某電廠汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)氫氣純度低原因分析及處理

陳浩 李隆鋒 倪仲俊

摘? 要：某電廠660 MW汽輪發(fā)電機(jī)組自機(jī)組投產(chǎn)以來一直存在發(fā)電機(jī)氫氣純度偏低的情況，不僅影響發(fā)電機(jī)的效率，還不利于機(jī)組的安全運(yùn)行。該機(jī)組系氫冷發(fā)電機(jī)，配有密封油系統(tǒng)，密封瓦為雙流環(huán)配置。該文對(duì)造成發(fā)電機(jī)氫氣純度低的原因進(jìn)行了分析與排查，剖析了密封油系統(tǒng)對(duì)氫氣純度的影響。根據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合機(jī)組檢修對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了處理、調(diào)整、優(yōu)化，最終取得了較好的效果，同時(shí)也為其他同類型電廠提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：氫冷發(fā)電機(jī)? 氫氣純度? 雙流環(huán)密封油系統(tǒng)? 密封瓦? 分析處理

中圖分類號(hào)：TM311? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）03（c）-0042-04

Cause Analysis and Treatment of Low Hydrogen Purity of Steam Turbine Generator in a Power Plant

CHEN Hao? LI Longfeng? NI Zhongjun

（Zhejiang Energy Yueqing Power Generation Co.， Ltd.， Wenzhou， Zhejiang Province， 320609? China）

Abstract： Since the 660 MW steam turbine generator unit of a power plant was put into operation， the hydrogen purity of the generator has been low， which not only affects the efficiency of the generator， but also is not conducive to the safe operation of the unit. The unit is a hydrogen cooled generator， equipped with a sealing oil system， and the sealing pad is of double flow ring configuration. This paper analyzes and investigates the causes of low hydrogen purity of generator， and analyzes the influence of sealing oil system on hydrogen purity. According to the analysis results， combined with the unit maintenance， the relevant equipment was treated， adjusted and optimized， and finally achieved good results. At the same time， it also provides experience for other similar power plants.

Key Words： Hydrogen-cooled generator; Hydrogen purity; Dual-flow ring sealing oil system; Sealing tile; Analysis and processing

某發(fā)電公司#1機(jī)組660 MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，自機(jī)組投產(chǎn)以來一直存在發(fā)電機(jī)氫氣純度偏低的情況。由于氫氣具有易燃、易爆的特性，如果氫氣中含氧量大于3%，極有可能發(fā)生爆炸;氫氣純度下降，還會(huì)造成發(fā)電機(jī)繞組絕緣降低，不利于發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行;同時(shí)，發(fā)電機(jī)氫氣純度過低，將影響其冷卻效果[1]，影響發(fā)電機(jī)發(fā)電效率[2]。因此，一般要求發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)內(nèi)部氫氣純度要大于96%[3]。該文主要闡述了汽輪發(fā)電機(jī)組氫氣純度偏低的原因，及其相關(guān)的處理措施。

1? 設(shè)備概況

某發(fā)電公司#1機(jī)組600 MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組于2008年9月投產(chǎn)發(fā)電，汽輪機(jī)系上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)美國西屋技術(shù)設(shè)計(jì)制造，是超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N600-24.2/566/566，機(jī)組銘牌功率為600 MW。發(fā)電系發(fā)電機(jī)是上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司引進(jìn)西門子技術(shù)制造的QFSN-600-2型發(fā)電機(jī)，為汽輪機(jī)直接拖動(dòng)的隱極式、二極、三相同步發(fā)電機(jī)，采用水氫氫冷卻方式，密封油系統(tǒng)采用雙流環(huán)形式。

機(jī)組自投產(chǎn)以來一直存在發(fā)電機(jī)氫氣純度偏低的問題，只能通過頻繁的排、補(bǔ)氫措施（一般1～2天需補(bǔ)氫一次），勉強(qiáng)維持氫氣純度符合96%合格標(biāo)準(zhǔn)。

2? 原因分析

針對(duì)#1機(jī)組發(fā)電機(jī)氫氣純度偏低問題，首先對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)進(jìn)行排查檢測。通過測氫等相關(guān)儀器的檢測，均未檢測到機(jī)組存在氫氣泄漏的情況，基本排除了氫氣系統(tǒng)的存在問題的可能性。依據(jù)分析結(jié)果，密封油系統(tǒng)存在問題的可能性較大[4]。

2.1 密封油系統(tǒng)

2.1.1 密封油系統(tǒng)的作用

密封油系統(tǒng)也稱為氫氣密封油系統(tǒng)，它的作用主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）向密封瓦提供壓力油源，防止發(fā)電機(jī)內(nèi)壓力氣體沿轉(zhuǎn)軸逸出。

（2）保證密封油壓始終高于機(jī)內(nèi)氣體壓力某一個(gè)規(guī)定值，其壓差限定在允許變動(dòng)的范圍之內(nèi)。

（3）通過熱交換器冷卻密封油，從而帶走因密封瓦與軸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量，確保瓦溫與油溫控制在要求的范圍之內(nèi)。

（4）系統(tǒng)配有真空凈油裝置，去除密封油中的氣體，防止油中的氣體污染發(fā)電機(jī)中的氫氣[5]。

（5）通過油過濾器，去除油中雜物，保證密封油的清潔度。

（6）密封油路備有多路備用油源，以確保發(fā)電機(jī)安全、連續(xù)運(yùn)行。

（7）排油煙風(fēng)機(jī)排除軸承室和密封油貯油箱中可能存在的氫氣。

（8）系統(tǒng)中配置一系列儀器、儀表，監(jiān)控密封油系統(tǒng)的運(yùn)行。

（9）密封油系統(tǒng)采用集裝式，便于運(yùn)行操作和維修。

2.1.2 雙流環(huán)密封瓦

由于氫冷汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸伸必須穿出發(fā)電機(jī)的端蓋，因此，密封瓦成了氫冷發(fā)電機(jī)密封的關(guān)鍵。密封瓦布置在密封瓦支座上，而密封瓦支座通過螺栓連接在支座法蘭上并采取絕緣措施，防止軸電流流動(dòng)。

雙流環(huán)密封瓦密封油分空側(cè)和氫側(cè)兩個(gè)油路，從密封瓦支座上的密封瓦室通過環(huán)上均勻密布的通流孔和環(huán)形配油槽注入空側(cè)和氫側(cè)密封間隙，油沿轉(zhuǎn)軸軸向穿過密封瓦內(nèi)徑與轉(zhuǎn)軸之間的間隙流出。密封油為獲得可靠的密封效果，應(yīng)保證環(huán)形油隙中的密封油壓力高于發(fā)電機(jī)中的氣體壓力，且保持恒定[6]。

氫側(cè)油路供給的油將沿軸和密封瓦之間的間隙，流向氫側(cè)并流入消泡箱。而空側(cè)油路供給的油則沿軸和密封瓦之間的間隙流往軸承側(cè)，并匯同軸承回油一起進(jìn)入密封油空側(cè)回油箱，從而防止了空氣與潮汽侵入發(fā)電機(jī)內(nèi)部。在密封油系統(tǒng)中，油經(jīng)過擴(kuò)容釋放氣體、冷卻和過濾后返回密封瓦。

在空側(cè)，通過一分支油路將壓力油引入空側(cè)環(huán)的外側(cè)面對(duì)密封瓦產(chǎn)生一個(gè)作用力，稱作浮動(dòng)油，以保證當(dāng)機(jī)內(nèi)氣體壓力較高時(shí)，密封瓦在徑向仍能自由活動(dòng)。發(fā)電機(jī)雙流密封瓦在結(jié)構(gòu)上分成空側(cè)和氫側(cè)兩個(gè)環(huán)，一方面，可縮短每個(gè)環(huán)軸向長度，減少轉(zhuǎn)軸饒度對(duì)密封瓦的影響;另一方面，空側(cè)壓力油注入后可將兩個(gè)環(huán)從中間分開，從而減小了密封瓦側(cè)面與密封支座大間隙，以減少氫側(cè)的徑向油流量，保持氫氣純度的穩(wěn)定[7-8]。

2.2 初步分析

在對(duì)發(fā)電機(jī)密封油汽端、勵(lì)端平衡閥進(jìn)行整定的過程中（投運(yùn)提純裝置要求氫側(cè)油壓要稍高于空側(cè)油壓20 cm水柱的壓差），通過調(diào)整氫側(cè)油泵旁路門和平衡閥底部螺釘調(diào)整氫側(cè)油壓時(shí)，發(fā)現(xiàn)汽、勵(lì)端平衡表均沒有較明顯的變化，隨即對(duì)現(xiàn)場的平衡閥進(jìn)行了更換（美國進(jìn)口R-K公司生產(chǎn)的平衡閥），更換后汽勵(lì)端空氫側(cè)油壓仍是無法調(diào)整，所以初步判斷密封瓦內(nèi)部空、氫側(cè)油路已經(jīng)存在“貫通”的情況，造成空、氫側(cè)油壓相等，故在外部進(jìn)行油壓的調(diào)整已經(jīng)沒有明顯效果。

隨后對(duì)#1機(jī)組發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)端氫側(cè)密封油的進(jìn)油流量以及氫側(cè)密封油箱的補(bǔ)油流量進(jìn)行了測量，并于相同工況下氫氣純度正常的#2機(jī)組的流量進(jìn)行了對(duì)比，具體情況如表1所示。

對(duì)表1中#1、#2機(jī)組測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析可知，#1機(jī)組汽勵(lì)端的氫側(cè)供油量和回油箱的補(bǔ)油量遠(yuǎn)大于#2機(jī)組，空側(cè)向氫側(cè)回油箱補(bǔ)油量達(dá)到40 L/min，表明密封瓦處氫側(cè)油大量泄漏至空側(cè)，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣被帶入空側(cè)密封油，引起氫氣純度降低。

2.3 具體原因分析

從雙流環(huán)密封瓦結(jié)構(gòu)上分析（見圖1），空側(cè)密封油與氫側(cè)密封油之間的密封隔斷是通過氫側(cè)密封瓦與密封瓦支座之間的軸向間隙來保障的。若氫側(cè)密封瓦與密封瓦支座之間的軸向間隙過大（見圖2），則空、氫側(cè)的有效隔斷將會(huì)破壞，造成氫側(cè)密封油泄漏至空側(cè)，進(jìn)而影響發(fā)電機(jī)的氫氣純度。

3? 檢查分析及調(diào)整措施

3.1 檢查分析

根據(jù)上述的分析判斷，對(duì)#1機(jī)汽、勵(lì)端的密封瓦進(jìn)行了解體檢查，解體情況見圖3及表2。

通過對(duì)氫側(cè)密封瓦的各部位數(shù)據(jù)的分析，其中汽、勵(lì)端氫側(cè)密封瓦與支座的間隙d均有較大幅度的超標(biāo)現(xiàn)象（標(biāo)準(zhǔn)間隙為0.2～0.3 mm），表明密封瓦與支座之間密封失效，空、氫側(cè)密封油未有效隔斷，氫側(cè)密封油夾帶氫氣從密封瓦與支座間隙處泄漏至空側(cè)，造成發(fā)電機(jī)氫氣純度的降低。

3.2 調(diào)整措施及效果

針對(duì)氫側(cè)密封瓦與支座配合間隙超標(biāo)，氫側(cè)密封泄漏至空側(cè)引起氫氣純度下降的情況，在保證與空側(cè)密封瓦配合要求以及徑向配合要求的前提下，對(duì)氫側(cè)密封瓦的各項(xiàng)裝配間隙進(jìn)行了澆筑、配磨調(diào)整。調(diào)整后，密封瓦與支座配合間隙均符合設(shè)計(jì)要求，見表3。

密封瓦經(jīng)配磨、調(diào)整過后，機(jī)組運(yùn)行期間對(duì)對(duì)#1機(jī)組發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)端氫側(cè)密封油的進(jìn)油流量以及氫側(cè)密封油箱的補(bǔ)油流量再進(jìn)行了測量，氫側(cè)密封油流量及油箱的補(bǔ)油量均有明顯下降。同時(shí)發(fā)電機(jī)的氫氣純度有了明顯的好轉(zhuǎn)，由原來的96%提高至97%，排、補(bǔ)氫頻率也明顯減少，由原來的1～2天一次減少至每月2～3次，具體數(shù)據(jù)見表4。

4? 結(jié)語

對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組氫氣純度低的問題，特別是針對(duì)密封油系統(tǒng)來說，一般情況下都比較關(guān)注密封瓦的密封性能問題，即密封瓦與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的徑向配合間隙是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，杜絕氫氣沿發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向泄漏至密封瓦外部。

實(shí)際上，通過該文分析表明，對(duì)于雙流環(huán)形式的密封瓦，氫側(cè)密封瓦與支座之間的軸向間隙控制對(duì)保證發(fā)電機(jī)氫氣純度也至關(guān)重要。結(jié)合機(jī)組檢修，對(duì)可能存在的原因進(jìn)行了檢查與驗(yàn)證，并通過有效地調(diào)整措施，徹底處理了該問題，保證了機(jī)組的安全性與經(jīng)濟(jì)性，對(duì)同類型機(jī)組氫氣純度低的問題分析有較大的借鑒意義。

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