关于泄漏分级在电厂与实验装置领域的应用

杨宝红

（中广核研究院有限公司反应堆工程实验研究中心，广东深圳 518000）

0 引言

电厂以及工业法兰密封故障或盘根泄漏的失效部位处于系统的重要部位，彻底处理时会导致电厂机组停机、降功率或整个实验装置停运。如果没有相关的原则或技术决策做指导，方案制定会比较紧张并且费时低效，也会导致由于方案过于保守造成的不必要的过度维修等。通过对泄漏分级的调研，制定相应的处理原则来处理此类问题，既可提高问题处理效率，也可规范处理方案等，对此领域的同类问题处理具有较参考和借鉴意义。

1 法兰、盘根的密封原理与泄漏分析

1.1 法兰的密封

法兰连接结构是通过法兰（密封面）、紧固件（绝大部分是螺栓）、垫片密封件组合起来的，法兰密封是依靠这3个部件的协同下实现的，其中垫片密封件是实现密封的核心部件。法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于密封面之间的密封垫片压紧。施加于单位面积上的紧固力矩必须达到一定数值才能把密封垫片压缩变形从而被压实，密封面上由于机加形成的微隙被填满，形成初始密封条件，以达到密封的目的。

（1）法兰的泄漏分析。①密封面压紧力分布不均；②应力松弛与扭矩损失；③垫片以及法兰本身缺陷；④温度变化。

（2）常用处理方案。①对泄漏量不大的法兰密封进行紧固，校核力矩；②对泄漏量较大的法兰密封泄漏故障隔离排空检修，根据新垫片，检查处理法兰密封面。

1.2 盘根填料的密封

盘根填料常用于阀门有转动部位的外密封，其功能是防止管线内介质从相对运动部位向外界泄漏。例如，阀门所用的盘根填料基本上是膨胀石墨填料和石墨（或石棉）编织填料。膨胀石墨填料的润滑性和膨胀性好，但缺点是易碎，一般安装在填料函的中间部位。石墨编织填料牢固性好，抗挤压，一般安装在填料函的上/下层面。作用是固定膨胀石墨填料，保护完整无损和防止磨下的石墨粉掉入回路。

2 法兰、盘根泄漏案例的技术决策及分析

2.1 金属透镜垫、八角垫法兰泄漏问题

某工业实验装置，设备运行时管道介质压力15 MPa，温度约300℃，运行工况参数较高，属于工业高压运行实验装置，因此管道连接采用了大量的金属透镜垫和八角垫，这种垫片以特有的耐高温、高压特性被广泛应用于压力容器、压力管道等处的法兰静密封。

（1）金属透镜垫法兰检修后打压滴漏分析处理。2017年2月13进行了实验装置15 MPa的冷态密封试验，装置实验段出口透镜垫法兰处存在泄漏，后续通过75%螺栓紧固力矩以及80%螺栓紧固力矩2次紧固后，每次处理后依然存在微小泄漏，最终漏量为10 min内挂两水滴。

（2）技术分析及决策。2017年2月13日技术决策：鉴于本法兰密封面出现此次挂滴前，已完成了密封面研磨并红丹检查合格，更换了新的密封垫，并且安装过程质量控制部门进行了全程见证，可靠性是有保障的。经技术讨论决定使用法兰分开器分开法兰后进行检查，无异常后再次更换新垫片处理。最终经过拆卸检查没发现异常，重新回装，包括隔离排空以及再次充水花费了5 d时间。法兰最终还是有挂滴现象未根除。

2.2 电厂硼结晶问题

电厂的管道法兰、阀门盘根、接头的数量较多，这些区域每年度出现的硼结晶问题一直是设备维护检修中的难题。现场发现阀门盘根、法兰、接头等设备存在硼结晶，意味着设备存在介质泄漏的风险，同时也可能影响设备自身的可靠性，需要专业人员进行现场勘查、分析以及通过调取历史数据后提出处理方案。

（1）电厂硼结晶的分析处理。选取南方某电厂从投运以来的设备检修信息进行统计分析，由于此电厂运营时间较长，相关的数据累积比较全面，统计和分析相关数据对全面了解硼结晶问题有较大的参考价值。以某年度的大修期间为例，大修期间通过设备维修负责专业的巡视，包括运行人员的检查还有技术相关部门的检查后，主管专业专项负责人会将此类信息全部现场复查后进行统计，然后将信息提交给技术负责人进行检修技术方案的审核和确定，然后信息提交准备人员进行大修期间的检修文件的准备。

（2）技术分析以及决策。在早期的硼结晶问题受到运行以及维修相关部门重视后，在进行技术决策前，电厂组织技术力量对此现象进行过分析，以此电厂运营最久机组的硼结晶情况进行了统计分析。例如，系统A,210次，所占比例38%；系统B，176次，所占比例32%；系统C，75次，所占比例14%；系统D，90次，所占比例16%。所在位置情况是：盘根，261次，所占比例47%；连接法兰，166次，所占比例30%；接头，64次，所占比例12%；阀盖，60次，所占比例11%。

从1999年开始到2012年12月底，该电厂2个机组关于硼结晶的通知单及工作票大量增加，整体数量增多的大趋势和系统A单独统计的数据趋势类似；电厂硼结晶问题主要集中在A，B，C，D等4个系统；发现硼结晶泄漏部位主要集中在盘根、连接法兰、接头、阀盖等部位。

在泄漏分级理念未引入前，大修期间通常对硼结晶问题技术决策为清理紧固或进行备件更换处理，具体根据漏量多少以及历史故障分析等确定，各基地及机组在检修的标准量化上有些差异。

3 泄漏分级理念的引入和应用

3.1 泄漏分级理念的引入和介绍

针对法兰密封泄漏以及硼结晶问题，在行业间交流时曾咨询EDF（Electricite De France，法国电力集团）顾问。根据法国电力集团反馈有一个专家防漏小组，针对硼结晶或其他泄漏问题，根据其所在部位的不同，从设备安全、工业安全、厂房清洁等方面综合考虑是立即检修还是跟踪。另外法国电力集团针对泄漏问题，在防漏、减漏问题上有一套系统的方法，并参照EPRI（Electric Power Research Institute，美国电力研究协会）模型，对超过1000人进行过培训。

（1）泄漏分级与维修策略。根据EPRI的模型，将泄漏分为5级，并且根据设备重要性将连接件分为3大类，分别给予了不同的维修策略表1，表2。

表1 EPRI制定的严格泄漏分级

表2 重要设备连接件分类

针对相关设备的inactive leak（小量稳定泄漏）（如小量且稳定的硼结晶）的对策是“monitor the condition”，而不用计划维修。

（2）泄漏分级理念的吸收以及原则确定。为了吸收借鉴此经验，当时机械部门对泄漏分级理念进行过多次技术讨论，并确定了管理原则：①设备硼结晶的漏量达到紧固件位置时才考虑处理（清理、紧固或解体），否则不考虑，但需定期跟踪硼结晶量的变化状况；②对于法兰、阀盖等连接件部位，若硼结晶到达设备紧固件位置或连续3/4圈存在硼结晶，则发票处理；③对于阀门盘根，每次检查时进行清理，若连续3次检查都发现硼结晶，则发票处理；④每台机组申请1张总票，作为硼结晶现场跟踪总票，动态跟踪机组的硼结晶问题的变化情况，对于达到处理标准的则直接发票处理，大修前此跟踪清单提交大修技术组进行审核确定大修需要检修的项目。

3.2 泄漏分级理念的案例应用和发展

3.2.1 金属透镜垫滴漏、硼结晶问题案例应用泄漏分级理念

（1）原方案。经过拆卸检查没发现异常，重新回装，包括隔离排空以及再次充水等花费5 d时间。法兰最终还是有挂滴现象，未根除。

（2）现方案。根据泄漏分级的定义和指导原则，此泄漏量为小量稳定漏量，法兰密封面经过研磨修复是可靠的，并且此法兰更换了新的金属透镜垫，建议不做维修，进行跟踪观察即可，下次实验完成后进行拆装检查即可。

3.2.2 应用泄漏分级理念来处理硼结晶问题和进行方案对比

（1）原方案。在泄漏分级处理概念尚未引入前，大修期间根据技术决策进行清理紧固或更换备件处理，具体取决于漏量多少以及历史故障分析等，并且“多”与“少”因人而异不好量化，各基地各机组在检修的标准量化上有些差异，同样的故障既有选择紧固的，也有安排更换密封垫或盘根的。

（2）现方案。按照1类连接件相关设备的inactive leak（如小量且稳定的硼结晶）的对策“monitor the condition”，南方电厂对此进行了进一步优化：对于日常期间跟踪的存在硼结晶的设备，一个周期内出现3次的则安排检修和进行更换；对＜3次的则安排清理并校核力矩。

（3）对于大修期间才发现存在硼结晶设备，其检查结果要量化，＞5 g的进行更换密封垫或检修盘根，＜5 g则进行紧固力矩即可。

3.2.3 泄漏分级理念的推广和发展

泄漏分级理念的处理原则经过几年来的应用实践，目前主要应用在硼结晶小组的运作中，此小组通过定期全员培训，大修前技术交底等方式，已将此方案在各个基地无差异化进行推广，目前已实现全国各基地机组无差异化覆盖。

除了大修和日常中可以使用泄漏分级理念外，集团各成员公司的相关实验装置维护也在应用此理念进行相关设备问题处理，产生一定的经济效益。

4 结束语

法兰、盘根等密封泄漏是设备管理与维修中的难题，注重理论和技能优化提升的同时，应加强同行的交流和先进经验或理念的借鉴。泄漏分级理念只是提供一个参考，具体问题还要具体分析，没有最好的方案，只有最适合其实际的方案，这也是维修人员一直在寻找和探索的方向。