【摘要】 本文介绍了应用冰塞法处理600MW机组密封油系统异常问题的可行性、实施方案及消缺过程，提出了冰塞失效的原因及应对措施，指出冰塞是实现系统隔离，避免整个系统和机组停运的有效手段。
在正常运行方式下，汽轮机来的润滑油进入密封油真空箱，经主密封油
泵升压后由差压调节阀调节至合适的压力（正常运行中油氢差压34-55kPa），经滤网过滤后分别进入汽轮机侧和励磁机侧的密封瓦，经中间油孔沿轴向间隙流向空气侧和氢气侧，形成油膜起到密封润滑作用，然后分两路（氢侧、空气侧）回油。其中，空气侧回油进入空气析出箱，氢气侧回油进入密封油膨胀箱再向下流入浮球阀箱，依靠压差流入空气析出箱。由于密封油进油采用汽轮机润滑油这一高压油源，空气析出箱内的油不会流入真空箱，而只能流入汽轮机润滑油套装回油管，回到主油箱，开始下一个油循环。
2 冰塞法处理缺陷过程
2.1 缺陷原因
邹县发电厂#6机组在夏季高负荷期间，发电机密封油系统浮球阀箱突然出现油位维持不住的异常情况，密封油膨胀箱频繁发出油位高报警，发电机开始进油。经过检查及试验，发现缺陷原因为浮球阀箱进油门（图1中的V1阀门）阀芯脱落，导致密封油膨胀箱油位升高，发电机进油。由于浮球阀箱进油门无法隔离，正常情况下必须停机来检修或更换此阀门。而机组停运代价太大，在此情况下可制作冰塞来隔离系统，处理缺陷。
2.2冰塞制作可行性分析
在系统介质为液态时，如果设备出现故障需维修或更换，而该系统的相关部分无隔离设备，或隔离设备不可用，或隔离设备本身需要维修等，可使用冰塞法来隔离系统。 冰塞是管道内的一段冰冻的液体，可通过低温冷却剂冷却管道介质来制作。冰塞形成后能承载相当高的压力，甚至能承受超过管道的破裂压力。液氮和液态二氧化碳都是理想的冷却剂（液氮的蒸发温度为-196℃；液态二氧化碳的升华温度为-78℃）。图2为使用液氮法在油水管道上制作冰塞的示意图。
要制作冰塞，必须满足以下4个先决条件：
① 系统介质温度低于55℃；
② 系统压力要低于300kPa；
③ 管道内流体的流量为零；
④ 管道充满液体介质（油或水）。
本缺陷采用冰塞法处理的可行性分析：
⑴ 测量的机组密封油回油温度在60～65℃之间，如果关闭浮球阀箱进出口油门、旁路门，不流动的密封油油温将低于55℃，满足冰塞制作先决条件①。
⑵ 机组夜间低负荷时进行消缺，发电机氢压可由正常运行的380kPa降低到300kPa以下，满足冰塞制作先决条件②。
⑶ 浮球阀箱进出口油门、旁路门经过阀门试验，关闭严密，阀门关闭后可以达到系统流量为零，满足冰塞制作先决条件③。
⑷ 密封油系统工作介质为N32汽轮机油（凝固点约为-17℃），膨胀箱回油管路规格为ф57×3.5（无缝钢管10），满足冰塞制作先决条件④。
2.3 实施方案
首先根据现场实际情况来确定冰塞的制作位置。冰塞制作位置选取的基本原则为：附近没有焊缝（最好距离焊缝1.5m以上）；尽量避开靠近弯头、三通或设备，冰塞夹套端口距弯头、三通或设备的距离应超过2倍的管径；对受到刚性约束的管道，冰塞和刚性约束的距离要大于3米；避免结冰膨胀所挤出的水被封闭形成封闭端。本文事例是在图1中的L1处制作冰塞，以冻住密封油到浮球阀箱的回油。
在确定冰塞冷冻位置之后，金属专业人员应检查L1处管段有无夹杂、气孔、裂纹等原始缺陷。在确认相关管段无原始缺陷后，检修人员在膨胀箱底部和膨胀箱U形管的放油管处另接阀门和软管，使膨胀箱的密封油暂时通过外接软管疏油到空气析出箱（人为旁路掉密封油浮球阀箱的回油），由运行人员通过调节阀门开度来控制膨胀箱的油位，尽量防止发电机进油。机组降低负荷后，运行人员将发电机氢压从正常运行的380kPa降到300kPa左右，随后关闭浮球阀箱进油门、出油门和旁路门。待不流动的密封油油温低于55℃后，开始制作冰塞。约1个小时后，冰塞制作完毕，图1中V1处管段的油被成功冻住，检修人员开始拆掉浮球阀箱进油门。半小时后，新阀门更换完毕，打开浮球阀箱进出口油门，投入浮球阀自动控制密封油回油量，膨胀箱油位正常，发电机进油现象消除，至此成功完成不停机处理密封油系统缺陷的工作。
2.4 注意事项
在制作冰塞的过程中，管道也有可能破裂。造成管道破裂的原因主要有：冰塞形成后，体积增加，导致管道内超压；冰塞附近管道遭受冲击、管道超载或刚性约束过大；焊缝存在缺陷，导致裂纹扩展；冷冻速率过大，导致高的热应力。相应的应对措施有：
① 避免形成高压，即避免将液体封闭在一小段管道内。
② 避免冲击，特别是碳钢，在用液氮制作冰塞时，温度通常会降到-100℃以下，在此温度下碳钢变脆，若受到冲击，易引起破裂。
③ 远离焊缝和管件，如果无法避免，则首先进行焊缝的体积检查。
冰塞失效是指冰塞不能和管道保持紧密结合，不能承受压力，不能保持密封性。冰塞失效的迹象是管道变暖和工作介质的流失。冰塞失效可能的原因有：液氮或干冰供应不足、附近有热源（如焊接）、干冰和管道接触不好等。在此情况下，必须检查液氮瓶的装量是否足够，液氮供应管线是否破裂或泄漏，附近是否有热源（如焊接作业）。如果是干冰，必须检查干冰夹套中干冰是否不足，干冰是否和管道接触紧密（干冰夹套是否已经松动）。实践证明迅速补充液氮、补充并拍实干冰使之和管道紧密接触能迅速有效地阻止冰塞的初始失效。
因此，为了确保冰塞的形成和保持，必须保证以下几点要求：
① 足够的液氮供应。不仅要有足够的液氮形成冰塞，而且在整个保持期间也必须有足够的液氮供应，这对大管径管道十分重要，因其液氮的消耗速率较大。在液氮用完之前应更换新瓶，以维持冰塞。
② 足够的液态二氧化碳供应。
③ 干冰和管道应良好接触。
④ 冰塞附近应无热源，冰塞必须远离任何焊接操作以避免融化。
4 结论
邹县发电厂通过在600MW机组发电机密封油回油管道上制作冰塞，成功完成了不停机更换隔离设备的工作。因此，对电站中介质为液态的系统，当设备出现故障需维修或更换而无隔离设备，或隔离设备不可用，或隔离设备本身需要维修的，冰塞是对设备进行隔离的有效手段，并可避免整个系统停运，避免机组停运，对电厂的经济性有重大意义。
参考文献
1. 《Use of Ice Plug》 98-90001-STI-PG04m1 Rev 0 AECL
2. 《Nuclear Piping System Material Specification》 98-30000-TS-010 Rev 2 AECL
3. 《材料力学》 刘鸿文主编 1992年 高等教育出版社
4. 《钢制压力容器》 王志文主编 1990年 化学工业出版社
