密封油提純裝置在630MW機組上的應用

陶前超

摘 ?要：大型火力發電機組發電機一般采用水氫氫冷方式，發電機氫氣純度直接影響機組的安全經濟運行，本文結合某電廠密封油系統進行設備技術改造后發電機氫氣純度可維持在較高水平運行的案例進行了詳細分析，希望能為同類型需要提高或維持發電機氫氣純度的機組提供借鑒。

關鍵詞：發電機;氫氣純度;密封油;提純裝置

發電機運行過程中，由于各種原因會導致氫氣純度下降，不僅威脅發電機組的安全運行，而且也降低了發電機的氫氣冷卻效率和發電機效率[1]。補換氫操作會大大增加運行人員工作量。所以機組運行時能夠長時間維持發電機氫氣純度不低于合格標準十分重要。

1.設備簡介

某電廠#1機組為上海汽輪發電機有限公司生產的QFSN-630-2三相同步發電機，發電機冷卻方式為水、氫、氫。由于發電機的轉子必須穿出發電機的端蓋，發電機機內的氫氣可能由此向外泄漏，因此，必須向發電機密封瓦提供壓力略高于氫氣壓力的密封油，完成密封氫氣的任務。密封油進入密封瓦后，經密封瓦與發電機軸之間的密封間隙，沿軸向從密封瓦兩側流出，分為氫側油和空側油系統，密封油與氫氣接觸的一側油路稱為氫側密封油系統，密封油與空氣接觸的一側油路稱為空側密封油系統[2]。

1.1發電機氫氣純度下降的原因

發電機密封油系統運行過程中，只要空氫側密封油壓力不平衡就會導致發電機氫氣純度下降。當空側油壓力大于氫側油壓力時，空側油通過密封瓦竄入氫側油，空側油攜帶的空氣通過氫側油系統進入發電機;當氫側油壓力大于空側油壓力時，氫側油通過密封瓦竄入空側油，氫側油箱液位會下降，含有大量空氣的空側油補入氫側油箱，使氫側密封油空氣含量增加。含有空氣的氫側密封油在密封瓦中析出空氣進入發電機內。

機組運行中，由于密封瓦磨損，間隙過大，平衡閥品質差，油壓信號不正常等原因，不可避免的造成空氫側密封油相互竄油。

該電廠在#1機組大小修期間，對密封油平衡閥，主差壓閥進行了多次解體修整。但效果不太理想，氫氣純度下降速度依舊無變緩。

1.2設備運行概況

該電廠要求發電機氫氣純度每周三化驗一次，氫氣純度不合格<97%，則進行換氫操作使純度合格，排出發電機底部純度較低的氫氣，然后再補入高純度氫氣。若發電機氫氣壓力小于365KPa，則進行補氫操作。查詢該廠2020年3月至6月#1機組運行期間補換氫臺賬。平均每個月換氫4次，補氫2.25次，每5天就要進行一次補換氫操作，每次換氫前發電機氫氣純度基本在96%左右，換氫一次約耗費90 m3氫氣。基于上述情況，#1機組發電機氫氣純度常處于低標準值運行，不但加大了運行人員工作量，而且存在較大的安全風險及能耗損失。

2.密封油提純裝置的應用

2020年9月份該電廠#1機組A修，在空側密封油出口母管至氫側油箱補油管路上增加了一套密封油提純裝置，連續不斷地對系統中的密封油進行過濾，除去密封油所含雜質，空氣，水份，從而維持發電機氫氣純度不下降。

2.1提純裝置工作原理

密封油經過供油閥進入真空油罐，根據水與油的沸點不同，利用薄膜蒸發原理，在真空罐內的真空狀態下，不斷降低油和水汽混合物中水汽的蒸汽分壓，達到脫氣、脫水及破乳的目的;然后利用網組原理設計的精密過濾器，濾除油中的顆粒雜質，達到油的精密凈化的目的，最后經排油泵加壓后排出至氫側油箱。

凈油機運行參數如下：額定凈油量60L/Min，出口油含水量不超過10ppm，油中含氣量小于<0.1%，過濾精度30um。

2.2提純裝置調試及運行改進

為了使提純裝置投運后取得良好的效果，必須保證密封油系統勵端、汽端密封瓦處的氫側油壓高于空側油壓，使密封油系統氫側油箱處于補油狀態，否則提純裝置將起不到應有的作用。具體操作如下：先調整氫側油泵出口再循環閥，使氫側油壓高于空側油壓0.12MPa，再調整平衡閥底部螺釘，使勵端、汽端密封瓦處的氫側油壓高于空側油壓30CM水柱。調整完成后可用手觸摸氫側油箱的補油管路和排油管路，補油管路應是熱的，排油管路應是涼的。

密封油提純裝置初步調試正常，在#1機組開機后便投入運行，發電機氫氣純度可維持在97%以上運行。查看2020年12月份#1機組補換氫臺賬。這個月補氫6次，每次耗氫約30m3，每月耗氫約180m3。經對比改造前補氫臺賬，發現密封油提純裝置投入運行后發電機氫氣壓力下降速度明顯增快。用氫氣泄漏檢測儀排查發現，空側密封油箱排煙風機出口有較多氫氣分析原因是由于氫側密封油壓力始終大于空側密封油壓力，氫側密封油攜帶的氫氣竄入空側密封油，在空側油箱內析出后被排煙風機排出，使得發電機氫氣壓力下降加快。

后來咨詢廠家，調節使勵端、汽端密封瓦處的氫側油壓高于空側油壓20CM水柱，發電機氫壓下降明顯降緩，平均每月補氫3次即可，每月耗氫約95立方米，發電機氫氣純度仍可一直保持在97%以上。

該裝置投用后，降低了對平衡閥自身調節精度、平衡閥油壓信號等因素的要求，可長期維持發電機氫氣純度在97%以上運行，減少了發電機的換氫提純用氫量。

2.3提純裝置的故障維護

自#1機組密封油提純裝置投用以來，設備基本運行正常，未出現需要隔離檢修的大故障。

3.經濟效益

密封油提純裝置投運之前平均每個月換氫4次用氫量360m3，補氫2.25次，用氫量90m3，即平均每個月用氫量450m3;密封油提純裝置投運之后，每個月的補氫量下降到95m3，即每個月節省氫氣355m3，氫氣若按每立方米20元價格計算，每個月節省7100元，每年節省8.52萬元。

2003年美國《電力工程》就氫氣純度對發電機經濟性的影響進行了量化分析，根據關系曲線可以看出氫氣純度低于99%后風摩損耗就開始增加。發電機容量越大，風摩損耗越大。630MW機組風摩損耗與純度的關系：純度下降1%，損耗增加240KW。氫氣純度從96%提升至97%，提升1%，燃料消耗不變的情況下，發電機效率增加240KW。上網電價按每千瓦時0.40元計，年運行小時4000h計。全年#1機組節能費用為：240×4000×0.40=38.4（萬元）

因此，全年總共可以節約8.52+38.4=46.92萬元

4.結束語

密封油提純裝置的應用，解決了發電機氫氣系統的安全風險，降低了發電機的風摩損耗，提高了發電機運行的經濟性，另一方面也減少了運行人員的工作量。但該裝置投用時間并不是很長，后期設備運行的穩定性以及故障維護還有待進一步觀察。

參考文獻：

[1]宗士杰.發電廠電氣設備及運行..北京;中國電力出版社.2006;113-116

[2]華東六省一市電機工程（電力）學會.汽輪機設備及其系統.北京;中國電力出版社.2006;171-271