氦气检漏在发电机气密性试验中的应用

氦气检漏在发电机气密性试验中的应用

发表时间：2017-04-26T14:07:22.657Z 来源：《电力设备》2017年第3期作者：路学明

[导读] 本文结合某核电厂发电机气密性试验，探析氦气检漏试验结合发电机气密性试验同时开展的方法，以及实施效果情况。

（福建福清核电有限公司，福建福清，350318）

摘要：氢气泄漏量对发电机组而言非常的重要，直接关乎机组的安全运行，同时也会因定子冷却不足，进而影响到发电机的整体发电效率，因此及时发现发电机组泄漏问题十分重要。本文结合某核电厂发电机气密性试验，探析氦气检漏试验结合发电机气密性试验同时开展的方法，以及实施效果情况。

关键字：氢气泄漏，氦气检漏，气密性试验

1.前言

随着单机发电功率的逐步提升，发电机转子及线圈热量的增加，空冷方式已经不能满足发电机组散热的需求，氢气作为一种散热效率超出空冷七倍，且相同散热体积远小于空冷散热的气体，逐渐用于发电机冷却，这样既能保证发电机的冷却效率，又能够使得发电机组趋于小型。某核电厂使用东方电机厂与法国Alstom公司合作大型四极半转速同步发电机，定子铁芯采用氢气外冷却，转子线圈采用氢气内冷却的“水氢氢”冷却方式。但氢气也带来一系列的问题，最显著的就是氢气与空气混合后有爆炸的风险，这给发电机组的运行带来了严重的隐患。为了保证发电机组的正常安全运行，必须保证氢气在发电机组内的密封，控制发电机组漏氢量则成了发电机组运行人员的首要任务。

2.案例分析

2.1 漏氢危害

发电机组一般会在安装阶段对发电机组整体进行压缩空气气密性试验，通过充入一定量的压缩空气，进行一定时间的保压，验收值根据厂家提供资料规定为发电机组在额定状态下压降不大于20mbar/24小时。某核电3号机组在进行机组调试阶段，利用压缩空气对发电机组进行气密性试验，该发电机组多次气密性试验不能满足该验收值，技术人员判断发电机组存在较大的泄漏情况，造成气密性试验不合格。如果在这种情况下进行氢气置换经利用氢气进行冷却，势必将造成机组的大量氢气泄漏，存在氢气爆炸的风险，给机组的安全运行带来非常大的风险。

2.2 氢气泄漏标准

氢气作为分子量最小的物质，其穿过漏孔发生泄漏的能力也是最强的。正如“泄漏是绝对的，不漏是相对的”所说，《汽轮发电机漏水、漏氢的检验》DL/T607-1996中规定大修后氢冷系统给定状态下（0.1013MPa，20℃）每昼夜最大允许空气泄漏量如图1所示，

即大修后发电机组每天的漏氢量不大于18m³。

2.3检漏方案

技术人员针对该发电机组气密性试验不合格的情况，主要开展了如下动作，用于确定系统的泄漏情况，并提供维修部门进行处理，最终目的是使得机组漏氢量满足每天不大于18m³的要求。

技术人员联合运行、维修人员，对发电机本体、氢气供应系统、密封油系统、定子冷却水系统等多个系统进行了逐个排查，检查内容包括系统管线连接正确，无断点，阀门打压合格、可用，密封油系统可用，各系统调试试验完成并合格可用，阀门状态在线正确，各部位均安全可达；

机组各系统状态正常：汽轮发电机处于停机盘车状态；GGR顶轴油系统投运；GHE密封性系统在充压至120KPa时投运，并保持运行正常；额定工况下油氢压差保持正常；定冷系统停运，氢气冷却器排空；

由运行人员通过操作票对发电机及相关系统进行充压，充压过程一定要保持缓慢，控制充压速率在100KPa/h以内，以免充压速率过快，气流进入到发电机内部对大轴造成影响，从而影响机组安全。通过GRV001MP/002MP检测到系统内部压力达到120KPa时，停止充气，关闭压缩空气侧阀门及系统本体充气阀；

运行人员根据操作票内容启动GHE系统油泵，在该操作期间，技术人员分成3组，分别对常规岛厂房-7.5m，0m，8m对应的发电机相关系统进行初步的泡沫查漏工作，主要检查漏点包括以下内容：管道法兰、人孔法兰、阀门本体、焊缝、端盖、螺栓孔、接线槽、密封瓦、通风罩焊缝等部位。试验过程作为初次的排查过程，必须做到无疏漏，检查位置记录可查。检漏过程中需要注意施加泡沫观察无泄漏后需及时将残液擦除，以免腐蚀管道及设备。电气部分可以利用无水乙醇进行检查。本次泡沫初检工作主要是结合系统在120KPa平台气密性试验情况，对发电机及相关系统进行初步的一个排查，排除系统上较大的漏点，为后续开展氦气检漏工作做好准备；

排查结束后，由技术人员对所有疑似漏点位置进行塑料布包扎，控制包扎空间大小适宜，过大可能聚集效果一般，过小不易进行检测。包扎过程使用核级胶带，减少胶带对设备及管道的腐蚀及残余物影响。为保证检漏的效果以及检漏仪器的安全，包扎前对所有待检测点进行油污清扫，确保待检测点清洁；

包扎完成后，机械人员配合将充压U型管拆开，接入临时充入氦气的管线，由技术人员控制阀门对发电机腔体内充入氦气。考虑到氦气浓度越高越容易检测，尽量控制氦气浓度在10%以上，根据现场工作经验，1瓶40L/12MPa的氦气可以使发电机腔体压力提高3.3-

3.4KPa，单次氦气检漏试验充入氦气15瓶左右。后续机械人员将充压U型管恢复，运行人员根据操作票继续对系统进行充压，直至300KPa 额定压力条件，关闭充压阀门；

由运行人员对GRV001MP/002MP数值进行记录，每小时记录一次，同时记录GHE401MT/411MT/404MT/414MT四块仪表的数值，用于检测发电机内部温度变化情况。利用下述公式，每12个小时对发电机压降情况进行计算，观察计算结果，如 P>20mbar/24小时，则继续观察压降是否有趋于合格的趋势。若无，继续进行氦气检漏工作；

其中：ΔP：24小时真实压降(mbar。折算到0℃

D：测试持续时间(h)

t1、t2：应分别使用GRH411MT、GRH414MT、GRH401MT、GRH404MT的平均值，为测试起始、结束时内氢气平均温度(℃) P1、P2：测试起始、结束时机内氢气压力（mbar）

B1、B2：测试起始、结束时发电机周围的大气压力（mbar）

发电机体积为V：142m³

待发电机充压稳定2h后，由技术人员开展氦气检漏试验试验。按照由下到上的检测顺序，依次将氦气检漏仪吸枪深入到包扎好的塑料布中，稳定3-5s，观察氦气检漏仪显示，如显示数值无超数量级变化，则拆除该测点塑料布，以显示该点无异常，并继续进行下一个测点的检测；如显示数值变化超过了一个数量级，则需对该点位置进行标识，并做好数据记录，同时通知机械人员进行检查，确定处理方案并及时开展处理工作；

氦气检漏工作对技术人员要求相当的高，测点数量大，测量环境差，要求时间紧迫，工作量大，工作人员必须仔细谨慎，不放过任何一处异常，同时对处理后的漏点要进行反复验证，确保漏点消除，不能有一丝的不耐烦。同时该工作开展前，准备工作也要充分，人员应当合理安排，做好排班，以保证连续施工，尽快消除系统漏点；

经过技术人员的连续施工作业，确定了系统的多处漏点位置，并对机械人员紧急处理后的缺陷进行了验证确认。由于部分缺陷无法带压处理，在完成初步的氦气检漏并确定全部漏点位置后，运行人员对系统进行泄压，机械人员对发现的密封瓦处缺陷进行了翻瓦处理。系统再次充压验证时，全部漏点位置消除。机组状态上行对发电机及相关系统进行充氢运行后，满功率状态下系统漏氢量为8.7m³/d，小于18m³/d的验收值，处于优秀水平。

至此，本次3号机组发电机及相关系统气密性试验不合格问题得以圆满解决。

2.4检漏结果

在3号机组发电机气密性试验不合格的处理过程中，主要发现以下两个方面的缺陷问题。

设备选型存在问题。在氦气检漏过程中，技术人员发现氢气冷却器水侧排水阀以及汽侧排气阀均存在不同程度的泄漏情况，而运行人员反馈已经将阀门关至人力所能达到的最严程度，阀门泄漏情况依然没有得到改善。机械人员对此处8台阀门进行了紧急变更后，在原有阀门基础上增加了二次阀门，但部分阀门仍存在轻微的泄漏现象。由此可见，该阀门在选型上存在一定的不足，不能很好的对气体形成密封。

安装存在问题。技术人员在氦气检漏过程中发现的最大漏点位置位于7号及8号瓦。在密封瓦没有加盖端盖的情况下，技术人员在两瓦处检测到比较明显的信号显示。机械人员用塞尺对密封瓦间隙进行测量，最大处可达0.2mm，而该瓦装配的验收条件是0.02mm塞尺不入，这就说明在瓦的安装过程中，没有很好的保证密封瓦的平行度及间隙，造成氢气泄漏。在后续处理的过程中，发生了密封油从瓦间隙向外喷射的情况，原因是2中弹簧未能及时回座，挡油板卡涩，没有起到很好的密封效果，密封油通过瓦的缝隙流向外面。

结论：

在核电机组运行过程中技术人员应当对发电机组氢气泄漏给予加倍的注意，因为氢气泄漏既影响机组的发电效益，又影响到机组的运行安全。出于这种考虑，在机组大修启动阶段，技术人员把氦气检漏试验结合到气密性试验中一同执行，这样可以在气密性不合格的情况下直接启动查漏，节省大修的时间，也能更好地确定系统的漏点位置，从而有效的解决氢气泄漏问题。

参考文献：

[1] DL/T607-1996.汽轮发电机漏水、漏氢的检验.

[2] 顾一明.某660MW汽轮发电机组漏氢量超标原因分析及处理[J].江苏电机工程，2013,1（78-80）.

[3]李滔,杨勇. 发电机漏氢量大原因分析及处理[J]. 热电技术. 2006 (01).

[4] 谢尉扬.发电机漏氢标准讨论[J].电力建设.2008(02).

作者简介：

路学明（1986-），男，山东德州人，福建福清核电有限公司技术支持处员工，助理工程师，从事核电厂性能试验及无损检测。联系地址：福建省福清市三山镇前薛村福建福清核电有限公司邮编：350318，邮箱：luxm@