百萬千瓦氫冷發(fā)電機端蓋漏氫處理及優(yōu)化

羅賢龍

摘? ?要：某核電廠百萬千瓦氫冷發(fā)電機正常運行期間，漏氫量在三個月時間內(nèi)從小于10m3/24h逐漸增大至18m3/24h以上，已經(jīng)超過運行限值，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機汽端及勵端端蓋中分面處漏氫。簡要介紹了發(fā)電機結(jié)構及端蓋作用，通過對發(fā)電機端蓋檢修發(fā)現(xiàn)注膠工藝不合理導致密封膠空槽是漏氫量增大的主要原因。通過優(yōu)化注膠工藝后，徹底解決端蓋漏氫問題，提高了發(fā)電機運行的安全性，對同類問題具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：發(fā)電機? 端蓋? 漏氫? 注膠

中圖分類號：TM611? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0077-03

Abstract：During the normal operation of a million kilowatts hydrogen cooled generator in a nuclear power plant， the hydrogen leakage gradually increased from less than 10m3/24h to more than 18m3/24h in three months， which has exceeded the operation limit. During the field inspection， hydrogen leakage was found at the steam end of the generator and the middle split of the excitation end cover. This paper briefly introduces the structural characteristics and glue injection process of the generator end cover. By maintaining the generator end cover， it is found that the main reason for the hydrogen leakage is that the sealant empty groove is caused by the unreasonable glue injection process. By optimizing the process， the hydrogen leakage problem of the end cover is solved thoroughly， and the safety of the generator operation is improved， which has certain reference significance for similar problems.

Key Words：Generator;End cover;Hydrogen leakage;Glue injection

漏氫量是核電廠氫冷發(fā)電機運行的重要監(jiān)測參數(shù)之一，一旦機組漏氫量過大，如補氫不及時，會造成發(fā)電機定子鐵芯和轉(zhuǎn)子線圈溫度不斷升高，影響設備可靠運行。同時，氫氣本身是一種易燃易爆氣體，一旦聚集在廠房內(nèi)部無法及時擴散，遇到明火會造成爆炸，嚴重威脅廠房及人員安全。故一旦發(fā)電機向外漏氫氣，就必須采取有效措施處理，消除設備運行及安全隱患，保證發(fā)電機組的安全運行。

1? 問題描述

某核電廠二號機組發(fā)電機采用東方電機廠生產(chǎn)的四極半轉(zhuǎn)速同步氫冷發(fā)電機，額定功率1150MW，額定氫壓0.3MPa，發(fā)電機外形圖詳見圖1[1]。發(fā)電機定子機座采用三段式結(jié)構，即由汽、勵端端罩和定子中段三個部分組成，發(fā)電機定子與出線罩、端蓋、油密封現(xiàn)場組裝后作為氫氣的密閉空間[2]。轉(zhuǎn)子裝有勵磁繞組，由兩個端蓋式軸承支撐，在定子鐵芯內(nèi)轉(zhuǎn)動。鐵芯內(nèi)裝有高壓定子繞組，鐵芯由機座支撐。定子繞組采用水冷，而鐵芯和轉(zhuǎn)子則由加壓的氫氣進行冷卻。

2016年11月，機組檢修后啟機運行，初始漏氫量為9.56m3/24h。2017年2月，發(fā)現(xiàn)漏氫量增大至18.36m3/24h，已超過18m3/24h的運行限值，嚴重影響發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行?，F(xiàn)場采用高靈敏度可燃氣體檢測儀檢查等手段，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機汽端及勵端端蓋均存在漏氫，其中汽端端蓋氫濃度最大為1.2%，勵端氫濃度最大為3.6%，已經(jīng)接近氫氣爆炸下限4%，漏量最大處位于兩側(cè)端蓋中分面處。而發(fā)電機附屬系統(tǒng)設備未發(fā)現(xiàn)漏氫現(xiàn)象，由此判斷端蓋漏氫為本次漏氫量異常的主要原因。

2? 原因分析

發(fā)電機端蓋用于裝配軸承，封閉機座并提供潤滑油、密封油和高壓油的進出通道。端蓋主要分為上下兩半，均是通過螺栓把合在機座端部，上下半端蓋同樣通過螺栓把合。端蓋上設有注膠槽，端蓋安裝完成后利用注膠槍往端蓋軸承的圓周凹槽內(nèi)注入密封膠，上、下兩半端蓋對合面也采用注膠方式密封，把合接觸面通過注膠保證氣密性[3]。

結(jié)合端蓋結(jié)構特點，分析認為端蓋中分面漏氫主要有以下幾個可能：

（1）端蓋中分面螺栓緊力不足或緊力不均，造成中分面間隙超標。

（2）端蓋變形導致中分面間隙超標。

（3）密封膠局部固化失效或者空槽，未起到密封作用，導致氫氣泄漏。

（4）密封槽道有雜質(zhì)，造成密封膠填充不充分，導致漏氫。

對于第一、二種可能原因，復查端蓋垂直把合面及中分面螺栓力矩為4050N·m，符合制造廠要求，未見緊固螺栓松動跡象。另外，端蓋中分面結(jié)合面間隙實測0.02mm塞尺不入，外觀檢查也未發(fā)現(xiàn)明顯變形現(xiàn)象，故可基本排除此兩種因素。對于第三、四種可能原因，則需進一步解體檢查才能確認。因機組正在運行，故處理氫氣泄漏打算分兩步執(zhí)行：（1）按常用注膠方式重新補膠;（2）如重新注膠有效，則大修期間解體檢修發(fā)電機汽、勵端端蓋;如重新注膠無效，則擇機停機解體檢修發(fā)電機汽、勵端端蓋。

3? 漏氫處理

3.1 重新注膠消除泄漏

每側(cè)端蓋垂直把合面以及水平合縫面共設計四個注膠口，如圖2所示，其中A、D注膠口位于端蓋垂直面，B、C注膠口位于端蓋中分面。使用注膠槍向汽、勵端端蓋注膠槽內(nèi)注入密封膠，具體注膠步驟如下。

（1）打開B、C、D三處注膠孔蓋，將注膠工具接入D孔，從D孔緩慢注入TITE-SEAL PART No.T25-75型密封膠，觀察B、C孔直至出現(xiàn)密封膠且不帶氣泡時停止注膠，拆除注膠工具并回裝D注膠孔孔蓋。

（2）將注膠工具接入C孔，從C孔緩慢注入密封膠，觀察A孔直至出現(xiàn)密封膠且不帶氣泡時停止注膠，拆除注膠工具并回裝C注膠孔孔蓋。

（3）打開A孔孔蓋，將注膠專用工具接入A孔，從A孔緩慢注入密封膠。觀察B孔直至出現(xiàn)密封膠且不帶氣泡時停止注膠，拆除注膠工具并回裝A注膠孔孔蓋。

（4）打開C孔孔蓋，將注膠工具接入B、C孔，從B、C孔同時緩慢注入密封膠，直到注不進為止，拆除注膠專用工具并回裝B、C注膠孔孔蓋。

（5）檢查確認A、B、C、D四處注膠孔孔蓋已全部回裝，注膠完成。

經(jīng)過重新注膠，汽、勵端端蓋漏氫現(xiàn)象均消失，計算發(fā)電機漏氫量已恢復至正常水平，同時也進一步佐證了漏氫原因非前兩種原因。

3.2 解體汽、勵端端蓋

機組大修期間對發(fā)電機進行了檢修，拆出汽、勵端端蓋后，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)端蓋密封膠凹槽內(nèi)不同程度地出現(xiàn)密封膠填充不均勻甚至缺失等現(xiàn)象，其中與密封瓦密封條安裝槽連接處尤其明顯。而密封瓦室內(nèi)有大量密封膠，密封條已擠壓變形。故可判斷密封條安裝不當，導致密封膠由注膠槽通過匯合中心孔泄漏至密封瓦密封條安裝槽，見圖3，從而導致端蓋密封膠壓力降低，密封性能變差，氫氣泄漏。根據(jù)漏氫發(fā)生時現(xiàn)場氫氣濃度測量結(jié)果，端蓋密封膠中心匯合孔處外側(cè)泄漏量最大，與以上分析第三條原因相符。

檢查密封槽道清潔度良好，未見有明顯雜質(zhì)，可排除第四條可能原因。綜上可判斷，造成氫氣泄漏的主要原因為：密封膠局部固化失效或者空槽，未起到密封作用，導致氫氣泄漏。

4? 優(yōu)化對策

針對以上原因及機組日常運行經(jīng)驗，提出以下優(yōu)化對策，提升注膠工藝水平，能夠有效預防發(fā)電機端蓋漏氫的發(fā)生。

4.1 優(yōu)化注膠孔結(jié)構

進一步檢查密封膠注膠工藝發(fā)現(xiàn)發(fā)電機端蓋密封膠注膠孔為普通直堵頭設計（ABCD四處），每次注膠前需拆除堵頭，注膠完畢后需重新安裝堵頭。在注膠結(jié)束拆下注膠槍至重新安裝堵頭階段，密封膠未封堵，由于密封膠有壓力，會導致密封膠向外擠壓，造成壓力降低，從而導致密封膠局部空槽，發(fā)電機運行過程中氫氣泄漏。后將現(xiàn)有普通直堵頭設計更換成帶逆止閥的堵頭，不僅漏氫注膠更加便捷，而且能夠防止原堵頭安裝期間密封膠壓力下降的情況出現(xiàn)。

4.2 提高注膠壓力

維持注膠槽內(nèi)的壓力比發(fā)電機內(nèi)部氫氣壓力高，是保證氫氣不泄漏的基本條件。如注膠槽內(nèi)夾存空氣無法被完全擠壓出去，形成空氣柱，容易導致密封不嚴，運行過程中氫氣泄漏。故注膠時，應嚴格按照前述方法，從端蓋底部開始注膠，使密封膠槽內(nèi)空氣排出從頂部充分排出，從而使密封膠注滿槽道，滿足密封壓力。另外，制造廠給出的注膠方法對注膠壓力無硬性要求，容易出現(xiàn)注膠壓力不足導致密封膠未注滿的情況。日常運行期間氫氣壓力為0.3MPa，故注膠壓力應設定為0.3MPa以上，但也不應太大，以防密封膠進入發(fā)電機定子膛內(nèi)，故通常設定為0.4MPa即可，以滿足氫氣密封壓力。

4.3 嚴控密封瓦座密膠條安裝質(zhì)量

密封瓦支座與端蓋的垂直結(jié)合面是最易漏氫的部位之一[4]，對此處的密封膠條的安裝質(zhì)量必須嚴格把關。上、下半密封瓦支座組裝時，接縫應對齊，防止密封瓦支座錯口使密封墊受力不勻。此處密封膠條是梯形結(jié)構，應特別注意長短邊務必不能安裝反方向，長邊應朝著發(fā)電機定子膛內(nèi)。

4.4 增加定期補膠項目

發(fā)電機端蓋密封膠為粘稠狀液體，運行過程中會隨著氫氣的帶動而輕微流動，容易出現(xiàn)密封膠填充不足或者空槽情況。電廠可在機組年度大修端蓋不拆的情況下，增加發(fā)電機定期補膠的檢修項目，以滿足密封需求。

5? 結(jié)語

發(fā)電機端蓋漏氫通過重新補膠消除了隱患，并在機組大修之前未再次出現(xiàn)端蓋漏氫的問題，取得了良好的治理效果，確保了機組的正常運行。通過結(jié)合機組日常運行經(jīng)驗提出了優(yōu)化措施，提升注膠工藝水平，使發(fā)電機端蓋漏氫問題得到了根本解決，各機組未再次出現(xiàn)端蓋漏氫的情況，對于發(fā)電機類似缺陷的排查處理具有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1] 東方電機有限公司.TA 1100-78型1150MW核能發(fā)電機安裝說明書[Z]，2011.

[2] 宋明桂.1150MW核能發(fā)電機端蓋漏氫問題分析及處理[J].科技信息，2013（19）：403-404.

[3] 孫暉，孫志斌，朱榮，等.1000MW超超臨界發(fā)電機大端蓋漏氫原因分析及處理[J].上海電力學院學報，2012，28（1）：28-34.

[4] 李明濤，姜根.1000MW發(fā)電機漏氫原因分析及治理[J].神華科技，2017，15（11）：42-45.