发电机氢气纯度降低原因分析与对策

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摘要: 本文针对某电厂2号发电机氢气纯度异常下降的问题, 对影响氢气纯度的各种因素进行了全面地分析,并找出了氢气纯度异常下降的原因, 彻底地予以解决。

关键词: 氢冷发电机; 密封油; 氢气纯度; 浮球阀; 处理

中图分类号：TB857文献标识码： A

1 系统概况

某发电厂2号发电机系QFSN - 600- 2YHG型汽轮发电机, 该型号发电机采用的冷却方式是: 定子绕组水内冷, 转子绕组氢气内冷, 定子铁芯及其结构件表面氢气冷却。正常运行时额定氢压0. 4M Pa, 露点- 5℃~ -25℃ , 氢气纯度≥98%。当氢气纯度≤95%时通过排污、补氢来提高氢气纯度。为了防止发电机内的氢气外泄, 采用了双流环式密封瓦, 通过密封油系统的油压进行密封, 以确保汽轮发电机组的安全经济运行。

2 密封油系统的工作原理

为防止发电机内的氢气通过轴端向外泄漏, 在发电机的两端设置了油密封装置, 通过供油及控制装置, 为密封瓦提供氢侧、空侧密封油及空侧推力油。通过密封油系统的压差阀对密封油压进行调整, 使密封油在密封瓦和转子轴颈之间的间隙中形成并维持一高于机内氢气0.084MPa ± 0.01MPa的密封油流,从而保证机内氢气与机外的空气隔绝。密封油系统原理如图1所示。

密封瓦中的空、氢侧密封油分别由密封油系统的空、氢侧密封油泵供给。在机组的正常运行过程中,氢侧密封油箱应该保持相对稳定的油位,既不进行排油,也不进行补油。因为,在密封瓦中空、氢侧油压做不到绝对的平衡,故空、氢侧仍会有少量的油相互窜流, 而且由于外部因素的影响( 如:油泵出口油压的波动、油温的波动、油泄漏、氢压的变化)均会使氢侧密封油箱油位变化。如果油位上升,则会自动关闭补油阀、开启排油浮球阀,将多余的氢侧密封油经排油管回至空侧密封油泵入口,如果油位下降,则会自动关闭排油阀、开启补油浮球阀,将氢侧密封油箱补到正常油位。

图1 密封油系统原理示意图

所谓双流环式密封瓦是指密封瓦的氢侧与空侧各自形成独立的循环油路,运行时通过平衡阀维持空、氢侧密封油压差在±490Pa范围内,尽量使两路油压维持均衡,限制两路油相互窜流,从而达到减少氢气外漏和维持机内纯度的目的。

3 影响发电机氢气纯度的因素

由于发电机内氢气压力比大气压力高,外界空气不可能漏进发电机内,而运行中压缩空气管与发电机氢管路是断开的,所以压缩空气漏入发电机的可能性也不存在,因而影响氢气纯度的因素可能来自以下几方面:

( 1)氢气纯度测量不准确。

( 2)新氢质量不合格。

( 3)氢气湿度大

因氢冷器漏等因素造成发电机内氢气湿度大,水中的空气析出,势必会造成氢气纯度下降。

( 4)发电机密封油含水超标

汽轮发电机运行中,由于各种原因使密封油中含水过高,在密封瓦处蒸发形成水蒸气进入发电机,导致氢气纯度下降。

( 5)密封瓦处空、氢侧密封油窜流

油氢压差过高或过低、平衡阀跟踪不好或工作失常、平衡阀空侧、氢侧压力取样管中的压力损失不同( 虽然从平衡表上观察空、氢两侧的密封油压是平衡的,而实际上在密封瓦处的空、氢侧密封油存在一定的压差)以及密封瓦间隙过大,均可能造成密封瓦处空、氢侧窜油, 引起氢气纯度下降。

( 6)氢侧密封油箱中的补排浮球油阀故障

氢侧密封油箱中的补排油浮球阀故障导致氢侧密封油箱中的空侧和氢侧油大量交换,使含有大量空气的空侧密封油进入氢侧密封油箱, 引起氢气纯度下降。

( 7)压差阀工作不正常

压差阀工作不正常将可能出现密封油直接进入发电机内的现象。同时由于压差阀工作的不正常会引起平衡阀也

做出相应的跟踪调整从而加速了空、氢侧密封油的窜油。

( 8)密封油排烟风机工作异常

密封油排烟风机出力不足或不运行会造成更多的空气和湿气溶入空侧密封油中,这样极少量的窜油量也会使氢气纯度出现较大的下降。造成排烟风机出现出力不足的主要原因是排烟风机出口管疏油不畅或进口管布置不合理积油引起。

4 发电机氢气纯度下降的原因分析与处理

4. 1 故障情况

2号发电机出现氢气纯度偏低且经常持续下降的现象,每两天即需提纯一次( 即通过补、排氢来提高氢气纯度), 而且也只能维持氢气纯度在报警值95%左右运行,达不到正常范围(≥ 98% )。既增加了运行人员的劳动强度,也严重影响了机组的安全经济运行。

4. 2 原因分析

( 1)通过多次取样分析,测得制氢站、发电机补氢口氢气纯度、湿度基本一致,氢气纯度均在99.5%以上,而在线氢气纯度仪及发电机排氢口氢气纯度均较低,排除了氢气纯度测量不准以及因制氢站来氢质量不合格导致发电机内部氢气纯度下降的可能性;此外,测得氢气露点均在正常范围以内( - 5℃ ~ - 25℃ ),并且从每次发电机油水探测器排污情况看,基本无油、水,因此,氢气湿度大引起氢气纯度下降的原因可排除。

( 2)联系化学化验密封油油质,测量密封油含水量为35.95mg/l< 100mg/l,含水量合格,因此,发电机密封油含水超标的原因可排除。

( 3)通过观察发电机油氢压差变化趋势,油氢压差稳定在0.09MPa运行,因此,油氢差压异常引起氢气纯度下降的原因也可排除。

( 4)就地检查氢侧密封油箱补、排油管温度,发现补、排油管温度均较高, 基本与油箱温度持平,初步判断氢气纯度下降系发电机空、氢侧密封油窜流引起,于是,我们采取了以下措施:

(a) 适当降低发电机油氢压差,以减少空侧油通过密封瓦窜至氢侧油的流量。

(b)适当降低密封油温度,以减少氢侧密封油分离出来的空气量。

(c) 关小氢侧密封油箱补、排油手动门(只保留了微小开度) ,以减少氢侧密封油箱内空、氢侧密封油的交换。经上述处理后,2号机氢气纯度的下降趋势有所缓解,但仍然下跌,由原来每2天需通过补排氢提纯一次延迟为每5~ 6天提纯一次。显然,氢气纯度下降的隐患还没根本消除。

我们再次对氢侧密封油箱补、排油管温度进行检查,发现补、排油管温度仍较高,为查明空、氢侧窜油引起氢气纯度下降的根本原因, 对氢侧密封油箱补排油手动门进行了相关调整试验,试验情况如下:

( a)试验前氢侧密封油箱就地油位指示为5mm (油箱中心为0位),处于正常油位-30mm ~ +30mm范围内。关闭氢侧密封油箱补排油手动门, 5 min内油箱油位基本未变,说明平衡阀工作情况良好, 密封瓦处空、氢侧窜油情况较好。

( b )将补油手动门开二圈,3 min内油箱油位由5mm快速上升至40mm后,油位基本稳定,说明补油浮球阀无卡涩现象,但补油浮球阀关闭时浮球定位偏高。

( c) 关闭补油手动门,开启排油手动门二圈,4 min内油箱油位由40mm快速下降至-75mm,下降了115 mm,随后油位基本稳定,说明排油浮球阀无卡涩现象,但排油浮球阀关闭时浮球定位偏低。

根据上述分析,造成氢气纯度持续下降的根本原因是由于补排油浮球阀定位不合理,补油浮球阀定位偏高,排油浮球阀定位偏低,使得氢侧密封油箱油位处于正常范围时补、排油阀均处于开启位置,氢侧密封油箱处于连续补、排油的运行情况,由于补油是从空侧密封油泵来, 该油溶解了部分空气,大量携带有空气的油源源不断地补到氢侧,造成发电机内氢气纯度持续下降。

4. 3 处理

利用2号机停机机会对氢侧密封油箱进行了解体(氢侧密封油箱结构如图2所示),检查发现,排油浮球与排油阀之间的连杆长度以及补油浮球与补油阀之间的连杆长度完全偏离设计长度(偏短),造成油位低时,排油阀未能完全关闭,油位高时,补油阀未能完全关闭, 使得油位处于正常范围时补、排油阀均处于开启位置。根据氢侧密封油箱的内部设计原理,油箱内油位正常时,补、排油浮球阀均应处于完全关闭状态。

图2 氢侧密封油箱结构示意图

油位高时,排油浮球阀由其浮球连动打开,而补油浮球阀应处于关闭状态;油位低时,补油浮球阀由其浮球连动打开, 而排油浮球阀应处于关闭状态。于是,对补、排油浮球阀连杆长度进行了重新调整:

( 1)将补油浮球与补油阀之间的连杆长度调长了8 mm,使氢侧密封油箱油位在- 30mm左右时(以油箱中心为0位),补油浮球阀停止补油。

( 2)将排油浮球与排油阀之间的连杆长度调长了7 mm,使氢侧密封油箱油位在+30mm左右时(以油箱中心为0位),排油浮球阀停止排油。

4. 4 处理后的效果

通过对补、排油浮球阀连杆长度重新进行调整后,2号发电机氢气纯度下降快问题得到了彻底解决,氢气纯度由处理前的95%左右提高至99%及以上运行,使机组能够安全、可靠、高效、稳定地运行。

5 结束语

造成发电机氢气纯度下降的可能因素很多,但是只要掌握了影响氢气纯度下降的各种因素,加强分析,认真排查,一定能够找出发电机氢气纯度下降的根本原因,从而得以彻底解决