百万级核电单流环密封油系统简述及运行参数对功能的影响

百万级核电单流环密封油系统简述及运行参数对功能的影响

向旭

（中国电建集团成都勘测设计研究院四川省成都市610072）

摘要：本文结合宁德项目一号机组发电机的密封油系统，介绍1000MW核电发电机组单流环密封瓦的结构、密封油系统的功能及单流环密封油系统流程，在此基础上论述密封油的油氢压差、油箱真空、供油温度及油箱油位等参数对系统功能的影响，以及应该注意的问题。

关键词：单流环；密封油系统；运行参数

1.前言

大容量的汽轮发电机普遍采用氢气作为冷却介质，通过氢气与冷却器之间的能量交换将热量带出。但因氢气的易燃易爆性，为防止氢气的泄漏，发电机定子的端部专门设计密封瓦装置，并配备密封油供油装置、密封油泵、调节阀、平衡阀、相关仪表等组成密封油系统。密封油系统主要分为盘式与环式两种，盘式密封油因自身的结构较为复杂、安装困难、不适用于大型的机组等缺点逐渐被淘汰；环式密封油系统根据密封瓦的型式与油路的数量又分为单流环、双流环及三流环密封油系统。密封油系统必须经过正确有设计、制造、安装、调试、运行维护，才能达到设计参数，达到预定的功能，否则出现发电机定子进油、氢气泄露、氢气纯度降低、氢气湿度增加、密封瓦磨损等会对发电机造成损害，引起事故及造成一定的经济损失。宁德核电项目1至4号机组均采用东方电机厂的发电机，及相应的单流环密封油系统，以下将对该种形式的密封油系统进行介绍，并对运行参数对功能的影响进行分析。

2.单流环密封油系统概述

2.1单流环密封油系统的基本功能如下：

?为两端的密封装置提供所有运行工况需要的密封油。

?对密封油进行处理，保证发电机机内氢气的纯度及湿度。

?提供回路，使油压高于氢压设计的的数值，以防子定子内的氢气沿轴向向外泄露。有效发保证空气和氢气的隔离。

2.2单流环密封油的特点

单流环密封油与其它形式密封油系统最显著的特点是，只有一路密封油供油源，当密封油进入密封瓦的环形油沟后沿发电机转子与密封瓦之间的密封瓦间隙分别向氢侧或空侧流动，以达到密封氢气及稳定氢压的作用。另外单流环密封油还具有真空净油功能，系统内设置真空油箱及真空油泵，真空油泵能能连续的从真空油箱中抽出水份和空气，使油质得到净化。当密封油与定子内的氢气在密封瓦处接触时，油中不会有有饱和的水气扩散进发电机定子对氢气造成污染，保证机内的氢气纯度，防止氢气的湿度增加。

3.百瓦级核电发电机单流环密封油系统简介

3.1系统的运行参数

3.2密封瓦的结构

1000MW级核电油密封装在轴承装配部位，位于轴承和内油挡之间。它包括了一个密封座，密封座的内圆有环形腔以容纳两密封环，即密封瓦，密封瓦又分为氢侧瓦与空侧瓦，每个环又分为4块，每块瓦之间没有连接，而是靠氢侧瓦与空侧瓦间外圆上的两个弹簧定位，让它适应轴通过临界转速时的振动。密封油通入密封环的油沟内，再通过密封瓦与转轴间隙，沿转轴分别向两侧流动（见图1）排出，即进入发电机的氢气侧和进入轴承腔的空气侧。密封瓦的材质为特殊铜合金。在运行时密封油的压力比机内氢气压力高0.05MPa。油被强迫进入密封环和轴之间的径向间隙而起到了密封作用，保证了机内氢气不会外泄，机外空气也不会进入机内。

图3单流环密封油系统单线图

从润滑油系统（15）来的油进入真空油箱（2），通过真空泵（8）建立的真空将气体抽出，任何气态的混合气体被排到外部空气中。液位控制阀（12）维持了真空油箱（2）中的液位恒定。主油泵（5）所供给的密封油大部分通过排油阀（13）回到真空油箱（2）。其余部分经过滤器（10）过滤后经差压阀（11）调节后送入油密封的进口。如真空处理系统（2）或密封油主油泵（5）故障，密封油直接用润滑油经1或2台备用泵加压提供。

从油密封排出的分成空侧回油和氢侧回油两路油：空侧回油与轴承回油混合后回到主润滑油箱（15）。氢侧回油含有氢气，直接进入氢侧主油箱（3）或氢侧事故油箱（4），这两个油箱通过浮子阀维持了油位恒定，防止了氢气从发电机中漏出。氢侧事故油箱（4）保证了在氢侧主油箱（3）故障时密封油系统的正常运行。如果氢侧主油箱（3）或氢侧事故油箱（4）均发生故障，一个液位控制报警器可以探测出机内侧回油回路中任何液位升高并且让机组跳闸。氢侧主油箱（3）或氢侧事故油箱（4）排出的油经过油气分离箱（1），然后回到润滑油系统（15）。

3.3.2单流环密封油系统主要设备简介

?密封油控制装置：密封油控制装置主要包括主密封油泵、直流事故密封油泵、浮子油箱、真空油箱、压差调节阀、密封油液位控制阀、密封油主过滤器、密封油补油过滤器、密封油仪表柜等。

浮子油箱主要用于接收发电机氢侧回油分离油中氢气并将处理过的油送至扩容油箱。浮球阀控制浮子油箱油位在正常油位可防止发电机进油。

真空油箱主要用于分离发电机进油中的水气并通过真空净油装置排至厂房外同时维持油箱内油位稳定，供主密封油泵使用。

压差调节阀主要用于核电站机组发电机密封油油氢压差的调节，对维护系统的正常运行和周围环境起到重要的作用。

密封油液位控制阀主要用于核电站机组发电机密封油真空油箱补油量的控制，密封油液位调节阀监测真空油箱油位并发信号给液位控制阀控制油箱油位。

?密封油真空净油装置主要包括：真空泵、油气分离箱、电磁阀等。

真空泵主要用于核电站机组发电机密封油的过滤，使真空油箱中的油在负压的情况下将油中的水分分离并排放出来。

油气分离箱主要用于真空泵入口油气的分离，防止油过多进入真空泵内对真空泵造成不良影响。

?扩容油箱：扩容油箱主要用于分离发电机氢侧回油中气泡并通过油烟净化装置排至厂房外同时在汽机润滑油系统停止供油的工况下给发电机提供油源维持发电机密封油系统正常运行。

?油气分离器：油气分离器主要作用是将油烟净化装置从扩容油箱内抽出气体中油水分离出来再返回到扩容油箱。

?油烟净化排放装置等：油烟净化装置主要用于发电机氢封系统回油箱排放的含油微粒的气体中去除油粒，对维护系统的正常运行和周围环境起到重要的作用。该装置配有两台排油烟风机，它的抽吸作用使油箱内空间形成一定的负压，以免油烟排向电厂运行空间。

4.运行参数对功能的影响

4.1油氢压差

油氢差压是最重要的运行参数，也是确保发电机密封功能的关键。宁德核电所采用的密封油氢压差设计值为0.05MPa。机组运行时，油氢差压值要维持稳定，太大可能造成发电机进油，太小又可能发生发电机漏氢。该系统配备了1套差压调节阀对油氢压差进行调节。该差压调节阀采用金属波纹管式结构。

当压力调节阀的跟踪性能不好，可能引起油氢压差低，可以通过调整阀门控制机构上定位弹簧的预紧力重新调试压差调节阀，使差压满足设计要求；同时重新校验压差表计来确定是否维修或更换此阀。如果发电机内氢压低于0.05MPa工况需采用压差阀旁路阀工作，压差阀退出运行。

其它如差压信号管堵塞，就需要在安装时严检查信号管的清洁。信号管充油难引起差压不准，需在调试时严格按照运行规程作业，以保证信号管正常的充油排气，以保证信号的准确性。

4.2油箱真空

对于单流环密封瓦结构的系统，如果要充分发挥密封油的真空净化功能，必须重视密封油真空箱的真空度。仅就脱除气体而言，由于气体在液体中的溶解度与压力成正比，真空度越高溶解在密封油中的气体就越容易析出。另一方面，要想通过真空方法除去溶解在密封油中的水分，必须使真空度达到相应温度下水分的饱和蒸汽压力。如通常情况下密封油油箱的温度为50℃，该温度下水的饱和蒸汽压力为12.4KPa，此时只有密封油真空箱的绝对压力低于12.4KPa，才有可能使水分直接蒸发而被除去。如果在密封油系统设计时仅考虑到真空除气功能，未考虑密封油箱在高真空状态下的脱水功能，因而将密封油泵与密封油箱布置在同一标高，如果现场想提高密封油箱的真空度，还要考虑密封油泵的汽蚀余量是否足够，否则可能引起密封油泵的汽蚀、振动和噪音等问题。

常见的问题主要是真空油箱真空低，引起的原因一般有：一是管路及阀门有漏点；二是真空泵抽真空能力差。前者可以通过查漏，然后消除；后者则需根据真空泵的使用说明或运行规范找原因然后消除。下面主要分析宁德1#机组冲转时真空度波动的问题。

在宁德核电项目1#机组冲转的过程中，真空油箱的液位稳定要94-95cm，真空泵及电磁阀均运行正常，真空油箱的真空度维持在33KPa，但每隔十几小时真空度出现突变（见图3），由33KPa急速下降至13KPa，后又缓慢回升至33KPa。

现场对管路和阀门的严密性进行了检查，没有找到漏点，因此排除真空泄露的可能性，而真空泵无异常，排除了真空泵抽真空能力不足的可能性。因该泵在真空泵绝对压力大于20KPa时发生过异音，但在此阶段该泵声音正常，且开关电磁阀一直处于打开状态，其并无油抽除，因此可以段

图4油箱抽气管道割管的部分

经过现场分析及常规机组真空油箱设计的经验，决定取消真空油箱上抽气管道伸入油箱的部分（见图4）。经处理后，在后续的运行中真空完全正常。

4.3供油温度

密封油的供油温度是十分重要的运行参数，设置冷却器可以调整密封油温度，宁德电厂进油温度不低于45℃，回油温度不超过65℃。

油的温度决定其粘度，并且影响到密封瓦的间隙，宁德核电发电机密封瓦的单侧间隙为0.10～0.073mm，油温升高将降低油的粘度，增大密封瓦间隙，直接提高密封油的流量，而过大的流量容易引起发电机进油。油温降低时粘度增大，可能引起密封瓦的摩擦，造成发电机轴承振动。

同时密封油的温度如果过高，会使油中溶解接的气体释放出来，间接影响到氢气的纯度。

解决此问题的方法就是将油温控制在规定的范围之内。

4.4油箱的油位

密封油系统的氢侧回油箱的油位由浮球阀控制，并设有油位观察装置，有些还有油位报警装置。而真空油箱主要由液位控制阀来调节。

氢侧回油分离箱油位太高可能导致氢侧排油满造成发电机内部进油；氢侧回油分箱的油位如果太低，则可能使油封段遭到破坏，导致氢气大量泄漏，使发电机内部氢压急剧下降。这些情况一般都是由浮球阀引起的，发电机升压过程中密封瓦流量会有变化，如果升压过快，油量的急剧变化会影响浮球阀工作（油量巨变使浮球阀阀杆带动活塞大幅度升降，活塞有可能会出现偏心卡塞），或是油质中杂质会导致浮球阀活塞卡塞无法正常动作，此时需要将浮球阀拆下清洗排除杂质。

真空油箱的油位太低将影响密封油泵的运行；油位一旦偏高会影响除气脱水效果。当液位太高时可采用人工控制进油量来调整液位，当液位太低时，将主油泵切换至备用油泵，对液位控制阀进行检修。

5.结束语

发电机密封油系统关系发电机运行的安全，其主要作用是防止发电机内部的氢气外泄，兼具对密封油的温度调节和过滤、脱除气体及水分或隔离功能。为实现这些功能，油氢差压、密封油箱真空度、密封油温度等重要运行参数必须得到保证。该系统的正确配置、运行以及良好的维护将直接影响到密封油系统功能的实现，并避免一些潜在的危害。

参考文献：

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