cè)密封油與氫側(cè)密封油壓力平衡，減少空、氫側(cè)密封油交換，才能防止空側(cè)油系統(tǒng)中夾帶的空氣等進(jìn)入氫側(cè)密封油系統(tǒng)。運行過程中由于受平衡閥調(diào)節(jié)精度、設(shè)備結(jié)構(gòu)、運行狀態(tài)參數(shù)變化等因素的影響很難控制空側(cè)密封油和氫側(cè)密封油壓力的平衡，不可避免的使空側(cè)油與氫側(cè)油之間相互竄油。造成空氫側(cè)密封油壓力不平衡主要原因有：

（1）平衡閥調(diào)節(jié)精度。由于平衡閥活塞和油缸之間間隙很小，稍有雜質(zhì)就可能造成活塞的運動阻力增大，甚至卡死，致使平衡閥調(diào)節(jié)精度變差，不能有效維持空、氫側(cè)密封油壓力的平衡，造成竄油量增大，從而使發(fā)電機(jī)氫氣純度下降。（2）平衡閥的空、氫側(cè)密封油壓力信號測點存在誤差。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)的原因，目前只能測量密封瓦上空、氫側(cè)密封油進(jìn)油處的壓力作為平衡閥的調(diào)節(jié)信號，而不是密封瓦與轉(zhuǎn)軸之間的實際壓力，因此必然造成測量誤差，使平衡閥不能有效維持空、氫側(cè)密封油壓力的平衡，從而引起空、氫側(cè)竄油量的增大而降低發(fā)電機(jī)純度。由以上原因可以看出，空氫側(cè)存在竄油是不可避免的。由于受平衡閥調(diào)節(jié)精度、設(shè)備結(jié)構(gòu)、運行狀態(tài)參數(shù)的變化等因素的影響，使空氫側(cè)竄油量的多少不容易控制，就會出現(xiàn)運行調(diào)整后情況較好，一段時間后又變差的情況，使發(fā)電機(jī)的氫氣純度不能維持在較高的純度下運行，降低發(fā)電機(jī)運行的效率和安全性。

4 防止措施

經(jīng)以上分析可知密封油的空氫側(cè)竄油是不可避免，為防止氫側(cè)密封油品質(zhì)惡化，可采取下列措施：

1.保障密封油真空處理單元正常運行

正常運行時，維持軸封密封環(huán)處的氫側(cè)密封油壓力比空側(cè)密封油壓力略高，并維持二者壓差恒定，使得少量的氫側(cè)密封油向外流向空側(cè)密封油子系統(tǒng)。這將導(dǎo)致氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱的油位下降，部分經(jīng)過真空處理單元處理過的空側(cè)密封油通過供油泵供入氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱，補償氫側(cè)減少的油量。與未經(jīng)處理的空側(cè)密封油相比，經(jīng)真空處理的空側(cè)密封油不含任何空氣和水分，可以維持氫氣純度高于98%。

2.采用高精度密封油濾網(wǎng)，確保油質(zhì)符合要求

由于密封油中的微小顆粒與密封瓦及軸頸的相對流動產(chǎn)生研磨，加劇密封瓦與軸頸的磨損，導(dǎo)致運行密封瓦間隙增大。密封油流中的微小顆粒還會造成平衡閥卡澀，油壓自動控制失靈。建議采用過濾精度更高的濾網(wǎng)或采用過濾效果比刮片式濾網(wǎng)更好的纖維式濾網(wǎng)。

3.適當(dāng)降低密封油溫度

（1）密封油溫度下降會冷卻密封瓦，使發(fā)電機(jī)軸與密封瓦之間的間隙變小，減少密封油流量，從而降低密封油攜帶空氣的總量。（2）密封油溫度下降會增大油的粘性，減少密封油流量，降低密封油攜帶空氣總量。（3）在不影響機(jī)組振動的情況下，保持較低的密封油溫度，能夠降低氫氣純度下降的速度，減少經(jīng)常補排氫產(chǎn)生的耗氫量。

5結(jié)語

發(fā)電機(jī)氫氣純度下降較快是雙流環(huán)密封油系統(tǒng)共有的問題，在運行時如果出現(xiàn)氫氣純度下降問題，除了對密封油系統(tǒng)的運行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整外，更應(yīng)該有效保障密封油真空處理單元的正常運行，可以最大限度地減少有害氣體對氫氣純度的影響，長期維持發(fā)電機(jī)組的正常運行。

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