某電廠發(fā)電機(jī)密封墊片泄露原因分析和改進(jìn)

劉昊

摘要：現(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)組大多采用氫氣作為冷卻介質(zhì)，具有冷卻效果好、功效損失低等優(yōu)點，但由于氫氣易燃易爆、滲透性強(qiáng)的特性，對發(fā)電機(jī)氫氣密封性能要求也很高。本文通過對某核電廠發(fā)電機(jī)密封墊片個別偏差現(xiàn)象進(jìn)行研究，開展了墊片選型對比優(yōu)化，以期進(jìn)一步減小發(fā)電機(jī)氫氣泄漏率、降低密封泄露的可能性。

1 引言

1000MW核電機(jī)組發(fā)電機(jī)體型巨大，端蓋、人孔、冷卻器、消泡箱等各種可拆卸部件使用了大量的密封墊片。這些密封部位具有面積大、密封要求嚴(yán)格、氫氣滲透性強(qiáng)、絕緣要求高等特點，各大發(fā)電機(jī)廠家根據(jù)成熟的設(shè)計和實踐經(jīng)驗均有固定的密封墊片選型，可以滿足國標(biāo)要求和機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，但是筆者在實踐過程中也看到隨著墊片材料的發(fā)展，大型機(jī)組的發(fā)電機(jī)密封性能也存在一定的優(yōu)化空間，開展這些研究和改造可以進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2 事件介紹

2016年5月，某電廠2號機(jī)組首次大修期間，維修人員執(zhí)行發(fā)電機(jī)空冷器水壓試驗，按照廠家推薦緊固力矩160Nm進(jìn)行緊固，水壓試驗過程中始終存在滲漏情況。通過不斷增加螺栓力矩直至246Nm后滲漏現(xiàn)象消失。246Nm力矩超過了廠家安裝導(dǎo)則中給定的最大值212Nm，也已經(jīng)超過8.8級M16鍍鋅碳鋼螺栓允許的最大力矩值213NM。根據(jù)墊片廠家美國Interface提供的公式核算，按照相對保守的50MPa密封比壓，該位置墊片確保密封需要的緊固力矩高達(dá)297.7N，已超過廠家推薦最大力矩值和該處螺栓允許最大力矩值，螺栓存在屈服斷裂風(fēng)險。

隨后，筆者對發(fā)電機(jī)底部蓋板進(jìn)行了設(shè)計核算，該位置使用26顆8.8級M20螺栓緊固。通用標(biāo)準(zhǔn)力矩范圍376～502NM，按照50MPa密封比壓計算，需要的扭矩為497NM，螺栓強(qiáng)度勉強(qiáng)滿足要求，但已經(jīng)逼近上限。

3 對比分析與改進(jìn)行動

該核電廠發(fā)電機(jī)廣泛使用的Interface TN9001墊片在火電機(jī)組已經(jīng)有成熟的使用經(jīng)驗，但是1000MW半速核電機(jī)組的發(fā)電機(jī)體型更為龐大，各密封部件受力面積更大，初始設(shè)計就存在個別部位緊固力矩逼近上限的情況。加上在工程實踐中，螺栓緊固受到表面粗糙度、潤滑情況、法蘭平整度等多種因素影響，存在密封失效的可能性。因此，有必要對墊片選型進(jìn)行優(yōu)化。

美國Interface TN-9001高溫絕緣板是一種耐受力強(qiáng)的隱性硫化丁腈材料，適用于重型設(shè)備，對油有極好的密封性，間歇操作溫度最高可達(dá)400℃，廣泛用于電力電氣、石油化工等行業(yè)。目前國內(nèi)市場上所有TN-9001型號密封墊均在美國生產(chǎn)，TN-9001的規(guī)格有卷材及板材兩種，卷材的印刷字樣為TN-9001 Interface Solutions inc，為抄取法生產(chǎn)，表面較為光滑;板材印刷字樣為Interface Solutions made in USA，為HYDRO-FUSED法生產(chǎn)，表面有紋路。兩者制作工藝不同，故有細(xì)微區(qū)別。其技術(shù)參數(shù)見下圖。

圖1 TN9001墊片主要技術(shù)參數(shù)

發(fā)電機(jī)相關(guān)密封墊片工作介質(zhì)為氫氣、發(fā)電機(jī)密封油等，壓力約5.2bar。TN-9001的優(yōu)良特性主要表現(xiàn)在高溫高壓的蒸汽環(huán)境中，且需要較高的緊固力以保證對氣體的密封性。考慮到發(fā)電機(jī)以及密封油系統(tǒng)均屬于低溫低壓系統(tǒng)，該墊片可能并非最佳選擇。經(jīng)過調(diào)研，筆者初步選定了在大亞灣密核電廠廣泛使用Garlock Bluegard 3400墊片、法國核電站普遍使用的PMUC認(rèn)證PGAC-F墊片、PGXS墊片。針對這四種墊片，項目組制作試驗工具進(jìn)行了一系列打壓試驗，除TN9001墊片外，其余3種都可以在理想的緊固力矩范圍內(nèi)達(dá)到密封，但受實驗條件限制，無法進(jìn)行抗蠕變松弛相關(guān)試驗。

PGAC-F墊片，多向型分子鏈及各向同性的結(jié)構(gòu)，改性PTFE，對于5bar壓力的發(fā)電機(jī)而言，廠家推薦Y值為17.5MPa，密度2.8 g/cm3，可壓縮性8%-12%，回彈性約40%;PGXS墊片，廠家推薦Y值11MPa，密度1.13g/cm3，可壓縮性約55%，回彈性約24%;Garlock Bluegard 3400墊片，根據(jù)官網(wǎng)介紹換算Y值約33MPa，密度1.6 g/cm3，可壓縮性7%—17%，回彈性約50%。

綜合以上數(shù)據(jù)，考慮到Garlock Bluegard 3400墊片相對較脆（工程實踐中曾發(fā)生過緊固脆裂的情況），且密封比壓較高;而PGXS過軟，回彈性（24.3%）明顯低于PGAC-F（40%）、抗蠕變松弛能力不如PGAC-F，并結(jié)合EDF應(yīng)用業(yè)績，優(yōu)先考慮選用PGAC-F墊片。針對發(fā)電機(jī)本體相關(guān)墊片，首批選擇了49個部位的密封墊進(jìn)行了測量與核算，將核算結(jié)果與通用螺栓緊固力矩標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，使用PGAC-F墊片達(dá)到密封所需的緊固力矩均在8.8級螺栓的最優(yōu)范圍之內(nèi)。初步判斷使用該墊片可滿足現(xiàn)場改進(jìn)需求。2016年12月，3號機(jī)組首次大修，將墊片更換為PGAC-F，發(fā)電機(jī)氣密試驗結(jié)果優(yōu)秀，運(yùn)行至今未出現(xiàn)過任何異常泄露情況。

4 結(jié)論

在大型水氫氫冷卻發(fā)電機(jī)組中，密封墊片對溫度、壓力要求較低，選型時應(yīng)重點考慮密封比壓、氫氣密封、耐油、回彈、絕緣等性能，火電機(jī)組廣泛使用的TN9001可能并非最優(yōu)選擇，墊片選型設(shè)計人員可以開展更詳細(xì)的理論研究和試驗驗證，減少發(fā)電機(jī)維修密封墊片安裝偏差，促進(jìn)國內(nèi)大型發(fā)電機(jī)組密封性能持續(xù)優(yōu)化。