某電廠發電機密封墊片泄露原因分析和改進

劉昊

摘要：現代大型發電機組大多采用氫氣作為冷卻介質，具有冷卻效果好、功效損失低等優點，但由于氫氣易燃易爆、滲透性強的特性，對發電機氫氣密封性能要求也很高。本文通過對某核電廠發電機密封墊片個別偏差現象進行研究，開展了墊片選型對比優化，以期進一步減小發電機氫氣泄漏率、降低密封泄露的可能性。

1 引言

1000MW核電機組發電機體型巨大，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、密封要求嚴格、氫氣滲透性強、絕緣要求高等特點，各大發電機廠家根據成熟的設計和實踐經驗均有固定的密封墊片選型，可以滿足國標要求和機組安全穩定運行，但是筆者在實踐過程中也看到隨著墊片材料的發展，大型機組的發電機密封性能也存在一定的優化空間，開展這些研究和改造可以進一步提高機組運行的安全性和經濟性。

2 事件介紹

2016年5月，某電廠2號機組首次大修期間，維修人員執行發電機空冷器水壓試驗，按照廠家推薦緊固力矩160Nm進行緊固，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后滲漏現象消失。246Nm力矩超過了廠家安裝導則中給定的最大值212Nm，也已經超過8.8級M16鍍鋅碳鋼螺栓允許的最大力矩值213NM。根據墊片廠家美國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險。

隨后，筆者對發電機底部蓋板進行了設計核算，該位置使用26顆8.8級M20螺栓緊固。通用標準力矩范圍376～502NM，按照50MPa密封比壓計算，需要的扭矩為497NM，螺栓強度勉強滿足要求，但已經逼近上限。

3 對比分析與改進行動

該核電廠發電機廣泛使用的Interface TN9001墊片在火電機組已經有成熟的使用經驗，但是1000MW半速核電機組的發電機體型更為龐大，各密封部件受力面積更大，初始設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行優化。

美國Interface TN-9001高溫絕緣板是一種耐受力強的隱性硫化丁腈材料，適用于重型設備，對油有極好的密封性，間歇操作溫度最高可達400℃，廣泛用于電力電氣、石油化工等行業。目前國內市場上所有TN-9001型號密封墊均在美國生產，TN-9001的規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，表面較為光滑;板材印刷字樣為Interface Solutions made in USA，為HYDRO-FUSED法生產，表面有紋路。兩者制作工藝不同，故有細微區別。其技術參數見下圖。

圖1 TN9001墊片主要技術參數

發電機相關密封墊片工作介質為氫氣、發電機密封油等，壓力約5.2bar。TN-9001的優良特性主要表現在高溫高壓的蒸汽環境中，且需要較高的緊固力以保證對氣體的密封性。考慮到發電機以及密封油系統均屬于低溫低壓系統，該墊片可能并非最佳選擇。經過調研，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達到密封，但受實驗條件限制，無法進行抗蠕變松弛相關試驗。

PGAC-F墊片，多向型分子鏈及各向同性的結構，改性PTFE，對于5bar壓力的發電機而言，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，根據官網介紹換算Y值約33MPa，密度1.6 g/cm3，可壓縮性7%—17%，回彈性約50%。

綜合以上數據，考慮到Garlock Bluegard 3400墊片相對較脆（工程實踐中曾發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，并結合EDF應用業績，優先考慮選用PGAC-F墊片。針對發電機本體相關墊片，首批選擇了49個部位的密封墊進行了測量與核算，將核算結果與通用螺栓緊固力矩標準進行對比發現，使用PGAC-F墊片達到密封所需的緊固力矩均在8.8級螺栓的最優范圍之內。初步判斷使用該墊片可滿足現場改進需求。2016年12月，3號機組首次大修，將墊片更換為PGAC-F，發電機氣密試驗結果優秀，運行至今未出現過任何異常泄露情況。

4 結論

在大型水氫氫冷卻發電機組中，密封墊片對溫度、壓力要求較低，選型時應重點考慮密封比壓、氫氣密封、耐油、回彈、絕緣等性能，火電機組廣泛使用的TN9001可能并非最優選擇，墊片選型設計人員可以開展更詳細的理論研究和試驗驗證，減少發電機維修密封墊片安裝偏差，促進國內大型發電機組密封性能持續優化。