密封油流量和溫度對發電機氣密性試驗結果的影響

黃專斌 張阿敏

摘要：在發電機和氫氣系統安裝完畢，氫氣系統調試前，需對發電機和氫氣系統進行整體氣密性試驗，發電機整體氣密性試驗合格是機組穩定正常安全運行的必要前提。在做發電機整體氣密性試驗過程中，經常會遇到查不到漏點但是氣密性試驗仍不合格的情況，為此浪費大量的人力并耽誤工期。本文從密封油流量和溫度對發電機氣密性試驗結果的影響這一角度切入，結合試驗數據，研究分析密封油流量和溫度變化對氣密性試驗結果的影響，使讀者對此有個宏觀的認識，為同類型機組發電機氣密性試驗提供借鑒。

關鍵詞：氣密性試驗；密封油流量和溫度；核電

前言

福清核電3、4號機組為ALSTOM/M310核電TA 1100-78型發電機，該型號發電機為半轉速發電機單環流密封瓦。發電機整體氣密性試驗是發電機安裝及調試階段的重大試驗，發電機整體氣密性試驗合格是機組穩定正常安全運行的必要前提【1】。通過向發電機內部充入額定壓力為0.3MPa的壓縮空氣，測量計算24小時氣體泄漏量，檢測發電機密封性能是否滿足廠家要求。廠家對氣密性試驗的要求為保壓24小時壓降小于20mbar【2】，對于發電機漏氫量的要求為發電機在3bar的相對壓力下漏氫率必須低于18Nm?/DAY。

1 概述

1.1現象描述

福清核電3、4號機組在做發電機整體氣密性試驗時，兩臺機組都遇到了相同的情況，即通過各種查漏方法后已基本確認整個發電機氣密性試驗邊界已沒有明顯漏點，但是氣密性試驗的保壓結果依然很大（福清3號機組為50.31mbar，福清4號機組為42mbar），比合格值20mbar大出很多。為了查漏，現場付出了大量的人力和時間，但是試驗結果仍不令人滿意。最后在沒有辦法的情況下，直接進行發電機置換氫氣，而氫氣泄漏率為11 Nm?/DAY，符合廠家要求。

在福清核電3、4號機組調試過程中，發現發電機密封油流量及密封油溫度對發電機整體氣密性試驗結果有很大影響，密封油流量及溫度低至一定值氣密性試驗結果合格，反之氣密性試驗結果不合格。由此可以推斷，空氣在密封油中有一定的溶解量，減小密封油流量和溫度能使氣密性試驗結果往好的方向變化。

1.2后果及潛在風險

發電機在壓縮空氣狀態下整體氣密性試驗不合格，即發電機運行期間氫氣泄漏率可能不合格。氫氣泄漏嚴重時可能造成發電機周圍著火，甚至引起氫氣爆炸等重大風險。發電機整體氣密性試驗合格是發電機進氫的前提條件，如果發電機整體氣密性試驗不合格將影響發電機并網。

2原因分析

2.1初步分析

通過對發電機整體氣密性試驗邊界的嚴格查漏，已經排除氣密性試驗邊界外漏的情況，且也排除了空氣泄漏到定子冷卻水系統或者通過氫氣冷卻器泄漏的可能。而用壓空做氣密性試驗不合格（壓降為50.31mbar，合格值為20mbar），但是氫氣泄漏率合格（氫氣泄漏率為11 Nm?/DAY，合格值為18 Nm?/DAY）。用空氣做保壓不合格，而相同的條件下換成氫氣保壓就合格，區別是兩者介質不同。后來我們了解到空氣在潤滑油中的溶解量遠遠大于氫氣在潤滑油中的溶解量，于是推斷氣密性試驗不合格的主要原因就是發電機內空氣溶解于密封油導致發電機壓降超標。

2.2密封瓦結構分析

福清3、4號機組密封瓦采用的是單環流式密封瓦，密封油在密封瓦內只有1道環形油路，密封油經過密封瓦的氫、空兩側向外流出。氫側回油流經浮子油箱流向擴容油箱，在擴容油箱中析出氫氣后，不含氫的油回潤滑油箱，空側回油與軸承座潤滑油混合回潤滑油箱。油壓高于發電機內氫壓一定數值，形成油膜防止發電機內的氫氣沿轉子與密封瓦之間的間隙向外泄漏。此類密封瓦結構發電機內氣體與密封油直接接觸，回油到油箱后析出的氣體直接排往大氣，且空氣溶解于密封油中的量無法定量計算。

2.3空氣溶解量與氣密性試驗結果的關系

密封油里可以溶解多少空氣，取決于密封油溫度、密封油流量、發電機內壓力，且溶解量與密封油溫度、密封油流量、發電機內壓力成正比關系【3】。由于氣密性試驗時發電機內壓力可以看成無變化，可以改變的是密封油的溫度與流量?？諝庠诿芊庥椭械娜芙饬颗c密封油溫度有關，溫度越高，溶解量越大?？諝庠诿芊庥椭械娜芙饬坑峙c密封油流量有關，密封油流量越大，溶解量越大。由于廠家沒有給出空氣在密封油中溶解量的公式，因此只能做定性的分析而不能給出定量的計算結果。

2.4試驗數據分析

福清核電3號機組氣密性試驗結果為50.31mbar，試驗時密封油總流量為5.4m3/h，潤滑油溫度為45.3℃。福清核電4號機組氣密性試驗結果為42mbar，試驗時密封油總流量為2.73m3/h，潤滑油溫度為38℃。

兩臺機組都是在確保沒有漏點的情況下做的氣密性試驗，可以看到4號機組密封油流量小，密封油溫度低，相應的氣密性試驗發電機壓降小。

2.5試驗改進措施

由于廠家對發電機氣密性試驗的要求未規定潤滑油溫度和密封油流量，福清核電4號機組通過閉式冷卻水系統把潤滑油溫度降至21℃時，密封油總流量降為1.18m3/h，此時氣密性試驗結果為16mbar，滿足廠家設計要求。

3.結論

在做發電機氣密性試驗時，空氣在密封油中的溶解量不容忽視，溶解量的大小直接決定著發電機氣密性試驗是否合格。通過本文分析可以得出結論，密封油溫度越低，空氣在密封油中的溶解量越低，發電機氣密性試驗越容易合格；密封油流量越小，空氣在密封油中的溶解量越低，發電機氣密性試驗越容易合格。因此在做發電機氣密性試驗時應盡量控制發電機密封油的溫度跟流量，使氣密性試驗更容易合格。

參考文獻：

[1]司派友，王凱，左川。氫冷發電機氣密性計算方法研究，節能技術，2013年5月；

[2]東方電機股份有限公司提供的氫氣系統調試程序；

[3]謝尉揚，徐明。發電機嚴密性試驗結果分析，浙江電力，2000，19（3）：6-9.