田 斌，賈 巖

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222000）

1 單流環(huán)密封系統(tǒng)

1.1 密封原理

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時，機(jī)內(nèi)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(tǒng)提供大于氫壓0.05 MPa（0.5 bar）的密封油。本系統(tǒng)通過軸上的密封環(huán)提供密封油來保證發(fā)電機(jī)的密封性。密封環(huán)位于發(fā)電機(jī)的擋油板和軸承之間。密封瓦分為氫側(cè)瓦和空側(cè)瓦，共8 塊，每側(cè)4 塊，每塊瓦之間沒有連接，靠氫側(cè)瓦和空側(cè)瓦外圓上的一圈彈簧箍筋在轉(zhuǎn)軸上。密封油沿氫側(cè)瓦和空側(cè)瓦之間的縫隙流入，分別向兩側(cè)密封瓦流動。

1.2 系統(tǒng)流程

1.2.1 事故運(yùn)行方式

單流環(huán)密封油系統(tǒng)事故運(yùn)行方式可能會導(dǎo)致密封油中含有的空氣和水被帶入發(fā)電機(jī)。需對氫氣純度進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，必要時需通過充排氫的方式提高發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度。同時，持續(xù)監(jiān)視發(fā)電機(jī)泄漏監(jiān)測罐液位，必要時排油。如主油泵和應(yīng)急交流油泵故障，系統(tǒng)通過直流應(yīng)急油泵供油。直流電機(jī)驅(qū)動密封泵只有在緊急情況下方可運(yùn)行，此時，應(yīng)將發(fā)電機(jī)卸載并除氣。

如直流應(yīng)急油泵出現(xiàn)電氣或機(jī)械故障，系統(tǒng)可采用低壓運(yùn)行模式。即潤滑油回路的油通過濾油器引到發(fā)電機(jī)端。發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力被調(diào)節(jié)到與潤滑油壓力相對應(yīng)的值。避免發(fā)電機(jī)在停機(jī)過程中出現(xiàn)大量氫氣泄漏事故。

1.2.2 單流環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）只有一路供油回路，結(jié)構(gòu)簡單，便于廠房布置，設(shè)備成本較低。

（2）密封瓦調(diào)節(jié)簡便，正常運(yùn)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(diào)節(jié)，保證了密封系統(tǒng)的可靠性。

（3）真空罐GHE001CW 設(shè)置油處理系統(tǒng)，通過真空泵將罐內(nèi)壓力保持在0.0067 MPa（0.067 bar）。主油泵設(shè)置大流量的回油系統(tǒng)，通過管內(nèi)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(huán)系統(tǒng)的不足

（1）密封方式簡單，不能夠完全密封，正常運(yùn)行期間仍有氫氣隨系統(tǒng)泄漏。

（2）僅設(shè)置一臺主油泵，運(yùn)行操作靈活性差。一旦出現(xiàn)故障，發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣純度難以保證。

（3）對于大功率汽輪發(fā)電機(jī)組，為保證發(fā)電機(jī)的冷卻效率，運(yùn)行氫氣壓力較高，采用單流環(huán)系統(tǒng)，正常運(yùn)行期間隨系統(tǒng)帶出的氫氣量較大，增加了運(yùn)行復(fù)雜性，同時提高了運(yùn)行成本。

2 雙流換密封系統(tǒng)

雙流環(huán)密封油系統(tǒng)較單流環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。系統(tǒng)設(shè)置兩條獨(dú)立的密封油回路，即空側(cè)回路和氫側(cè)回路，分別實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)空、氫側(cè)密封瓦的供油和回油循環(huán)。壓力油通過不同的油槽送入密封瓦，在轉(zhuǎn)軸和密封瓦的間隙處往相反的方向分別向空氣側(cè)和氫氣側(cè)流動，由于進(jìn)油壓力通過平衡閥嚴(yán)格控制，正常運(yùn)行階段出現(xiàn)的竄油量極少。

2.1 系統(tǒng)流程

雙流環(huán)系統(tǒng)相對單流環(huán)密封油系統(tǒng)增加了2 臺氫側(cè)密封油泵，2 臺氫側(cè)密封油換熱器，2 臺氫側(cè)密封油過濾器，2 臺油壓平衡閥等主要設(shè)備。

2.1.1 空側(cè)密封油回路

潤滑油箱來油通過過濾器進(jìn)入密封油裝置，密封油泵（1 臺主油泵，1 臺交流應(yīng)急油泵，1 臺直流應(yīng)急油泵）經(jīng)濾網(wǎng)改善油質(zhì)后，注入密封瓦?；芈吠ㄟ^壓差閥控制油泵的油量。壓差調(diào)節(jié)閥控制空側(cè)密封油量正常運(yùn)行工況下保持在220 L/min。備用油泵運(yùn)行方式相同。密封瓦排油通過重力流經(jīng)過GHE 回油箱回至主油箱。

2.1.2 氫側(cè)密封油回路

氫側(cè)密封油泵從氫側(cè)儲油箱獲得油源，通過濾網(wǎng)、冷卻器向密封瓦供油。氫側(cè)設(shè)有兩臺密封油泵，正常運(yùn)行時1 臺運(yùn)行，1臺備用。氫側(cè)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(jìn)入密封瓦。系統(tǒng)通過平衡閥調(diào)節(jié)供油壓力，使其與空側(cè)供油壓力一致，避免竄油影響氫側(cè)密封油質(zhì)量。系統(tǒng)通過發(fā)電機(jī)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(dāng)油箱液位高時，浮球?qū)⑴庞烷y打開使得多余的油排入空側(cè)油路，當(dāng)油箱液位低，浮球閥自動控制閥門將空側(cè)油補(bǔ)入。

當(dāng)氫側(cè)密封油泵因維修需要退出運(yùn)行，氫側(cè)泵停止運(yùn)行，空側(cè)密封油流到氫側(cè)的流量有所加大，這種情況漏氫較正常運(yùn)行會有所增多，需補(bǔ)充氫氣也相應(yīng)增多。運(yùn)行期間需時刻關(guān)注氫氣純度，并盡快恢復(fù)氫側(cè)供油。

2.2 運(yùn)行方式

2.2.1 正常運(yùn)行

油密封系統(tǒng)確保靜止?fàn)顟B(tài)下氣體置換過程及轉(zhuǎn)子加速/減速過程中的密封狀態(tài)。氣體壓力從0～0.45 MPa（0～4.5 bar），轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從0～1500 r/min。系統(tǒng)正常運(yùn)行工況下，空側(cè)由交流電機(jī)驅(qū)動主螺桿泵向發(fā)電機(jī)空側(cè)密封軸瓦供油。差壓閥根據(jù)發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力將空側(cè)進(jìn)油壓力調(diào)整在高于內(nèi)部氫壓0.05 MPa（0.5 bar）。平衡閥自動使所控制的氫側(cè)進(jìn)油壓力與空側(cè)油壓盡可能相等。

2.2.2 故障運(yùn)行

（1）空側(cè)主油泵故障時，可通過備用交流油泵保證空側(cè)回路的正常運(yùn)行。直流電機(jī)驅(qū)動密封油只在緊急情況下運(yùn)行，此時應(yīng)將發(fā)電機(jī)卸載并排氫氣。

（2）氫側(cè)油泵故障時，可通過啟動備用交流油泵運(yùn)行。如兩臺油泵均出現(xiàn)故障，需將系統(tǒng)隔離檢修。通過空側(cè)密封油回路單獨(dú)運(yùn)行保證發(fā)電機(jī)密封。

（3）如系統(tǒng)所有泵組全部無法運(yùn)行，密封油可通過濾油器及調(diào)節(jié)閥由潤滑油系統(tǒng)直接供給發(fā)電機(jī)密封瓦。同單流環(huán)系統(tǒng)低壓運(yùn)行模式。

2.3 雙流環(huán)密封油系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）因氫側(cè)回路為獨(dú)立封閉運(yùn)行。系統(tǒng)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(yùn)行成本。

（2）雙回路運(yùn)行，當(dāng)氫側(cè)密封油回路出現(xiàn)故障的情況下，可隔離氫側(cè)密封油回路。通過增大空側(cè)密封油量，保證發(fā)電機(jī)的密封。提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和靈活性。

（3）對空側(cè)油質(zhì)要求低，省去主油泵的油處理功能，應(yīng)急交流油泵可完全替代主油泵功能。系統(tǒng)運(yùn)行簡便，冗余度提高。

2.4 雙流換密封油系統(tǒng)的缺點(diǎn)

（1）系統(tǒng)較為復(fù)雜，對廠房的總體布置要求高，設(shè)備成本較高。

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

（3）氫側(cè)密封油箱調(diào)節(jié)量有限，如設(shè)計不合理，發(fā)電機(jī)進(jìn)行充、排氫過程中可能造成氫側(cè)回油箱液位高，甚至導(dǎo)致發(fā)電機(jī)進(jìn)油。

3 雙流環(huán)密封油系統(tǒng)存在的不足及處理措施

3.1 平衡閥和差壓閥失靈

系統(tǒng)運(yùn)行過程中，差壓閥和平衡閥可能由于油質(zhì)不合格造成卡澀，致使空側(cè)向氫側(cè)竄油量增大，使氫側(cè)回油量增多，由于密封油箱通過靜壓調(diào)節(jié)油量，流速較慢，可能造成消泡箱滿油，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)進(jìn)油。為避免此類問題，系統(tǒng)啟動前應(yīng)嚴(yán)格控制密封油油質(zhì)。必須在油質(zhì)合格后投入平衡閥和差壓閥。運(yùn)行期間需定期對密封油濾網(wǎng)進(jìn)行排污。

3.2 氫側(cè)油路調(diào)節(jié)性能差，可能發(fā)生消泡箱向發(fā)電機(jī)溢油問題

雙流換密封油系統(tǒng)如設(shè)計不合理或其他原因，在發(fā)電機(jī)內(nèi)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(dāng)，易造成氫側(cè)密封油箱滿油。嚴(yán)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(dǎo)致發(fā)電機(jī)進(jìn)油。為避免此類事故發(fā)生，需適當(dāng)增加氫側(cè)油路的油量調(diào)節(jié)能力。系統(tǒng)可考慮以下設(shè)計方案。在氫側(cè)密封油泵出口增加一根管路到空側(cè)油泵入口。中間設(shè)一個調(diào)節(jié)閥，兩個截止閥。當(dāng)氫側(cè)回油箱自動調(diào)節(jié)難以控制油位的情況下，適當(dāng)調(diào)節(jié)此閥門。將一小部分油排入空側(cè)回油箱。避免發(fā)電機(jī)進(jìn)油風(fēng)險。管路直徑可依據(jù)如下方法進(jìn)行估算。

式中 V——排油量，m3

r——密封油黏度系數(shù)，m2/s

h——管道兩端壓差，m

t——排油時間，s

4 結(jié)論

單流環(huán)與雙流環(huán)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中各有優(yōu)缺點(diǎn)，但隨著機(jī)組容量的增加，雙流環(huán)系統(tǒng)的密封性好和較高的可靠性等優(yōu)勢逐漸突出。油質(zhì)對于系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性至關(guān)重要，密封油系統(tǒng)在向空側(cè)密封油供油時也應(yīng)加強(qiáng)油質(zhì)的監(jiān)測。否則一旦出現(xiàn)竄油問題，發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣純度可能會受到影響。

雙流環(huán)系統(tǒng)氫側(cè)回路作為閉環(huán)回路，最容易出現(xiàn)的故障即是發(fā)電機(jī)進(jìn)油。除在運(yùn)行期間嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程外，應(yīng)從提高系統(tǒng)排油能力方面著手，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。本文介紹增加氫側(cè)向空側(cè)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(tǒng)故障的可能。為后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計和故障處理提供借鑒。