密封油系统运行对氢气纯度的下降影响及处理方法

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摘要：目前广泛运用的双流环密封油系统缺陷容易引起氢冷发电机组氢气纯度的下降，分析了能引起氢气纯度下降的原因及解决方法。并对沧东发电有限公司#2汽轮发电机氢气纯度以往长时间偏低原因的判断，通过总结分析，对发电机氢气纯度下降进行指导借鉴。

关题词：氢气纯度、密封油、影响因素 、解决方法

中图分类号：C35文献标识码： A

氢冷系统在现代大型发电机中的广泛应用，使发电机的冷却效率得到提高，同时，使大容量的发电机成为可能。但是，氢气系统本身具有爆炸性，纯度，湿度需要严格控制。氢气湿度高，易造成氢冷发电机护环的损坏和定子线圈端部绝缘的击穿；而氢气纯度低，则会直接影响发电组的安全运行。我公司发电机氢冷系统中氢气湿度的维持靠的是采用在线吸附干燥的方式来进行，氢气在发电机壳体内循环动力是由发电机转子自带的风扇提供，经过干燥后的氢气的露点一般均能维持在-5℃－20℃之间。氢气纯度的维持则靠双流环密封瓦，氢侧密封油通过平衡阀跟踪空侧密封油压以维持双流环间尽量少的空、氢侧密封油窜流，以防止氢气纯度的下降。但发电机氢气纯度的下降与很多因素都有着关系。

密封油系统存在缺陷，将直接影响氢气纯度，导致氢气纯度下降。在分析密封油系统对氢气纯度的影响之前，先要了解清楚双流环密封油系统工作原理。 我公司发电机为上海汽轮发电机厂生产的水氢氢发电机，密封油系统的作用就是防止冷却发电机的氢气发生外泄。我公司发电机密封油系统为双流双环密封油系统，分为空侧和氢侧密封油循环，这两路油循环从理论上讲是可以做到单独循环的，相互之间不会发生油流的交换。空侧油的压力是跟踪发电机内的氢气压力，在整定空侧油压时必须使空侧油压高于氢压0.084MPa，而氢侧油压力是跟踪空侧油压力而整定的，两者压力之差必须在±490Pa范围内，空侧油压对氢压的跟踪是由差压阀来完成的，氢侧油对空侧油的跟踪是由平衡阀来完成的。空侧油和氢侧油在密封瓦内压力达到平衡，相互间不会发生窜油现象。氢侧密封油箱提供氢侧油源，油箱上有四个针型阀，运行中打开，自动调节氢侧密封油位正常。所补的油源由空侧油提供；当油箱中油位上升到一定位置时，排油门打开排去多余的油，所排的油排至空侧油路中。氢气纯度的下降就是氢气中含有了其他的气体，氢侧油中所含的气体量少且稳定，不会释放出来，而空侧油中所含的气体量多且不稳定，会释放出来。所以，氢气纯度下降的直接原因就是由于空、氢侧油发生了交换，造成空侧油进入到氢侧油中来，从而把所含的气体释放出来至氢气中。若密封瓦有缺陷，氢侧密封油容易雾化，在接触氢气的过程中，大量微型油颗粒融入氢气中，也会造成氢气纯度下降。

我公司二号机组自投产以来,发生过氢气纯度下降较快的问题。特别是#2机组氢气纯度下降较快的问题比较典型。二号机组第一次C修（2007年5月）后，由于第一次风压实验不合格，采用较高的密封油压，将空氢差压提高至100Pa以上。现以#2机为例说明当时密封油系统运行时的状况。 #2机运行时密封油主、备差压阀全部投入运行，主差压阀在工作状态，备用差差压阀处于正常备用状态，空、氢侧交流油泵运行，空、氢侧直流油泵处于正常备用状态，高压密封备用油源和低压密封备用油源处于正常备用状态，差压阀的旁路门都已关闭。此时，空、氢侧密封油进回油温度均在正常范围内（氢侧密封油温45℃、空侧密封油温45℃）。空、氢侧密封油供油压力分别为：空侧密封油供油母管压力0.46 MPa、氢侧密封油供油母管压力0．65MPa，油氢差压在0.081－0.086MPa间，空、氢侧油压差维持在±100Pa间，各数据都是在制造厂运行要求范围内。氢侧密封油箱油位保持在145mm处基本不动，氢侧密封油箱补油管温度较高，接近油箱本体温度，而机组运行一段时间后，从发电机检漏罐中发现有少量油。发电机本体氢气露点保持在－20℃至8℃。氢气纯度经过70小时，基本上三至四天氢气提纯一次，换氢量比较大也是不经济的。

在#2机组检修后对密封油系统的整定达不到要求对氢气纯度的影响。

1、当氢油压差较大时，尤其是高压油源减压阀故障，或者人为将氢油压差调整至高限，将造成部分氢侧油进入发电机内，与氢气接触，在密封瓦处两者压力将达不到平衡而发生窜油造成氢气纯度下降。解决这问题的方法只有按照要求一步步的对密封油系统压力重新整定。

2、平衡阀本身的故障对氢气纯度的影响。平衡阀本身的故障造成调节不灵敏，平衡阀故障的绝大多数原因是由于油质差造成平衡活塞的卡涩。卡涩的平衡阀失去了调节作用，在空侧油压发生变化时，氢侧油压不能跟踪变化而造成两者压差大，从而发生窜油现象影响了氢气的纯度。解决这一问题的方法就是要保证油质合格。

3、氢侧供油管路节流对氢气纯度的影响。氢侧密封油供油管路的意外节流形成氢侧油供油缺乏，密封瓦氢侧油腔内油压无法正常建立或压力偏低，使得密封环空、氢侧密封油压不平衡而引起窜流。但不一样的节流点表现出来的现象是不一样的，由于空、氢侧密封油微差压管路取样点是取在发电机端盖处的，在取样点前出现节流时，表现在调理氢侧油母管压力时空、氢侧密封油微差压计上反映迟钝。当取样点后有节流时，调理氢侧密封油压，则微差压计上的动作起伏会很大。 处理这一问题的办法即是要在机组检修时各法兰垫片依照要求做，通径不能减小，且管路的阀门要全开不能节流。

4、密封油温度对氢气纯度的影响。密封油温度对氢气纯度的影响主要表现在两方面，一是密封油温度的改变使密封瓦与轴之间的间隙改变，从而使油的窜流量改变；二是油温的升高油中所溶的气体量会减少而释放出多余的气体。油温改变对间隙的影响关系式如下：Δc1＝αsealdΔt（2）Δc2＝αrotordΔt

Δc＝Δc1－Δc2 其中Δc―间隙改变量 αseal―密封瓦线形膨胀系数 αrotor―轴线形膨胀系数 d―轴径Δt―温度改变量

油温的提高使得油的动力粘度下降，油的流动性变好，当空、氢侧压差稍微变大时，就会增加两者的窜流量。解决这一问题的方法是在机组运行时将油温控制在规定的40至49℃范围内。

5、密封瓦间隙对氢气纯度的影响。发电机轴与密封瓦之间间隙对窜流量的影响如下式所示： Q＝πdΔp／c3／（12μl）（1）其中Q―密封油间的窜流量Δp―空、氢侧密封油微差压d―转子轴径c―中间环和轴间的间隙 μ―透平油的动力粘度 l―中间环长度 由上式可见，密封油间的窜油量与密封瓦中间环与轴的间隙成三次方关系，间隙越小，氢气越容易密封，空、氢侧密封油间的窜流量也会越小。但密封瓦与发电机轴之间的间隙是一个比较难协调的矛盾，由于密封瓦运行时是浮动在轴上的，如配合间隙太小，极容易引起发电机两侧轴承振动及密封瓦的磨损；如配合间隙太大，会引起空氢侧油窜流量的增加，影响氢气纯度的下降，更会由于空侧密封油流量大，流阻小，空侧油直接通过中间间隙流至氢侧油处，会造成氢侧油的虚假油压，此时虽然空、氢侧密封油微差压计上显示空、氢侧密封油已达到较好的平衡，但实际上密封瓦中间环的窜流量还是很大。解决这一问题的方法只有一个，更换超标的密封瓦，将密封瓦间隙加工至标准范围内，并在安装密封瓦时要严格按照工艺要求进行，在安装好后要检查密封瓦的灵活性，活动自如。在#2机组再一次检修后，更换合格的密封瓦后，将密封油氢油压差调整至80至85kPa，氢气纯度下降的问题得到很好的解决。

结束语；

氢纯度的疑问是一个老疑问，也是各电厂经常会遇到的疑问，尽管如今行业界的专业人员技术水平已很高，把涉及到氢纯度的疑问都已从各个方面剖析得很到位，可是氢纯度降低较快的问题还是困扰着一些出产运行的有关人员。有时的处理也许仅仅暂时的，有可能几过月后或通过一两次机组的调停后又会发现氢纯度降低较快的问题再次出现了，可是无论是什么原因，最终都是因为密封油体系或者是密封瓦的缺点形成的。所以，在机组维修时期，应严格控制密封瓦维修质量，确保密封瓦径向合作间隙等参数在合格范围内，同时，在机组运转时，依照厂家说明书，严格控制空氢压差在±490Pa以内，正常运转时确保±100Pa以内，控制氢油压差0.084MPa左右，加强对密封油体系尤其是差压阀，平衡阀，高压备用油源减压阀等设备的检查，确保其运转可靠。确保发电机氢气纯度、湿度在正常范围内，确保机组安全安稳运转。

参考文献：[1]上海汽轮发电机有限公司，600MW水氢氢汽轮发电机产品说明书。

[2]国华沧东600MW集控运行规程。