發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)故障及氫氣純度異常分析

溫冠峰（山東核電有限公司,山東 煙臺(tái) 265116）

發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)故障及氫氣純度異常分析

溫冠峰
（山東核電有限公司,山東 煙臺(tái) 265116）

本文介紹了海陽核電汽輪發(fā)電機(jī)組雙流環(huán)密封油系統(tǒng)工作原理，并對(duì)密封油系統(tǒng)常見的故障及氫氣純度異常原因進(jìn)行了分析，進(jìn)而提出了防止發(fā)電機(jī)進(jìn)油及氫氣純度降低的治理措施及改造意見。

密封油；平衡閥；差壓閥；消泡箱；純度

1 前言

海陽核電汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用氫冷方式，并配置了密封油系統(tǒng)，除了對(duì)密封瓦進(jìn)行潤(rùn)滑外，主要有兩個(gè)功能：一是在發(fā)電機(jī)軸端對(duì)氫氣進(jìn)行密封，防止氫氣從發(fā)電機(jī)膛內(nèi)逸出；二是防止空氣或濕氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，保證發(fā)電機(jī)膛內(nèi)氫氣純度在一個(gè)較高的值，避免威脅發(fā)電機(jī)絕緣。

2 海陽核電雙流環(huán)密封油系統(tǒng)功能及工作原理

海陽核電汽輪發(fā)電機(jī)采用雙流環(huán)的密封油系統(tǒng)，與主汽輪發(fā)電機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)使用相同油質(zhì)，所謂雙流環(huán)是指密封瓦的氫側(cè)與空側(cè)各自形成獨(dú)立循環(huán)空側(cè)和氫側(cè)油路，通過平衡閥的控制使兩路油壓維持均衡，限制兩路油互相串流，從而達(dá)到減少氫氣泄露與維持氫氣純度的目的。油與空氣，油與氫氣之間的隔絕是采用兩道迷宮式油檔來實(shí)現(xiàn)的。

海陽核電發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 氫氣密封油系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

如果密封環(huán)處空側(cè)油壓高于氫側(cè)油壓，空側(cè)密封油會(huì)進(jìn)入氫側(cè)密封油回路。通過氫側(cè)回油箱調(diào)節(jié)油量，將過量的油被排到空側(cè)回路。如果密封環(huán)處氫側(cè)油壓高于空側(cè)油壓，氫側(cè)密封油進(jìn)入空側(cè)回路，氫側(cè)回路中減少的密封油可由真空處理單元向氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)真空箱內(nèi)除去油中夾帶的空氣和氫氣，通過這種方法可以使發(fā)電機(jī)氫氣純度保持在98%以上。

密封油真空處理單元接收來自空側(cè)密封油系統(tǒng)的密封油，并向氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱供應(yīng)經(jīng)真空處理的加壓油。即使處理單元不可用，發(fā)電機(jī)仍可以繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)氫側(cè)需要補(bǔ)油時(shí)，將真空處理單元旁通，由空側(cè)密封油泵直接向氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱補(bǔ)油。這會(huì)導(dǎo)致密封油中氣體含量增加。

真空箱通過浮子調(diào)節(jié)閥接收來自空側(cè)密封油泵的排油。在真空箱中，夾帶在密封油中的氣體被抽出，通過真空泵排到大氣中。真空箱配有噴嘴能有效分離油中氣體。真空泵保持真空箱壓力在-95kPag左右。真空泵配有一臺(tái)油分離器，用于密封、潤(rùn)滑真空泵，并能排放收集的水。供油泵吸入口接自真空箱，出口排放到氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱。因?yàn)楸玫牧髁看笥跉鋫?cè)回油調(diào)節(jié)箱所要求的流量，所以大部分油通過油壓調(diào)節(jié)閥重新回到真空箱噴嘴。壓力調(diào)節(jié)閥保持供油泵出口壓力維持在0.95Mpa。空側(cè)密封油泵向真空箱的供油壓力是0.670Mpa，這樣供油泵的油壓將會(huì)使真空箱旁路管線上的止回閥回座，防止真空箱被旁路。

為了盡量減小密封環(huán)和密封座間的摩擦，以便在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)保持密封環(huán)和大軸同心，海陽核電密封油系統(tǒng)設(shè)置了軸封浮油泵，向密封環(huán)和密封座的外側(cè)間隙供油，用高油壓托起密封環(huán)，形成油膜以減少摩擦。當(dāng)發(fā)電機(jī)升至額定轉(zhuǎn)速且氫壓超過0.2Mpa時(shí),只要密封環(huán)不影響大軸振動(dòng)就可以停運(yùn)浮油泵，但通常浮油泵是處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。

3 發(fā)電機(jī)進(jìn)油主要原因分析及處理

3.1 發(fā)電機(jī)進(jìn)油的原因

發(fā)電機(jī)可能進(jìn)油的原因，一是空側(cè)或氫側(cè)密封油壓過高，經(jīng)軸瓦串入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，另一途徑是氫氣逸出箱油位過高，密封油滿溢后經(jīng)過迷宮式油擋直接進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，密封油壓過高可以通過平衡閥及差壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，而氫氣逸出箱油位過高或過低，則主要由于軸瓦進(jìn)、回油量不平衡造成。

3.2 防止發(fā)電機(jī)進(jìn)油的措施

3.2.1 加強(qiáng)密封油系統(tǒng)檢查及各項(xiàng)參數(shù)監(jiān)視。

用于發(fā)電機(jī)是否進(jìn)油或其他液體的裝置主要有兩個(gè)一是氫氣逸出箱液位開關(guān)，二個(gè)是發(fā)電機(jī)最低位安裝的浮子式液位計(jì)。另外，氫側(cè)密封油箱液位也可作為防止發(fā)電機(jī)進(jìn)油的超前監(jiān)視手段。

當(dāng)消泡箱液位較高時(shí)，發(fā)出報(bào)警，提醒運(yùn)行人員發(fā)電機(jī)有進(jìn)油風(fēng)險(xiǎn)，說明此時(shí)密封油自動(dòng)調(diào)節(jié)失靈，需要手動(dòng)打開氫側(cè)回油箱的排油閥，強(qiáng)制排油。

若密封油或者定冷水進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)，發(fā)電機(jī)本體浮子液位計(jì)作為檢漏裝置，會(huì)發(fā)出高液位報(bào)警，通過就地打開排污閥的方法確認(rèn)是進(jìn)油還是進(jìn)水，并排除液位開關(guān)故障后，結(jié)合其他參數(shù)判斷如定冷水箱水位，補(bǔ)水頻率，主機(jī)潤(rùn)滑油箱油位等參數(shù)綜合判斷，如果漏量較大則停機(jī)處理。

3.2.2 控制發(fā)電機(jī)進(jìn)行氣體置換速度

如果氣體置換過程中壓力變化太快，則密封油差壓閥或平衡閥調(diào)節(jié)跟蹤不良，使得發(fā)電機(jī)進(jìn)油可能性增加，尤其是排氫時(shí)不能過快，長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定氫壓，差壓閥及平衡閥容易卡澀，在排氫過程中，應(yīng)緩慢降低氫氣壓力，使得差壓閥逐漸開大，平衡閥應(yīng)逐漸關(guān)小，保證進(jìn)回油量平衡。

3.2.3 對(duì)目前海陽核電密封油系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行改造

發(fā)電機(jī)膛內(nèi)壓力較低時(shí)，氫側(cè)油箱排油較為困難，造成郵箱油位升高，這是一個(gè)普遍存在的問題。這是由于氫側(cè)回油箱油位升高后，自動(dòng)排油閥開啟，依靠氫側(cè)密封油箱與空側(cè)密封油泵入口差壓進(jìn)行排油，那么在氫壓較低情況下，這個(gè)差壓很小，造成排油不暢。

改造方案是在氫側(cè)密封油母管加裝一條回油管路至空側(cè)油泵入口，并在此管路上安裝一個(gè)手動(dòng)截止閥，在氫壓較低時(shí)，依靠氫側(cè)密封油泵的壓力將氫側(cè)密封油打回空側(cè)，在氫壓下降過程中，通過控制此截止閥開度，不斷改變空側(cè)和氫側(cè)油量分配，控制氫側(cè)油箱油位。目前很多機(jī)組都進(jìn)行了此項(xiàng)改造，對(duì)防止發(fā)電機(jī)進(jìn)油效果良好。

4 發(fā)電機(jī)氫氣純度下降原因分析

4.1 密封油含水超標(biāo)

正常運(yùn)行中，密封油和主機(jī)潤(rùn)滑油的回油是在一起的。如果軸封壓力異常或者軸封帶水，會(huì)引起汽輪機(jī)潤(rùn)滑油中含水超標(biāo)，同樣會(huì)引起密封油系統(tǒng)含水超標(biāo)。密封油中帶水在密封瓦處蒸發(fā)形成蒸汽，進(jìn)入發(fā)電機(jī)，使氫氣純度下降，濕度增加。

4.2 平衡閥調(diào)節(jié)異常，空、氫側(cè)密封油串流

正常運(yùn)行中，平衡閥保持氫側(cè)高于空側(cè)490Pa左右，保證空、氫側(cè)油壓平衡，而一旦平衡被打破，則造成空、氫側(cè)互相串流。造成平衡閥動(dòng)作異常的原因主要有兩個(gè)，一是平衡閥活塞油路中有雜質(zhì)，造成活塞阻力增大動(dòng)作異常。二是平衡閥調(diào)節(jié)信號(hào)測(cè)量誤差。差壓閥調(diào)節(jié)信號(hào)有取自空側(cè)密封油壓和氫壓，空側(cè)油壓引壓管取自密封瓦上的空側(cè)密封油進(jìn)油處，氫氣壓力信號(hào)由消泡箱底部引壓管引出。平衡閥的調(diào)節(jié)信號(hào)由兩個(gè)：空側(cè)密封油壓和氫側(cè)密封油壓，其中空側(cè)與上面取自同一測(cè)點(diǎn)，氫側(cè)密封油壓取自密封瓦上的氫側(cè)密封油進(jìn)油處的壓力。從發(fā)電機(jī)密封瓦到調(diào)節(jié)閥，距離較長(zhǎng)且有多處彎管，信號(hào)管阻力也不同，造成測(cè)量誤差，加上信號(hào)管徑比較細(xì)，油質(zhì)不合格、取壓管含氣等原因使得差壓閥、平衡閥工作不正常。

4.3 密封瓦與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間隙不達(dá)標(biāo)

當(dāng)空側(cè)與氫側(cè)密封油壓差穩(wěn)定時(shí)，兩側(cè)密封油的交換量與密封瓦的間隙的成正比。通常密封瓦直徑間隙為0.2mm左右，當(dāng)運(yùn)行中密封瓦間隙增大時(shí)，由于兩路油壓不可能完全平衡，使得導(dǎo)致密封油的交換量大幅增加，我們知道空側(cè)密封油與大氣連通，會(huì)導(dǎo)致空氣、水分等進(jìn)入氫側(cè)油，再通過氫側(cè)密封油與氫氣的接觸進(jìn)入到發(fā)電機(jī)，造成發(fā)電機(jī)氫氣純度下降。

4.4 密封油排煙風(fēng)機(jī)出力不足或真空處理單元無法投入

排煙風(fēng)機(jī)的出力不足，無法將油箱內(nèi)空氣及其他雜質(zhì)氣體抽出，這樣，造成空側(cè)密封油中空氣、水份或其他雜質(zhì)氣體含量增加，再通過與氫側(cè)密封油交換進(jìn)入氫側(cè)密封油，進(jìn)而通過與氫氣接觸進(jìn)入發(fā)電機(jī)膛內(nèi)，污染氫氣，因此如果排煙風(fēng)機(jī)出力不足，將影響氫氣純度。

此外，如果密封油真空處理單元長(zhǎng)期無法投入，不能及時(shí)除去系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的空氣、水份及其他雜質(zhì)氣體，同樣會(huì)造成氫氣污染，只能靠補(bǔ)、排氫來增加氫氣純度。

5 結(jié)束語

密封油系統(tǒng)的運(yùn)行與發(fā)電機(jī)的安全息息相關(guān)，運(yùn)行中設(shè)備故障或操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐砂l(fā)電機(jī)進(jìn)油或造成氫氣純度下降都將危及發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，而機(jī)組啟動(dòng)與停運(yùn)進(jìn)行氣體置換期間更容易造成發(fā)電機(jī)進(jìn)油，從而增加機(jī)組啟動(dòng)或停運(yùn)檢修時(shí)間。因此應(yīng)了解發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，把握關(guān)鍵操作，了解薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而保證發(fā)電機(jī)的安全。

[1] Haiyang China AP1000 System Specification Document for Turbine Generator Seal Oil System Rev 3

[2]海陽核電AP1000中級(jí)教材.

[3]謝尉揚(yáng).發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)及運(yùn)行[J].2010:41-43.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.247