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    淺談AP1000核電密封油系統(tǒng)對氫氣純度的影響分析

    2016-05-30 05:06:24張斌
    科技資訊 2016年2期
    關鍵詞:核電

    張斌

    摘 要:AP1000核電發(fā)電機組采用雙流環(huán)式密封油系統(tǒng),在運行過程中普遍存在氫氣純度下降快,補氫量大和氫氣純度參數(shù)只能維持在較低狀態(tài)下的問題,影響機組的安全性和經(jīng)濟性。本文從設備結構以及系統(tǒng)設計方面進行深入分析,論述密封油系統(tǒng)與氫氣純度的關系,找出導致氫氣純度下降的根本原因,并提出可行的改善措施,對分析處理同類核電機組可能出現(xiàn)的類似問題具有一定的借鑒意義。

    關鍵詞:核電 雙流環(huán) 密封瓦 氫氣純度

    中圖分類號:TM623 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2016)01(b)-0000-00

    引言:AP1000核電依托項目汽輪發(fā)電機組由哈動--三菱聯(lián)合體供貨,發(fā)電機為半速轉機,轉速為1500RPM。發(fā)電機冷卻方式為水氫氫冷卻,氫氣冷卻可有效降低發(fā)電機繞組熱損耗從而提高發(fā)電效率,但氫氣純度過低會影響發(fā)電機組的安全性和經(jīng)濟性。發(fā)電機采用雙流環(huán)式密封油系統(tǒng),可以防止氫氣從發(fā)電機軸端泄露,阻止外部空氣進入發(fā)電機內,從而保持發(fā)電機線圈干燥,維持氫氣的高純度。

    1 密封油系統(tǒng)及設備簡介

    1. 密封氫氣原理:

    雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)通過軸頸與環(huán)式密封瓦氫氣側與空氣側之間的油流阻止氫氣外逸。雙流即密封瓦的氫氣側與空氣側各有獨立的油回路,當兩路密封油經(jīng)過密封支座上各自的油道,進入雙流密封瓦中各自的油槽時,平衡閥控制氫側進油系統(tǒng)使氫側油壓與空側油壓維持均衡,各自從軸頸表面分別流向氫側和空側,達到密封氫氣的作用。

    2. 密封油系統(tǒng)簡介:

    (1)空側密封油油路:空側回油密封箱接受發(fā)電機軸承回油和從軸封來的空側密封油回油。它配備有兩個排油管,一個向空側密封油泵吸入口供油,另一個將一些密封油和軸承油排向汽機潤滑油主油箱??諅让芊庥蛪毫τ煽諅让芊庥捅贸隹谀腹苌系膲翰钫{節(jié)閥維持比氫氣壓力高85KPa。(2)氫側密封油油路:氫側密封油泵從氫側回油調節(jié)箱吸油,密封油依次經(jīng)過冷油器、過濾器、壓力平衡閥,流入密封瓦的氫側密封內槽,然后向發(fā)電機內側流動,排向位于密封瓦下面的消泡箱,在消泡箱密封油吸收的部分氫氣會釋放出來,密封油從消泡箱流出后回到氫側回油調節(jié)箱。(3)密封油真空處理單元:密封油真空處理單元接收空側密封油子系統(tǒng)的密封油,將油中的氣體和水分離出來,再向氫側回油調節(jié)箱供應經(jīng)真空處理的油。即使真空處理單元發(fā)生故障,發(fā)電機也可以依靠密封油系統(tǒng)保持連續(xù)運行。

    2 氫氣純度低的影響

    采用雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)的發(fā)電機在運行過程中普遍存在氫氣純度下降快,補氫量大和氫氣純度參數(shù)只能維持在較低狀態(tài)下的問題。氫氣純度過低會對發(fā)電機組造成下列影響:

    1.如果氫氣純度下降至4%--74%,可能引起氫氣爆炸;2.有害氣體會造成絕緣老化、鐵芯及金屬部件的腐蝕;3.氫氣純度下降會導致冷卻效率降低,造成發(fā)電機內構件的局部過熱;4.氫氣純度下降,氣體密度增大,會增加發(fā)電機的通風損耗,降低發(fā)電機的運行效率;5.為提高氫氣純度,需要進行排氫——補氫操作,增加工作量和耗氫量,影響發(fā)電機組的運行經(jīng)濟性和安全性。

    3 氫氣純度下降的原因分析

    3.1 影響發(fā)電機氫氣純度下降的根本原因:

    正常運行氫壓為0.53-0.585MPA(表壓),外界空氣無法進入發(fā)電機,使氫氣純度降低的根本原因是氫側油與空側油的交換,將油中溶解的空氣帶入發(fā)電機內造成的,其交換點在密封瓦和氫側密封油箱兩處。交換過程如下:當空側密封油壓力高于氫側密封油壓力時,空側密封油在密封瓦處向氫側竄油,空側密封油中含有的空氣和水份等進人發(fā)電機消泡箱內,空氣在消泡箱內擴容后逸入發(fā)電機內從而降低氫氣純度。由于空側油竄向氫側,氫側回油箱油位升高使排油閥打開,將多余的氫側油排向空側密封油泵入口。當氫側密封油壓力高于空側密封油壓力時,氫側密封油在密封瓦處竄向空側,導致氫側密封油箱油位下降,補油閥自動打開,含有空氣和水份的空側密封油通過補油閥進人氫側密封油箱,經(jīng)油泵進人密封瓦后,空氣在消泡箱內擴容進入發(fā)電機。由此可見,不管是空側壓力高于氫側壓力,還是氫側壓力高于空側壓力,都將導致空氫側之間竄油,使含有空氣和水份的空側密封油竄入氫側,長期運行必將導致氫氣純度惡化。

    3.2 空側與氫側竄油的原因

    根據(jù)雙流環(huán)密封瓦設計原理,只有維持密封瓦內空側密封油與氫側密封油壓力平衡,減少空、氫側密封油交換,才能防止空側油系統(tǒng)中夾帶的空氣等進入氫側密封油系統(tǒng)。運行過程中由于受平衡閥調節(jié)精度、設備結構、運行狀態(tài)參數(shù)變化等因素的影響很難控制空側密封油和氫側密封油壓力的平衡,不可避免的使空側油與氫側油之間相互竄油。造成空氫側密封油壓力不平衡主要原因有:

    (1)平衡閥調節(jié)精度。由于平衡閥活塞和油缸之間間隙很小,稍有雜質就可能造成活塞的運動阻力增大,甚至卡死,致使平衡閥調節(jié)精度變差,不能有效維持空、氫側密封油壓力的平衡,造成竄油量增大,從而使發(fā)電機氫氣純度下降。(2)平衡閥的空、氫側密封油壓力信號測點存在誤差。由于設備結構的原因,目前只能測量密封瓦上空、氫側密封油進油處的壓力作為平衡閥的調節(jié)信號,而不是密封瓦與轉軸之間的實際壓力,因此必然造成測量誤差,使平衡閥不能有效維持空、氫側密封油壓力的平衡,從而引起空、氫側竄油量的增大而降低發(fā)電機純度。由以上原因可以看出,空氫側存在竄油是不可避免的。由于受平衡閥調節(jié)精度、設備結構、運行狀態(tài)參數(shù)的變化等因素的影響,使空氫側竄油量的多少不容易控制,就會出現(xiàn)運行調整后情況較好,一段時間后又變差的情況,使發(fā)電機的氫氣純度不能維持在較高的純度下運行,降低發(fā)電機運行的效率和安全性。

    4 防止措施

    經(jīng)以上分析可知密封油的空氫側竄油是不可避免,為防止氫側密封油品質惡化,可采取下列措施:

    1.保障密封油真空處理單元正常運行

    正常運行時,維持軸封密封環(huán)處的氫側密封油壓力比空側密封油壓力略高,并維持二者壓差恒定,使得少量的氫側密封油向外流向空側密封油子系統(tǒng)。這將導致氫側回油調節(jié)箱的油位下降,部分經(jīng)過真空處理單元處理過的空側密封油通過供油泵供入氫側回油調節(jié)箱,補償氫側減少的油量。與未經(jīng)處理的空側密封油相比,經(jīng)真空處理的空側密封油不含任何空氣和水分,可以維持氫氣純度高于98%。

    2.采用高精度密封油濾網(wǎng),確保油質符合要求

    由于密封油中的微小顆粒與密封瓦及軸頸的相對流動產(chǎn)生研磨,加劇密封瓦與軸頸的磨損,導致運行密封瓦間隙增大。密封油流中的微小顆粒還會造成平衡閥卡澀,油壓自動控制失靈。建議采用過濾精度更高的濾網(wǎng)或采用過濾效果比刮片式濾網(wǎng)更好的纖維式濾網(wǎng)。

    3.適當降低密封油溫度

    (1)密封油溫度下降會冷卻密封瓦,使發(fā)電機軸與密封瓦之間的間隙變小,減少密封油流量,從而降低密封油攜帶空氣的總量。(2)密封油溫度下降會增大油的粘性,減少密封油流量,降低密封油攜帶空氣總量。(3)在不影響機組振動的情況下,保持較低的密封油溫度,能夠降低氫氣純度下降的速度,減少經(jīng)常補排氫產(chǎn)生的耗氫量。

    5結語

    發(fā)電機氫氣純度下降較快是雙流環(huán)密封油系統(tǒng)共有的問題,在運行時如果出現(xiàn)氫氣純度下降問題,除了對密封油系統(tǒng)的運行參數(shù)進行調整外,更應該有效保障密封油真空處理單元的正常運行,可以最大限度地減少有害氣體對氫氣純度的影響,長期維持發(fā)電機組的正常運行。

    參考文獻

    [1] 丁勇富,陳懇.發(fā)電機氫氣純度下降原因分析及處理[J].電站系統(tǒng)工程,2009(5):39-40.

    [2] 顧軍.氫氣密封油系統(tǒng)[J].AP1000核電廠系統(tǒng)與設備,2010(5):310-315.

    [3] 胡曉輝.雙流環(huán)發(fā)電機氫氣純度下降的原因分析[J].華電技術, 2008.30(7):14-16.

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