AP1000氢气密封油系统调试问题分析及处理

罗吉江

（山东核电有限公司，山东 烟台 265116）

0 引言

AP1000汽轮发电机由哈动—三菱联合体供货，发电机采用卧式四极半速汽轮发电机。冷却方式为水氢氢冷却，氢气系统的密封采用双流环式密封油系统。氢气密封油系统向发电机密封瓦提供温度、压力和流量符合要求的密封油，从而实现对发电机内额定压力下的氢气进行密封；发电机氢气密封油系统一方面防止发电机膛内的氢气向外泄漏，另一方面避免外界的水分等进入发电机膛内污染氢气。同时密封油对密封瓦还可以起到润滑降温作用。对AP1000氢气密封油系统调试过程出现的问题进行了分析，并提出解决办法。

1 氢气密封油系统简介

1.1 密封油系统特点

AP1000发电机密封油系统采用模块化设计，集装式布置，安装在发电机下方。

采用双流环式密封油系统，空侧密封油和氢侧密封油之间既相互独立又彼此关联；当氢侧密封油故障时，空侧密封油可以独立完成对氢气的密封。一方面空侧密封油可以向氢侧油箱补油，另外当氢侧密封油箱油位高时也可以向空侧密封油排油。

为减小密封环的振动，AP1000发电机密封油系统设置了浮环油。浮环油可以由浮环油泵提供；当浮环油泵故障时，通过空侧密封油母管上单独设置的一路浮环油管线提供。

发电机密封油有三路备用油源，第一路来自主油泵，第二路来自控制油泵，第三路来自润滑油事故油泵。当发电机油氢压差降至0.056 MPa时，备用压差阀自动开启，备用油源自动投入运行。

空侧密封油压通过差压阀或备用差压阀调节，保证空侧密封油压高于氢压0.085MPa或0.056 MPa。

氢侧密封油压的控制则通过氢侧密封油平衡阀控制，正常维持氢侧密封油压大于空侧密封油压。

图1 氢气密封油系统流程

1.2 密封油系统流程

AP1000发电机密封油系统采用双流环式密封油系统，由空侧密封油、氢侧密封油及真空处理单元3部分组成，如图1所示。

空侧密封油单元。空侧密封油单元由空侧密封油箱、空侧密封油泵、冷油器、过滤器及差压阀等组成，空侧密封油系统设置一台交流密封油泵和一台直流密封油泵。发电机支持轴承回油和密封瓦的空侧密封油回油均汇至空侧密封油箱，空侧密封油箱通过U形管与主机润滑油回油管道连接，空侧密封油箱的油一部分返回润滑油主油箱，另一部分经空侧密封油泵升压，流经主差压阀进行密封油压调节，再经过冷油器降温和过滤器过滤后向发电机两侧密封瓦提供空侧密封油。当空侧密封油压比发电机膛内氢气压力差小于0.056 MPa时，备用油源经过备用差压阀向发电机提供密封油。另外从空侧密封油过滤器下游的供油母管上引一路密封油，经浮环泵升压后向发电机密封环供油，增大密封瓦与大轴的间隙，减小由密封环产生的振动。

氢侧密封油单元。氢侧密封油单元由氢侧密封油箱、氢侧密封油泵、冷油器、过滤器及平衡阀等组成，氢侧密封油泵设置一台交流密封油泵。氢侧密封油箱的密封油经氢侧密封油泵升压后，再经过冷油器降温和过滤器过滤后向发电机两侧密封瓦提供氢侧密封油。从氢侧密封瓦出来的油先流入到消泡箱中，在消泡箱中气体得以从油中扩容逸出，然后进入氢侧密封油箱。消泡箱装于发电机下半端盖中，汽、励端各装有一个。在消泡箱内侧各装有一个浮子式油位高报警开关，监视消泡箱油位，防止发电机进油。

真空处理单元。真空处理单元将来自空侧密封油的油引入真空油箱进行去除空气，真空处理单元的供油泵一方面将真空油箱的密封油打入真空油箱进行处理，另一方面可以将处理后的密封油供给氢侧回油箱。

1.3 主要技术参数［1］

空侧密封油流量大于650 L/min；氢侧密封油流量大于226 L/min；差压阀设定值为0.085 MPa；氢侧平衡阀设定值为2～5 kPa；密封油温度最大为48℃；空侧密封油泵、直流密封油泵、氢侧密封油泵出口压力均为0.95 MPa。

2 密封油系统调试问题分析及处理

2.1 氢侧密封油系统压力偏低

在密封油系统第一、二阶段冲洗期间，拆除氢侧密封油平衡阀、氢侧密封油过滤器滤芯，发电机空侧、氢侧供油均汇集在进入发电机前的临时汇流管道中，再从临时汇流管道分别引至氢侧回油箱和空侧临时回油箱。首次启动氢侧密封油泵时，发现过滤器出口压力表显示压力为0.2 MPa，明显低于氢侧密封油泵的额定压力0.95 MPa。

用临时压力表从氢侧密封油泵出口处测压力，显示为0.5 MPa；对过滤器出口压力表管进行检查，没有发现堵塞情况。在过滤器与逆止阀之间加装临时压力表，压力显示也为0.5 MPa，初步判定该逆止阀卡涩未全开，导致管道节流增大，从而使逆止阀后压力降低。现场拆除逆止阀进行检查。发现阀芯状况良好，无锈蚀卡涩现象。进一步检查发现其通流面积特别小，怀疑阀门选型或供货错误。与设备供货厂沟通交流，被告知该阀芯因设计选型问题导致开口较小，需更换。由于重新提供新逆止阀的时间较长，为了不影响现场调试工作，暂时先将该逆止阀阀芯拆除，待厂家提供的新逆止阀到货后再择机进行更换。将该逆止阀阀芯拆除后启动氢侧密封油泵，运行电流明显增大，调整再循环阀门将过滤器出口压力调整至0.3 MPa进行系统冲洗，氢侧密封油冲洗管路运行正常。

2.2 异物进入系统

在密封油系统冲洗过程中，清理滤网时发现有大小不等的石墨，如图2所示。

图2 系统冲洗期间清理滤网时发现的石墨

通过排查分析，确定是在安装过程中使用了石墨法兰垫片，石墨是易破碎密封元件，阀门多次操作后使密封元件破损而进入密封油系统。对系统的阀门法兰进行逐一检查，将石墨法兰垫片全部更换为非石棉纸膜垫，在后续的系统冲洗和运行中再未发现石墨。

2.3 消泡油箱液位高报警

氢侧密封油系统投运，进行发电机氢气系统气体置换期间，氢侧密封油压稍有波动就会出现消泡油箱液位高报警，检查两侧平衡阀动作情况，调节正常；氢侧回油箱液位正常，未出现高液位情况，更未发生满油现象；经过排查初步判断为氢侧回油不畅，导致消泡油箱液位升高。对消泡油箱至氢侧回油箱的管道逐一进行敲打，也未见好转；对氢侧回油管线进行逐一排查，发现汽端、电端的氢侧回油管线水平管段安装倾斜角度不满足安装要求，部分管段的倾斜角度远小于8°，对氢侧回油管线的水平管段进行重新调整，消泡油箱液位高频繁报警现象消失；氢侧密封油系统运行正常。

2.4 空侧密封油泵振动大

空侧交流密封油泵和直流密封油泵均为进口齿轮泵，集中安装在钢制底板上，钢制底板与地基留有3 mm左右的缝隙。两台泵并联布置，共用一条入口母管和一条出口供油母管。空侧密封油系统在调试过程中发现交流密封油泵和直流密封油泵均存在振动超标现象。振动数据见表1。

表1 空侧密封油泵振动情况 mm/s

空侧密封油泵进行振动治理前主要是轴向振动超标，而直流密封油泵是水平方向振动超标，首先对两台泵进行了重新找中，并对基座与基础连接进行了加强，试转后振动无明显好转。然后增加两台泵体的支撑刚度、对泵的出口管道支撑刚度进行加强，直流密封油泵振动均得到改善，振动数据合格；但是空侧密封油泵轴向振动没有明显好转。

经过现场测量、观察，发现空侧密封油泵运行时，泵的出口管道振动较大，初步判断是泵的出口管道振动引起泵的共振。对泵的出口管道加装斜支撑等强化管道支撑的措施后，空侧密封油泵振动合格［2］。

2.5 对发电机空气严密性试验的影响

AP1000发电机空气严密性试验是在汽轮机静止或盘车状态下进行的［3］，向发电机内冲入压缩空气，逐渐将发电机膛内气体压力升至额定压力0.55 MPa，保压24 h，计算发电机空气泄漏量，若24 h泄漏量小于1 m3，则发电机空气严密性试验合格。在试验过程中，调整氢气密封油箱的补油量控制在0.5 m3/h，经过20余天的查漏工作，发电机漏点已处理完毕，但是发电机泄漏量前19 h的等效泄漏量均小于1 m3，后3 h等效泄漏量最大为1.2 m3；对试验数据进行分析，未见异常。将发电机密封油系统的氢侧油温由35℃降至28℃，空侧密封油温度由35℃降至30℃，重新进行发电机空气严密性试验，试验合格。由于三菱机组发电机空气严密性试验数据处理时，未按照国内计算方法将溶入密封油中的气体扣除，因此发电机膛内气体溶入的量直接影响试验的结果，而空气在密封油中的溶解量随温度降低而降低。

3 结语

AP1000发电机氢气密封油系统经过调试，空侧和氢侧密封油泵运行稳定，差压阀和平衡阀动作正常，在发电机气密性试验过程中得到进一步检验，满足了机组安全、稳定运行需要。

通过发电机密封油系统的调试，在后续的调试、运行过程中应注意以下几点：安装期的质量是运行期安全运行的保障，做好安装期间的质量控制；关注差压阀和平衡阀动作情况，注意消泡油箱液位报警，防止发电机进油；在运行中调整氢侧密封油压稍大于空侧密封油压，以避免空侧含有空气的密封油进入氢侧密封油，降低氢气纯度；运行中出现问题要及时进行分析，将异常消除在初期，避免异常扩大为事故。