马鞍山当涂发电有限公司 安徽马鞍山 243000
摘要：针对某发电有限公司发电机氢气纯度下降过快的问题，通过对影响因素进行全面分析，找到了影响氢气纯度下降的真正原因并加以解决。
关键词：密封瓦 氢气纯度 浮球阀 卡涩
1、存在的问题
某发电有限公司2×660MW超临界汽轮发电机组，汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的CLN660-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、八级回热抽汽、凝汽式汽轮机，发电机为哈尔滨电机厂生产的QFSN-660-2型水-氢-氢冷却、静态励磁发电机。某机组在一次B级检修投入运行后，发电机氢气纯度下降过快，为了提高发电机内氢气纯度，每天进行发电机排污和补氢的方式保持发电机氢气纯度。现场通过调整发电机油氢压差来维持氢气纯度，一直达不到效果，氢气纯度降低对发电机的安全、可靠、经济的运行有一定的影响，需要及时认真分析原因，并给予解决氢气纯度下降过快的问题。
2、原因分析
2.1 密封油系统工作原理及主要技术参数
本机组密封系统采用双流环式密封瓦，其密封原理见图1。
图1 密封原理图
由于氢冷汽轮发电机的转子轴伸出必须穿出发电机的端盖，为了密封发电机内的氢气，采用了双流环式密封瓦，汽轮发电机双流环式密封瓦内有两个环形供油槽，供油槽内的油压始终高于发电机内的氢气压力，从而防止氢气从发电机内部漏出。在密封瓦内的两个供密封用的油槽，形成了两道油流，这两道密封油流之间由独立的两套油源分别供给。靠近发电机内部氢气侧的油流，称之为氢侧密封油。靠近大气和空气接触的油流，称之为空侧密封油。密封油除了供密封瓦起密封作用外，对密封瓦还可以起到润滑降温作用。当这两股密封油的供油压力趋于平衡时，油流将不在两个供油槽之间的空隙中串动。密封油系统的氢侧密封油将沿着轴朝发电机内侧流动，而空侧密封油将沿着轴朝外部轴承一侧流动。由于这两个系统之间油的压力在理论上保持相等，油流在这两条供油槽之间的空间内将保持相对平衡，不发生相互串油现象。密封瓦供油槽之间的油压通过外部不间断的调节。保持其提供的油源之间相对平衡。且维持油压高于发电机内部氢气一个固定的压力值。
空侧密封油油路：
空侧密封油泵从空侧密封油箱取得油源，密封油泵出口油压在0.25-0.8MPa之间根据氢压高低自动调整。空侧密封瓦供油压力的调节，采用空侧密封油系统内设置在空侧密封油泵旁路位置上的主压差阀，调节密封瓦油压与发动机内氢气压力保持一个近似的恒定压差，密封油压高于氢气压力0.084MPa。
空侧密封油回油沿着发电机轴向发电机外侧流动，与轴承润滑油在发电机轴承回油腔内混合后，沿着轴承回油管回到油气分离箱，再到空侧密封油泵入口。
氢侧密封油油路：
氢侧密封油泵从氢侧密封油箱取得油源，密封油泵出口的压力油经过平衡阀进入发电机汽端和励端的密封瓦氢侧油槽。平衡阀通过空侧密封油压自动调节氢侧密封油压，使其跟踪空侧密封油压，维持氢、空侧油压相对平衡，即密封瓦氢侧油槽、空侧油槽油压平衡。氢侧密封油回油经发电机轴进入消泡箱，然后沿管路回到氢侧密封油箱，再到氢侧密封油泵入口，形成一个闭式循环油路系统。平衡阀用以保证氢、空侧密封油压相等，其压差不大于50mm水柱。
氢侧密封油箱上部装有回氢管，该管与发电机消泡箱上部连通。当氢侧密封油箱内氢压高于发电机内氢压时，氢气可以通过回氢管回到发电机内。
主要技术参数
空侧密封油压大于氢压0.084MPa
空侧密封瓦总油量280L/min
氢侧密封瓦总油量51L/min
密封油温度＜52℃
额定氢压：0.5MPa
2.2 氢气纯度下降的原因分析
由于氢侧密封油与发电机内氢气接触，氢侧密封油中的空气含量是影响发电机氢气纯度下降的直接原因，通过分析，认为可能存在以下问题：
（1）氢气系统置换用的压缩空气阀门内漏：由于压缩空气压力大于发电机内氢气压力，压缩空气直接进入发电机内，造成发电机氢气纯度下降。
（2）氢气纯度仪显示不准确。
（3）密封油排烟风机运行不正常：出口阀门关闭或逆止门卡在关闭位置、出口滤网堵塞使排烟不畅，影响空侧密封油箱油气的分离，使得大量的空气不能被带走，通过空侧密封油补入氢侧密封油箱，通过氢侧密封油箱及氢侧密封油进入发电机内。
（4）氢气湿度大：因氢气冷却器泄漏造成发电机内氢气湿度大，水中的空气析出，影响发电机氢气纯度。
（5）密封油含水超标，在密封瓦处蒸发进入发电机。
（6）发电机进油：由于氢侧密封油漏入发电机内，氢侧密封油箱油位下降，含有大量空气的空侧密封油补入氢侧密封油箱，使氢侧密封油空气含量增加。
（7）空、氢侧密封油压力不平衡：发电机空侧与氢侧密封油在密封瓦中的压力不平衡，会引起油流窜动，若空侧密封油压力大于氢侧密封油压力，含有大量空气的空侧密封油通过密封瓦窜入氢侧密封油，窜到氢侧的空侧密封油将随氢侧密封油一起回到氢侧回油消泡箱，然后经氢侧回油管，返回到氢侧密封油箱中，在此过程中一部分氢侧密封油内所含的空气直接析出进入发电机内。同时空侧密封油向氢侧密封油窜油也一定程度的排挤了氢侧密封油，使氢侧密封油的进油量减少，这将加大氢侧密封油的污染。
若氢侧密封油压高于空侧密封油压，则氢侧密封油通过密封瓦向空侧密封窜油，此时将使回到氢侧密封油箱中的油量减少，氢侧密封油箱油位降低，为了保证氢侧密封油箱油位正常，自动补油阀将自动向氢侧密封油箱中补油。这样就将含有大量空气的空侧密封油补进了氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加。发电机内的氢气与氢侧密封油相接触，氢侧密封油中若溶解有大量的空气，氢侧密封油中析出的空气便会进入氢气区域，使氢气纯度降低。
（8）密封油温度不合理：氢气的溶油能力随着油温的升高而增加，油温过高，影响氢气纯度。
（9）密封油系统中的自动补、排油浮球阀卡涩或内漏，导致补、排油浮球阀不能正常开启和关闭，氢侧密封油箱会始终保持补、排油状态，大量的空侧油经过氢侧密封油箱进行流动，使氢侧密封油含空气量急剧增加。
图2 氢侧回油控制箱示意图
3、氢气纯度下降的治理
（1）为防止压缩空气进入发电机内，对压缩空气管路连接软管进行了拆除，观察氢气纯度仍然下降，排除了压缩空气漏入发电机内的可能性。
（2）对发电机氢气纯度采用不同的检验仪器进行手工取样比对，没有发现偏差，排除表计存在不准确的可能性。
（3）现场检查确认密封油排烟风机运行正常，排烟口正常排烟，排除密封油排烟风机运行不正常。
（4）从发电机检漏仪进行排污，未见有水，排除了氢气冷却器泄漏的可能性。
（5）对密封油油质进行检验，含水量为28.6mg/l，符合＜50标准mg/l，排除密封油含水超标。
（6）对发电机7只检漏仪进行放油检查，未见有油，对检漏仪和消泡箱高油位报警及氢侧回油控制箱液位趋势进行分析，也未出现高液位报警，排除发电机进油。
（7）现场检查空、氢侧密封油压力平衡表：发电机两端密封油压力平衡表都指示在0位，说明密封瓦内不存在窜油，对空氢侧压力分别进行调整后观察，未见好转，排除空、氢侧密封油压力不平衡的现象。
（8）密封油温度不合理：检查密封油温度一直都符合规程要求，且通过多次调整密封油温度，观察氢气纯度没有好转，排除密封油温度的影响。
（9）检查密封油系统中的自动补、排油浮球阀的运行情况：通过和另一台机组密封油系统进行比较，发现该机组自动补、排油管道温度明显高于另一台机组自动补、排油管道温度，从而判断该机组氢侧密封油箱存在着大量补、排油的现象，空侧密封油进入氢侧密封油箱后析出大量的空气进入发电机内，造成发电机氢气纯度下降。通过检查确定浮球顶针状态正确，补、排油隔离门均在开启状态，强排门处于关闭状态，分析认为氢侧密封油箱自动补、排油浮球阀可能存在卡涩。
为查明具体原因，进行了以下调整试验：
（a）关闭自动补、排油浮球阀隔离门后，氢侧密封油箱油位基本稳定，说明平衡阀工作正常，密封瓦不存在窜油现象。
（b）在氢侧密封油箱处于正常油位时，将补油浮球阀隔离门开1圈，氢侧回油控制箱油位维持稳定，说明补油浮球阀无卡涩。
（c）关闭补油浮球阀隔离门，将排油浮球阀隔离门开1圈，氢侧回油控制箱油位下降较快，从而判断为排油浮球阀存在卡涩现象。
（d）对氢侧密封油箱油位进行大幅度扰动后未见好转，排油浮球阀卡涩现象未消除。通过上、下顶针进行开启和关闭操作后，排油浮球阀动作正常，卡涩现象消除。观察发电机氢气纯度不再下降，对发电机氢气提纯后，氢气纯度维持稳定。
4、结束语
综合以上分析、治理过程可见，造成某机组发电机氢气纯度下降的原因为氢侧密封油箱排油浮球阀卡涩在高位，造成氢侧密封油箱进行着大量补、排油过程，含有空气的空侧密封油大量进入氢侧密封油箱，空气从密封油中析出后进入发电机内。
造成发电机氢气纯度下降的原因是多方面的，前文已详细叙述，只要认真分析掌握了各种影响因素并认真排查，就能找到影响发电机氢气纯度下降的根本原因，并加以解决。
论文作者:常冬
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/25
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