（中广核核电运营有限公司 529200）
摘要：本文介绍了某核电厂1000MW级汽轮机组投产运行后，在第一个循环周期内多台润滑油管壳式冷却器先后出现漏油异常，不仅威胁着机组安全稳定运行，而且漏油还存在火灾隐患，在机组大修中通过对冷却器泄漏故障的排查分析，确认原因为冷却器活动管板处密封失效所致，结合该种冷却器结构特点，对其密封结构进行了变更改进处理，各冷却器在改进处理后再次投运均未再出现泄漏异常，同时将改进方案反馈给工程安装中的机组，后续机组投产后冷却器运行正常。
关键词：汽轮机；冷却器；泄漏；密封；失效；改进
0.引言
某核电厂1000MW级汽轮机润滑油系统采用的是管壳式冷却器，用于冷却汽轮机轴承润滑油，它以电厂闭式冷却水作为冷却介质，带走汽轮机运转时传递给润滑油的热，每台机组设计安装有两台润滑油冷却器，机组正常运行期间，一台运行，一台备用。两台冷却器之间有充油平衡阀，既可在线无扰流切换运行，当冷却器水侧冷却介质温度超过设计值引起油侧出口母管油温超过最高允许温度时，还可两台冷却器同时投运提高冷却器效率，满足润滑油系统供油要求。另在冷却器油侧出口母管上设置了一台自动温度控制阀，控制通过冷却器油流量与旁路油流量的混合比，保证进入汽轮机各轴承的润滑油温度保持在正常的43~54℃范围内。
1.冷却器结构介绍
1.1整体结构说明
某核电厂汽轮机润滑油冷却器结构示意图见图1，冷却器主要部件有上水室、筒体、下水室、管束、活动管板密封组件等组成。两台冷却器立式双列布置，油侧进出管法兰直接与切换阀法兰相连，水侧进出管通过管道与冷却介质上下游隔离阀相连，管壳式结构，壳侧走油，管侧走水。管束是冷却器的核心部件，用来进行热量交换，一台冷却器装一套圆筒形的管束，管束安装在筒体内，由2058根Φ20*0.9mm的冷却管（不锈钢材质）及两端的固定管板、活动管板组成，冷却管两端与管板胀接后，再与管板密封焊固定。固定管板通过螺栓被筒体下法兰与下水室法兰固定住，筒体法兰侧为耐油O圈静密封、下水室法兰侧为耐水垫片静密封，固定管板是管束热胀冷缩在轴向上的膨胀死点；活动管板无固定，可以沿筒体轴线方向自由膨胀与缩收。
.png)
图1 冷却器结构示意图
1.2活动管板密封组件说明
冷却器活动管板密封组件结构示意图见图1中管板密封结构放大图部分，其主要包括油侧O圈、水侧O圈、间隔环、水侧胶条等部件，是一种径向侧密封结构。油侧是单独一个丁腈橡胶材质的线径为Φ8的O圈，水侧则是由一个丁腈橡胶材质的线径为Φ7的O圈和一个三元乙丙橡胶材质的截面为6*6mm的胶条组合，中间由一个铜合金材质的间隔环将油侧密封与水侧密封分隔开，间隔环整圈设计有检漏孔，如果油侧或水侧密封失效，漏液会从间隔环的检漏孔流出，能及时导流出漏液，不会影响到另一侧密封。
2.泄漏异常描述
某核电厂汽轮机组投产后的第一个运行周期内，多台润滑油冷却器上水室与筒体连接处先后出现不同程度的漏油现象，呈现出共模故障，经核实各机组汽轮机润滑油冷却器在机组工程安装期间进行过打压试验，均未见异常泄漏，因泄漏原因不明，机组运行期间解体处理冷却器的风险较大，现场只能通过带压堵漏进行临时控制处理，机组大修窗口急需对各润滑油冷却器泄漏共模故障进行了彻底处理。
3.泄漏原因分析
3.1冷却器解体情况
现场解体发生泄漏的冷却器，重点对冷却器活动管板与其密封组件等部件进行了仔细检查，发现的异常有油侧密封O圈存在机械挤伤，对比水侧O圈状态良好；油侧O圈在密封槽内存在扭曲现象，对比水侧O圈无异常扭曲；活动管板密封面上存在局部不连续的机械损伤。其它部件检查未见异常。
3.2部件异常原因分析
经现场实测，冷却器活动管板与筒体之间的密封槽间隙为6mm，油侧O圈线径为8mm，计算压缩量达25%，远超出径向静密封的压缩量标准10~15%，O圈线径偏大，初始安装时需要对O圈进行局部敲击挤压，在O圈表面与管板密封面局部产生了机械损伤，同时局部机械挤压对橡胶材质的O圈可能产生内伤，影响其正常的压缩形变。
冷却器活动管板密封组件安装后，在冷却器活动管板与筒体之间形成的密封槽深度尺寸为11mm，线径为8mm的油侧O圈受径向压缩后，在轴向上有一定延伸，但不足以填充满密封槽，在密封槽底部留有空隙，O圈缺少轴向定位，在冷却器投运、切换以及工况变化时管束冷热膨胀位移下，活动管板与筒体之间发生相对移动，带动O圈发生轴向扭转，O圈在承受较大径向压缩力的情况下，在初始安装产生损伤的表面会发生局部拉伸或剥落，产生泄漏。
对比水侧密封结构，O圈线径较小且有密封胶条组合，不存在上述异常故障模式，另外上述油侧密封泄漏机理也符合初始安装后冷态打压无泄漏，但投入运行一段时间，状态发生变化后开始出现泄漏的现象。
4.改进方案
针对上述泄漏原因分析中确认的故障模式，制定了活动管板密封组件油侧密封结构改进方案：将原油侧密封O圈线径改小，保证安装时不会产生损伤；参考水侧组合密封形式在原油侧密封O圈下方增加安装密封胶条，消除O圈扭曲异常。
考虑到活动管板与冷却器筒体可能存在一定不同心情况，以及现场试装验证，保守决策将油侧O圈线径由8mm更改为7.5mm后，虽然压缩量仍超出径向密封压缩量标准，但可保证O圈安装无异常，同时可补偿不同心产生的压缩偏差。根据油侧密封槽尺寸，在油侧增加安装一个截面为4.5*6mm耐油丁腈橡胶材质的密封胶条，密封槽内胶条和O圈的总填充率约为107.8%，填充掉原有间隙，对O圈起到轴向定位功能，同时因填充率大于100%，上部的间隔环对O圈和胶条有整体的向下压力，胶条侧向膨胀也可以提供一定程度的密封作用，改进后的活动管板密封组件结构示意图见图2。
.png)
图2 密封组件结构示意图
某核电厂汽轮机润滑油冷却器活动管板密封组件油侧密封结构经上述改进处理后，运行周期最长的冷油器已超过了3个循环，均未再出现异常泄漏，充分验证了改进方案的可靠性。
5.结束语
某核电厂汽轮机润滑油冷却器密封失效引起泄漏异常是一种典型的设计缺陷问题，这类缺陷产生的故障模式在设备出厂打压查漏中不一定能表现出来，而是在设备投运一段时间，外界状态变化后才显现出故障异常，现场及时对密封结构进行了改进处理，有效地消除了设计缺陷，具体一定的借鉴参考意义。
参考文献：
[1] 张延丰．热交换器：GB/T 151-2014[S]．北京：国家标准化管理委员会，2014．
[2] 郑长青．管壳式换热器维护检修规程：SHS 01009-2004[S]．北京：国家经济贸易委员会，2004．