某660 MW汽輪發電機組漏氫量超標原因分析及處理

顧一明

(江蘇射陽港發電有限公司，江蘇射陽224346)

射陽港發電有限責任公司5號機組為超超臨界660 MW燃煤發電機組，發電機選用東方電機股份有限公司生產的QFSN-660-2-22三相同步汽輪發電機。發電機采用水-氫-氫冷卻方式，即定子線圈直接水冷，轉子線圈直接氫冷，轉子本體及定子鐵心氫冷，定子出線氫內冷。發電機氫氣系統采用閉式氫氣循環系統，設計漏氫量為13～19 m3/d。密封油系統采用單流環密封油系統，密封油路分別進入汽輪機側和勵磁機側的密封瓦，經中間油孔沿軸向間隙流向空氣側和氫氣側，形成了油膜起到了密封潤滑作用，然后分兩路（氫側、空氣側）回油，保證發電機內氫氣不外漏。機組于2011年8月5日結束168試運行投入商業運行。在機組分段調試、168試運行及投入商業運行初期，發電機漏氫超標現象嚴重，日漏氫量在40～50 m3/d期間，最大日漏氫量達到80 m3/d以上。為穩定機組安全運行及防范設備事故，機組運行中被迫臨時降氫壓運行，最高氫壓由0.45 Mpa降至0.38 MPa，嚴重影響發電機運行的經濟性和安全性。在發電機負荷不變的情況下，隨著發電機氫壓下降，定子鐵心溫度有上升的趨勢。文中分析了機組漏氫量超標原因，并給出了處理辦法。

1 漏氫原因分析

1.1 發電機內部氫氣循環機理及漏氫

發電機采用徑向多流式密閉循環通風（如圖1所示），定子鐵心沿軸向分為13個風區，6個進風區和7個出風區相間布置。安裝在轉軸上的2個軸流式風扇（汽、勵端各1個）將氫氣分別鼓入氣隙和鐵心背部；進入鐵心背部的氫氣，沿鐵心徑向風道冷卻進風區鐵心后，進入氣隙；少部分氫氣進入轉子槽內風道，冷卻轉子繞組；其他大部分氫氣再折回鐵心，冷卻出風區鐵心，最后從機座風道進入冷卻器；被冷卻器冷卻后的氫氣進入風扇前，進行再循環。

整個定子出線裝配采用氫氣冷卻，冷卻風路如圖2所示。氫氣從銅導電桿上端的進風口進入導電桿內管，在底部轉入雙層銅管的環形空間，通過上部一特殊接頭排入過渡引線，再由固定過渡引線的空心瓷套管排入出線罩的夾層風道后進入內外端蓋間的低壓風區。

發電機內氫氣泄漏的途徑較多且復雜，基本可分為2種：一是間接漏氫，主要指由于設備故障引起發電機內氫氣系統竄入其他系統中造成的漏氫，如氫系統進入密封油系統、定冷水系統、封閉母線外殼等處；另一是直接漏氫，主要指因安裝、制造不良產生法蘭結合面、閥門內漏等造成氫氣直接漏入到大氣中。間接漏氫復雜且非常隱蔽，一般情況下不易查找，要靠輔助儀器、儀表檢測，再通過分析判斷、排查，最終確定漏點；直接漏氫可通過漏氫檢測儀、鹵素檢測儀、肥皂水等簡單的檢漏方法找到漏點。

1.2 現場漏氫主要原因的確定

（1）發電機密封瓦故障。2010年8月15日運行人員通過漏氫檢漏儀檢測到發電機空氣抽出槽排油煙風機出口含氫量較大，氫壓0.38 Mpa時達到17%，將密封油氫氣差壓值由0.056 Mpa升至0.075 Mpa，風機含氫量下降為5%左右，初步判斷密封瓦的密封性能不能滿足要求。隨后在跟蹤檢測過程中發現，隨著發電機內氫壓升高，風機出口含氫量也明顯升高，在發電機內氫壓0.41 Mpa時，風機出口含氫量上升至67%左右，按照階段時間內的漏氫量測算，每天泄漏量達85 m3/d左右,可見密封瓦故障是造成發電機漏氫的主要原因之一。

（2）氫系統閥門、法蘭檢查。氫氣干燥器排放門、氣體置換排放總門、浮子油箱排空門、供氫安全門、供氫減壓閥接頭、發電機絕緣過熱監測裝置進口管道排污門、C氫冷器底部排污門、氫氣干燥進口管道外接臨時閥門（空氣置換用）均存在不同程度的漏氫現象。

（3）發電機定子冷卻水系統故障。人工檢測和在線儀表檢測定冷水箱上部空間含氫量為0，基本排除發電機定子線圈故障的可能性。

（4）定子引出線套管泄漏。根據在線漏氫儀表檢測裝置顯示數據為0及其他表計綜合分析，基本排除此處漏氫的可能性。

（5）氫冷器銅管泄漏。通過分析在線漏氫儀表顯示數值，排除其漏氫可能性。

（6）發電機本體結合面法蘭檢查。在發電機氫冷器法蘭周圍，檢測到A、B角附近的含氫量分別為12%，15%，進一步檢查發現密封膠條有不同程度老化。

（7）轉子滑環下導電螺釘或中心孔堵板密封不嚴，經檢查未發現泄漏現象。

經過對可能造成發電機漏氫量超標原因進行逐一排查，最終確定發電機密封瓦間隙過大、氫冷器法蘭漏氫是造成該發電機漏氫量超標的主要原因。

2 漏氫超標處理方法及效果

2.1 機組運行中漏氫超標處理

（1）加強發電機內氫氣壓力的監視，保證機組運行中氫壓規定范圍，達低限值時應及時補氫。

（2）加強發電機線圈溫度的監視，若溫度超限，應限負荷運行。

（3）保持廠房屋頂通風機運行，以便及時排出集聚在屋頂的氫氣，防止局部達爆炸濃度極限。

（4）保持汽機油系統排煙風機和發電機密封油系統防爆風機工作正常，及時抽出漏入油系統中的氫氣，發現其工作不正常應及時切換至備用風機。

（5）如果氫氣泄漏集聚在某個區域，檢測出氫氣濃度在爆炸范圍，應杜絕附近的一切火種，包括打手機、使用對講機、啟停設備等，打開門窗，加強通風，盡快讓集聚的氫氣散發。

（6）在發電機和氫管道附近區域需要動火，必須辦理動火工作票，工作前必須檢測區域范圍內氫氣濃度，必要時采取通風措施。

（7）氫氣壓力降低時，注意發電機密封油壓、油氫差壓、回油擴大槽油位等參數的變化趨勢，防止發電機進油。

（8）補氫時操作氫氣系統閥門應均勻緩慢，防止補氫速度過快，導致高速氫氣流摩擦發生爆炸。

（9）氫氣系統操作或檢查時應使用銅制工具，以防發生火花；使用鋼制工具時應涂上黃油；禁止穿化纖衣服，鞋底禁止釘釘子；

（10）定期試驗備用交、直流密封油泵，保證其在異常情況下能及時、正常投入運行；必要時適當提高油氫差壓值，以減少泄漏量；

（11）氫氣泄漏引發火災或爆炸應按《運行規程》破壞真空緊急停機處理，現場要備足CO2，以便事故排氫用。

2.2 發電機主要漏氫點處理方法及效果

（1）密封瓦解體檢查及處理。2011年9月18日至27日停機停運期間，對發電機密封瓦進行解體檢查，發現汽測、勵側密封上、下瓦均有深度為0.2 mm的劃痕，如圖3所示，同時密封瓦和軸頸間隙均超出設計標準。

處理辦法。考慮到密封瓦打磨工藝較復雜，時間較長，將汽端、勵端密封瓦全部更換，更換后的新密封瓦間隙均符合有關標準（如表1所示）。

表1 密封瓦間隙尺寸 mm

（2）內漏閥門。分別進行更換閥門，或者加裝二次門，其中發電機絕緣監測裝置進口排污門解體檢查發現閥芯上沾有一小塊焊渣，清理打磨后正常。

（3）利用機組停運期間更換A、B、C、D氫冷器法蘭墊片，并刷涂耐油硅酮密封膠。

（4）為防止發電機底部油水長期聚集造成相關法蘭密封片產生油水腐蝕，一方面，加強對發電機氫冷器底部的定期排污，另一方面針對耐油硅酮密封膠老化造成新的漏點，利用停機期間，對發電機外連接管道法蘭密封墊片全部進行更換，徹底消除了漏點。

（5）處理后的效果。發電機主要漏氫點經過處理后，在機組投運前后進行了發電機氣密封性試驗。2011年9月28日至30日期間，汽輪發電機組盤車狀態下（1.5 r/min），發電機氫系統嚴密性試驗結果平均值為8 m3/d。2011年10月15日至19日，汽輪發電機組運行后（3 000 r/min），發電機氫系統嚴密性試驗結果平均值為15 m3/d（如圖4所示）。

圖4 發電機漏氫治理前后比較

采取相關措施后，發電機的漏氫量得到明顯改善，達到了制造廠家的設計要求，滿足了機組安全運行。需要說明的是機組啟停前后的數值差反映了發電機密封瓦由靜態到動態轉換過程中泄漏量的變化，雖然機組啟動后發電機氫系統泄漏量有所增加，但仍在廠家合同規定允許范圍內。

2.3 后期運行防范措施

（1）從密封瓦的磨損量來看，主要原因是在機組調試及試運行期間，潤滑油及密封油系統雜質較多造成的，所以運行中必須加強汽輪發電機組的油質監視，定期取樣化驗分析，同時要保證在線油處理裝置無故障情況下不得退出運行。

（2）嚴格執行發電機大修后氣密性實驗、氫氣冷卻器氣密（或水壓）試驗和回裝后的整體氣密試驗等氣密試驗，不合格嚴禁機組啟動。

（3）對密封瓦和瓦座裝配的間隙嚴格把關，控制在標準范圍內。

（4）建立監測漏氫、排查漏氫點的定期工作制度，發現漏氫量大時及時查找原因，對發現的漏點要采取有效措施進行封堵，防止漏點進一步擴大而導致機組被迫停運。

（5）運行人員應熟悉氫氣防火防爆知識和滅火技能，提高事故異常情況的應急處理能力。

3 結束語

為保證氫冷發電機的安全運行，避免由于氫氣外泄引起爆炸等重大事故，正常運行中應加強發電機氫系統檢查、維護、氫氣泄漏量定期測算及排查工作，由于系統較為復雜，在發現發電機漏氫量增大等異常情況時，應進行系統檢查和分析，從可能的情況逐一排查，找到漏氫的真正原因并加以預防和處理。解決氫氣泄漏的關鍵是提高安裝檢修工藝水平，保證密封瓦、閥門及附屬配件的產品質量，同時應加強油質監督。

[1]陶蘇東.電氣設備及系統[M].北京：中國電力出版社，2006.