摘要：文中介绍某M310型百万级核电站在机组正常运行过程中，汽轮机液压控制系统金属软管长期泄露，多次处理无果，最终更换密封形式，解决泄露问题。
关键字：核电站；液压控制系统；金属软管；泄露
1.引言
在M310型核电站中，一台机组共有40根汽轮机液压控制系统金属软管，尺寸分为DN15、DN20、DN40三种。其中高压金属软管（DN20/DN15）能满足额定压力12MPa连续运行的性能需要；低压金属软管（DN40）满足额定工作压力为0.1MPa，短时间满足0.5MPa工作需要。汽轮机液压控制系统的金属软管用于连接伺服油动机和GFR（汽轮机调节油系统）、GSE（汽轮机保护系统）管道，在汽轮机启停及正常运行过程中，吸收由于伺服油动机产生振动和位移，从而避免所在的固定管道发生振动和位移导致管道开裂、密封失效而漏油。本文中介绍的金属软管为DN40的波纹金属软管，由美国PARKER公司审查，漏量小，但多次处理不见改善。长期情况下需要通过油箱补油来改善泄露的影响。
2.原因分析
波纹金属软管包括波纹管、网套、法兰以及配对法兰。波纹管采用A 312 TP304L材质，具有良好的耐腐蚀性（管内抗燃油含有弱酸性）。波纹管外侧由金属丝相互交错排列编制成套，作为波纹管的保护层。波纹管的两侧，一侧与法兰焊接，一侧与硬管焊接并与对半法兰相接。
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图1 金属软管结构图
该机组存在多根DN40金属软管与油动机接触位置泄露的情况，一般缺陷情况为油滴悬挂在螺栓上向下低落。漏点的漏量不尽一致，小的可能2天1滴，大的大约3秒1滴。分析可能原因有3方面：1、密封面因素； 2、外力因素；3、密封件不满足。
2.1密封面因素
金属软管与油动机通过对半法兰连接，O型圈安放在金属软管侧的沟槽中，油动机与之接触的面为光洁平面。软管与油动机无相对运行，密封形式为平面静密封形式。
密封面因素导致密封泄露的情况有紧力不足、O型圈损坏、密封面存在缺陷、法兰平行度不足等。
2.1.1紧力不足
O型密封圈是一种挤压型密封，挤压型密封的基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力，接触压力大于被密封介质的内压，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。根据此原理，对对半法兰螺栓进行紧固，但未见效果，漏点大小无变化，故排除紧力不足的情况。
2.1.2O型圈损坏
泄露位置内部压力约为0.1MPa，与大气压力相同，不存在胶料挤出现象导致O型圈的自封作用失效，但如果O型圈小部分损坏，则可能造成密封处漏油并从螺栓位置向下滴落。打开法兰连接处，仔细观察取出的O型圈，并未发现O型圈存在损坏情况。故排除此因素。
2.1.3密封面存在缺陷
解体后观察O型圈沟槽内部密封面，未发现高点与凹坑，密封面光滑无毛刺。
观察油动机侧接触面，发现存在断面情况，且正好位于O型圈接触位置。检查所有漏点油动机侧接触面，仅发现两处存在相同断面情况。断面高度差可通过手明显感受到，但无法测量出确切数值。对端面进行打磨至触摸无高点后回装。启系统观察，仍然存在泄漏。故该因素仅为促成因素。
2.1.4法兰平行度不足
测量现场安装情况，各位置间隙相差不大，平行度满足要求。重新拆装，并按平行度要求安装，启系统后，漏量未改善。故排除此因素。
2.2外力因素
外力因素一般由安装情况、金属软管长短情况导致。
2.2.1安装情况
正常情况下，金属软管安装应满足软管轴线与运动方向在同一平面内，以避免产生扭曲损坏。但现场情况却不满足。由于设计系统管道走向时并未考虑到金属软管的安装方向，导致现场金属软管与主管段连接方向与运动方向垂直，这就可能使金属软管轴线变向的位置产生扭力。但目前并未发现金属软管扭曲的情况，且该情况对密封面的影响较小，故排除此因素。
2.2.2金属软管长度
金属软管的长度不满足会产生各种方向的应力，从而影响密封面。例如软管过长会形成向下的坠力，使软管密封面受到向下的拉力；若过短则会形成拉拽的力。
现场检查，明显可以看出金属软管的长度不足，且存在漏点的金属软管的网套已出现鼓包现象。由于金属软管垂直面连接油动机，水平面连接硬管，鼓包的位置统一存在于金属软管与油动机相接一侧。安装过程中形成连接固定管道一侧接口拉扯油动机一侧接口，网套与油动机一侧接口位置出现拉应力，网套弯曲过大，造成鼓包现象。网套鼓包时间若过长，可能导致网套受力位置开裂，波纹管暴露。最严重的情况下，波纹管可能受力过大最终断裂。此外该现象还会导致金属软管与油动机的密封位置受力，造成密封面间隙扩大，导致调节液压油从间隙中流出。但也存在部分网套鼓包的金属软管密封良好、无泄漏的情况。故分析该因素仅为促成因素。
2.3密封形式
密封件的密封形式有多种，最常见的就是垫片密封、O型圈密封、硬密封和胶密封。
现场金属软管的密封采用O型圈密封，在排除密封面因素与外力因素后，最有可能的就是O型圈的压缩率不满足密封沟槽（由于内外压力接近，不考虑拉伸率）。
目前根据厂家提供资料，DN40的金属软管使用的O型圈尺寸为47.22mm*3.53mm，密封沟槽的尺寸为深2.8mm，槽内径45mm，外径53mm。其中O型圈在自由状态下的截面直径d2为3.53mm，密封沟槽深度h即O型圈压缩后的截面高度为2.8mm，按照公式（1）可求得，压缩率W=20.67%。
W=（d2-h）/d2 ×100% （1）
在平面静密封上使用的O型圈，压缩率范围取15%-30%。故该O型圈尺寸可满足金属软管的密封。以现场实际拆卸下的O型圈为例，其截面直径为3.44mm，实际压缩率仅3.19%，压缩量为0.11mm。这说明O型圈已压缩且未达到最大压缩率，理应保证密封面不泄露，但系统运行中仍能看见油滴悬挂。推测可能在启停和运行过程中油动机发生振动或位移，导致密封面位置产生间隙，且大于O型圈的压缩量，调节油从间隙口流出。
3.改进措施
综上所述，共有3点因素造成密封位置泄露。1）油动机密封面存在高点，2）金属软管长度不足，3）密封形式不满足目前密封面。
针对油动机密封面存在的情况，采用油石将密封面的高点打平，并打磨至无高点情况。按原尺寸O型圈回装，仍会出现螺栓挂油滴的情况。
针对金属软管长度不足的情况，根据现场测量情况，普遍金属软管的软管长度在110-115cm左右。考虑现场布置情况，加长至约127cm的长度，可保证油动机侧接口不会受到拉伸，也不会由于软管过长导致硬管侧受到重力拉伸。更换至加长软管后，网套鼓包情况不在发生，漏点的漏量有所改善，但并未完全消除。
针对密封形式不满足的情况，目前有两种方式。1、考虑增大O型圈的压缩率至30%，采用截面直径更大的O型圈进行替换，例如截面直径4mm的O型圈，更换后，螺栓再未挂有油滴，密封面不再泄露。2、考虑增加密封面的接触面积，采用相同内外径的垫片形式密封，结果也很理想。
综上所述，金属软管泄露的主要原因为密封形式，促成原因为密封面存在断面以及金属软管长度不足。
4.结论
系统、设备原先的设计可能并未全面考虑与其他设备成套使用或现场安装情况。当安装完成后，部分不匹配的瑕疵暴露，导致各种顽固缺陷产生。本次讲述的故障对系统影响并不大，由于漏点在回油口的位置且漏量较小，可通过补油来缓解漏点的影响，但核电无小事，任何缺陷都必须解决，否则可能导致更大的事件发生。虽然油渗漏在电厂油系统很常见，但是却花了大量的人力物力来解决。唯有通过详细的分析、多次的尝试，治标治本，才能安心。
参考文献
[1]王青青，李国栋，关建军，汽轮机高压调阀动力油软管漏油原因分析，《设备管理与维修》，2016.08.23；
[2]陈彩霞，王步美，陈杨，金属软管泄露原因分析与预防；
[3]杜建，李延夫，李晓旭等，金属软管失效模式及失效原因分析，《管道技术与设备》，2015.06.16。
论文作者:蔡熹,李祥奎,付晴
论文发表刊物:《电力设备》2019年第23期
论文发表时间:2020/5/6