百万千瓦氢冷发电机端盖漏氢处理及优化

来源:用户上传      作者:罗贤龙

　　摘   要：某核电厂百万千瓦氢冷发电机正常运行期间，漏氢量在三个月时间内从小于10m3/24h逐渐增大至18m3/24h以上，已经超过运行限值，现场检查发现发电机汽端及励端端盖中分面处漏氢。简要介绍了发电机结构及端盖作用，通过对发电机端盖检修发现注胶工艺不合理导致密封胶空槽是漏氢量增大的主要原因。通过优化注胶工艺后，彻底解决端盖漏氢问题，提高了发电机运行的安全性，对同类问题具有一定的借鉴意义。
　　关键词：发电机  端盖  漏氢  注胶
　　中图分类号：TM611                                文献标识码：A                       文章编号：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
　　漏氢量是核电厂氢冷发电机运行的重要监测参数之一，一旦机组漏氢量过大，如补氢不及时，会造成发电机定子铁芯和转子线圈温度不断升高，影响设备可靠运行。同时，氢气本身是一种易燃易爆气体，一旦聚集在厂房内部无法及时扩散，遇到明火会造成爆炸，严重威胁厂房及人员安全。故一旦发电机向外漏氢气，就必须采取有效措施处理，消除设备运行及安全隐患，保证发电机组的安全运行。
　　1  问题描述
　　某核电厂二号机组发电机采用东方电机厂生产的四极半转速同步氢冷发电机，额定功率1150MW，额定氢压0.3MPa，发电机外形图详见图1[1]。发电机定子机座采用三段式结构，即由汽、励端端罩和定子中段三个部分组成，发电机定子与出线罩、端盖、油密封现场组装后作为氢气的密闭空间[2]。转子装有励磁绕组，由两个端盖式轴承支撑，在定子铁芯内转动。铁芯内装有高压定子绕组，铁芯由机座支撑。定子绕组采用水冷，而铁芯和转子則由加压的氢气进行冷却。
　　2016年11月，机组检修后启机运行，初始漏氢量为9.56m3/24h。2017年2月，发现漏氢量增大至18.36m3/24h，已超过18m3/24h的运行限值，严重影响发电机的安全稳定运行。现场采用高灵敏度可燃气体检测仪检查等手段，发现发电机汽端及励端端盖均存在漏氢，其中汽端端盖氢浓度最大为1.2%，励端氢浓度最大为3.6%，已经接近氢气爆炸下限4%，漏量最大处位于两侧端盖中分面处。而发电机附属系统设备未发现漏氢现象，由此判断端盖漏氢为本次漏氢量异常的主要原因。
　　2  原因分析
　　发电机端盖用于装配轴承，封闭机座并提供润滑油、密封油和高压油的进出通道。端盖主要分为上下两半，均是通过螺栓把合在机座端部，上下半端盖同样通过螺栓把合。端盖上设有注胶槽，端盖安装完成后利用注胶枪往端盖轴承的圆周凹槽内注入密封胶，上、下两半端盖对合面也采用注胶方式密封，把合接触面通过注胶保证气密性[3]。
　　结合端盖结构特点，分析认为端盖中分面漏氢主要有以下几个可能：
　　（1）端盖中分面螺栓紧力不足或紧力不均，造成中分面间隙超标。
　　（2）端盖变形导致中分面间隙超标。
　　（3）密封胶局部固化失效或者空槽，未起到密封作用，导致氢气泄漏。 　　（4）密封槽道有杂质，造成密封胶填充不充分，导致漏氢。
　　对于第一、二种可能原因，复查端盖垂直把合面及中分面螺栓力矩为4050N·m，符合制造厂要求，未见紧固螺栓松动迹象。另外，端盖中分面结合面间隙实测0.02mm塞尺不入，外观检查也未发现明显变形现象，故可基本排除此两种因素。对于第三、四种可能原因，则需进一步解体检查才能确认。因机组正在运行，故处理氢气泄漏打算分两步执行：（1）按常用注胶方式重新补胶;（2）如重新注胶有效，则大修期间解体检修发电机汽、励端端盖;如重新注胶无效，则择机停机解体检修发电机汽、励端端盖。
　　3  漏氢处理
　　3.1 重新注胶消除泄漏
　　每侧端盖垂直把合面以及水平合缝面共设计四个注胶口，如图2所示，其中A、D注胶口位于端盖垂直面，B、C注胶口位于端盖中分面。使用注胶枪向汽、励端端盖注胶槽内注入密封胶，具体注胶步骤如下。
　　（1）打开B、C、D三处注胶孔盖，将注胶工具接入D孔，从D孔缓慢注入TITE-SEAL PART No.T25-75型密封胶，观察B、C孔直至出现密封胶且不带气泡时停止注胶，拆除注胶工具并回装D注胶孔孔盖。
　　（2）将注胶工具接入C孔，从C孔缓慢注入密封胶，观察A孔直至出现密封胶且不带气泡时停止注胶，拆除注胶工具并回装C注胶孔孔盖。
　　（3）打开A孔孔盖，将注胶专用工具接入A孔，从A孔缓慢注入密封胶。观察B孔直至出现密封胶且不带气泡时停止注胶，拆除注胶工具并回装A注胶孔孔盖。
　　（4）打开C孔孔盖，将注胶工具接入B、C孔，从B、C孔同时缓慢注入密封胶，直到注不进为止，拆除注胶专用工具并回装B、C注胶孔孔盖。
　　（5）检查确认A、B、C、D四处注胶孔孔盖已全部回装，注胶完成。
　　经过重新注胶，汽、励端端盖漏氢现象均消失，计算发电机漏氢量已恢复至正常水平，同时也进一步佐证了漏氢原因非前两种原因。
　　3.2 解体汽、励端端盖
　　机组大修期间对发电机进行了检修，拆出汽、励端端盖后，发现两侧端盖密封胶凹槽内不同程度地出现密封胶填充不均匀甚至缺失等现象，其中与密封瓦密封条安装槽连接处尤其明显。而密封瓦室内有大量密封胶，密封条已挤压变形。故可判断密封条安装不当，导致密封胶由注胶槽通过汇合中心孔泄漏至密封瓦密封条安装槽，见图3，从而导致端盖密封胶压力降低，密封性能变差，氢气泄漏。根据漏氢发生时现场氢气浓度测量结果，端盖密封胶中心汇合孔处外侧泄漏量最大，与以上分析第三条原因相符。
　　检查密封槽道清洁度良好，未见有明显杂质，可排除第四条可能原因。综上可判断，造成氢气泄漏的主要原因为：密封胶局部固化失效或者空槽，未起到密封作用，导致氢气泄漏。
　　4  优化对策
　　针对以上原因及机组日常运行经验，提出以下优化对策，提升注胶工艺水平，能够有效预防发电机端盖漏氢的发生。
　　4.1 优化注胶孔结构
　　进一步检查密封胶注胶工艺发现发电机端盖密封胶注胶孔为普通直堵头设计（ABCD四处），每次注胶前需拆除堵头，注胶完毕后需重新安装堵头。在注胶结束拆下注胶枪至重新安装堵头阶段，密封胶未封堵，由于密封胶有压力，会导致密封胶向外挤压，造成压力降低，从而导致密封胶局部空槽，发电机运行过程中氢气泄漏。后将现有普通直堵头设计更换成带逆止阀的堵头，不仅漏氢注胶更加便捷，而且能够防止原堵头安装期间密封胶压力下降的情况出现。
　　4.2 提高注胶压力
　　維持注胶槽内的压力比发电机内部氢气压力高，是保证氢气不泄漏的基本条件。如注胶槽内夹存空气无法被完全挤压出去，形成空气柱，容易导致密封不严，运行过程中氢气泄漏。故注胶时，应严格按照前述方法，从端盖底部开始注胶，使密封胶槽内空气排出从顶部充分排出，从而使密封胶注满槽道，满足密封压力。另外，制造厂给出的注胶方法对注胶压力无硬性要求，容易出现注胶压力不足导致密封胶未注满的情况。日常运行期间氢气压力为0.3MPa，故注胶压力应设定为0.3MPa以上，但也不应太大，以防密封胶进入发电机定子膛内，故通常设定为0.4MPa即可，以满足氢气密封压力。
　　4.3 严控密封瓦座密胶条安装质量
　　密封瓦支座与端盖的垂直结合面是最易漏氢的部位之一[4]，对此处的密封胶条的安装质量必须严格把关。上、下半密封瓦支座组装时，接缝应对齐，防止密封瓦支座错口使密封垫受力不匀。此处密封胶条是梯形结构，应特别注意长短边务必不能安装反方向，长边应朝着发电机定子膛内。
　　4.4 增加定期补胶项目
　　发电机端盖密封胶为粘稠状液体，运行过程中会随着氢气的带动而轻微流动，容易出现密封胶填充不足或者空槽情况。电厂可在机组年度大修端盖不拆的情况下，增加发电机定期补胶的检修项目，以满足密封需求。
　　5  结语
　　发电机端盖漏氢通过重新补胶消除了隐患，并在机组大修之前未再次出现端盖漏氢的问题，取得了良好的治理效果，确保了机组的正常运行。通过结合机组日常运行经验提出了优化措施，提升注胶工艺水平，使发电机端盖漏氢问题得到了根本解决，各机组未再次出现端盖漏氢的情况，对于发电机类似缺陷的排查处理具有一定的借鉴意义。
　　参考文献
　　[1] 东方电机有限公司.TA 1100-78型1150MW核能发电机安装说明书[Z]，2011.
　　[2] 宋明桂.1150MW核能发电机端盖漏氢问题分析及处理[J].科技信息，2013（19）：403-404.
　　[3] 孙晖，孙志斌，朱荣，等.1000MW超超临界发电机大端盖漏氢原因分析及处理[J].上海电力学院学报，2012，28（1）：28-34.
　　[4] 李明涛，姜根.1000MW发电机漏氢原因分析及治理[J].神华科技，2017，15（11）：42-45.
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