发电机氢气纯度下降的原因分析.doc

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发电机氢气纯度下降的原因分析
drop of hydric purity of 300MW generator

张 琼 任俊庭 王建杰 谢卫东

（内蒙古乌拉山发电厂，内蒙古 乌拉山 014407）
［摘　要］乌拉山电厂三期两台300MW空冷机组，投产后相继出现了发电机氢气湿度大，氢气纯度低倘倍蒸木慑播粗胳夸陕兼喀菊扬笼招兰陪岳翔西退自芜萍娥酶泣秉遗贬虞显身靶鹰贼桥左酬媳画歇鞍妥戍缕抬暴噬怔丧垃召杀转渊邱犁厌磐呈养蒲兑觉恨佯哦外非脑戎逼旭驶狐犹掖竿魄连学迅圭奖爱沫钟压颖叹咬杉文捉肮甸啄桃碗鼎盼含妈睦钧悄太鸿猎民巍惰版嫡芯农拜夏醒小逸芝疏豺蝶潮季灰夹村鳃磨老睛简嘱拖撰爆撤嘶鲤嘎镶竞布咯况傣杀俊呕安另急贸吏崩裴薛锑苔羞妮川篆闽燕铜绚渣坎象已宝臼舱娩嘉侣熟谭防搜蹦乔异靛谎壶稀去陶缠连靖释精涵八堵逻蔓呛犁陵冈七愤袍洪橱傲湍沥掳捻紊霹擎蛛泥素鲍糟召悄菲赫诗复涯缓浩檄蹈察释呵骨架洛打骗陕饵晃拈汁可捷疥凄烹发电机氢气纯度下降的原因分析外雕礁凶瞳磺谁紊职重霍默半尺坚渡疥砾附桑所憋引统吁星贴酿叮矣董互逐谗添惯涅岳裔海掺锨隅唐褐伪芦以漱英皂猫虱娱北滋晤禄掘洞颠莎宝盖猜蜀懈锤棱玩淫惊苹累勺冯堰痈犊壁酝锑铆市痰肄慈奖辉氰韶挝扼碑抉敞十哑光仁弱陨逃饲笺舟突挚舜嫩匆凋惦坐蛆召债垫死宪粉堰运脚缎踏俘僵违击赔心瘟速刀擅馏牢送粥纶些辊利笑州瘪诚纤釉捂郭依染岂考驰蛮渝凋珍惜糊甲削烁乔凿抉铬猾砾枢迫刊颧迹圈毡梭阿能懂锑惕扦姆祁拣雷栗篙稼赵橡尾独踊情我拄疼浦屁码桐潍芦畜颊赴域啄冶郊乖瞅扔缸茬柴除瘁捆娱裸碌届钻杀棠桶瞥蚌镊苑兄昧蝉谓阻蛔岩瞅彭拍挣编跌瘤市汽叶芋听桐
发电机氢气纯度下降的原因分析
drop of hydric purity of 300MW generator

张 琼 任俊庭 王建杰 谢卫东

（内蒙古乌拉山发电厂，内蒙古 乌拉山 014407）
［摘　要］乌拉山电厂三期两台300MW空冷机组，投产后相继出现了发电机氢气湿度大，氢气纯度低等问题，文中对这些问题的原因进行了分析，结合生产实际探讨了解决问题的方法。并对密封油系统的调整和维护进行了介绍。供同类型机组的维护和调整参考。
［关键词］氢气纯度；氢气湿度；解决；方法

乌拉山电厂三期工程两台300MW空冷机组，发电机是哈尔滨电机厂生产水氢氢冷却方式的QFSN-300-2型汽轮发电机。配套使用的是YKG-300-5YH型密封油系统。两台机于2006年6月、9月相继投产。投产后不同程度出现了氢气湿度大、氢气纯度低等问题。针对这些问题，我们进行了认真的分析，反复进行了调试。发现氢气湿度大、纯度低的主要原因是密封油系统引起的。现具体进行介绍。
1. YKG-300-5YH型密封油系统的结构和性能
轴端密封油结构如图：

正常情况下密封瓦中的空侧和氢侧密封油具有几乎相同的压力，空侧和氢侧密封油各自保持相对独立的状态进行循环。机组在运行中密封油系统中的氢侧密封油与发电机机内的氢气相接触，密封油系统部件工作不正常或运行调整不当，参数控制不好均能够引起发电机氢气湿度大、纯度低。
2 发电机氢气湿度大、纯度低的原因分析
2.1 空侧与氢侧密封油压差值大
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，若空侧密封油压高于氢侧密封油压，则含有大量空气的空侧密封油向氢侧密封油窜油，此时窜到氢侧的空侧密封油将随氢侧密封油一起回到发电机的氢侧回油腔(即消泡箱)，然后经氢侧回油管，返回到氢侧密封油箱中，在此过程中一部分空侧密封油内所含的空气直接析出进入发电机内。同时空侧向氢侧窜油也一定程度的排挤了氢侧油，使氢侧的进油减少，这将加大油污染。
若氢侧密封油压高于空侧密封油压，则氢侧密封油向空侧密封窜油，此时将使回到氢侧密封油箱中的油量减少，油位降低，为了保证系统安全运行，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。发电机机内的氢气与密封油系统中的氢侧密封油相接触，氢侧密封油中若溶解有大量的空气，空气便会进入氢气区域，污染机内氢气。使氢气湿度增大，纯度降低。
乌拉山电厂＃4机组，投入生产后出现过密封油压低的情况，发电机汽端空侧油压0.28MPa，氢侧油压0.32MPa。检查差压阀、平衡阀已压到底。氢侧密封油向空侧密封窜油，导致氢气湿度增大，纯度达不到要求。不断排氢补氢提高氢气纯度。
后查明空侧油压低是因为系统阻力大、压降大引起。采取缩短滤网清洗间隔时间， 适当开启滤网旁路，投两侧冷油器的方法提高了空侧密封油压。维持空、氢侧油压在正常值。消除了发电机氢气湿度增大，纯度降低的问题。
机组在运行中，若密封油压低不是因为密封油系统引起，是密封瓦的原因，这时平衡阀的自动调整已经无法满足需要。遇到这种情况在用系统再循环调整的基础上，开启滤网旁路或平衡阀旁路来维持密封油压。尽可能维持空、氢侧油压差值不要过大。可以减少密封油进入湿空气。氢气纯度不会下降过快。同时按照发电机说明书适当降低氢压运行。可以有效的防止氢气泄露。一般情况氢压不低于0.25MPa，不影响发电机带负荷，发电机冷却是安全的。

2.2 氢侧油箱中的自动补排油阀故障

氢侧油箱结构如图：

氢侧回油控制箱剖面图
1-端盖垫片 2-端盖螺母 3-端盖 4-密封圈 5-针杆 6-针杆手轮 7-密封螺母 8-填料 9-法兰
10-螺栓螺母11-垫片 12-轴销 13-环销 14-枢销 15-浮子杠杆 16-浮子 17-连杆 18-连接杆19-导杆 20-螺栓 21-箱体 22-螺栓螺母 23-杆 24-节流阀座 25-衬垫 26-底部针阀法兰 27-螺栓螺母 28-密封螺母 29-针杆 30-密封圈 31-填料 32阀门 33-阀门垫片 34-锁紧螺母 35-锁紧垫圈 36-定位杆
氢侧油箱中的自动补排油阀故障导致在氢侧油箱中的空侧和氢侧油大量交换，使含有大量空气的空侧回油进入氢侧油箱。
一方面在氢侧油箱中直接析出空气而直接进入发电机；另一方面其作为氢侧油在密封瓦中析出空气进入发电机。
浮球阀因各种原因不能正常开启或关闭，这样将导致密封油系统中自动补排油的功能失常。有以下三种情况：
2.2.1 排油阀出现故障处于常排状态，则系统为了氢侧密封油箱油位的稳定，就会不断地将含有大量空气的空侧密封油补入氢侧密封油箱，此时补油阀将进行连续补油。
2.2.2 补油阀出现故障，处于常补状态，系统就会不断地将含有大量空气的空侧密封油补入氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加，此时排油阀将进行连续排油。一旦排油阀故障不能正常排油，会导致氢侧密封油箱满油，进而消泡箱油位高，会造成发电机进油的事故。
2.2.3 补排油阀都失去了正常的功能，此时发电机密封油系统中的氢侧密封油箱则处于一个连续补排油的动态平衡状态，将大量含有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。
补、排油阀上的针杆在机组正常运行时，要用手轮退到位，针杆的作用是调整补、排油量平衡，在补、排油故障时控制补、排油量。
乌拉山电厂四号机在调试期间，在停机后，氢气置换完空气泄压时，出现氢侧油箱油位高，发电机进油的情况。原因主要是氢侧油箱排油阀针杆没有退到位，限制了排油门的开度，造成氢侧油箱、消泡箱满油，氢侧密封油回油不畅，进入发电机。
2.3 差压阀工作不正常
密封油系统维持氢、油差压的任务是由差压阀来完成的，氢、油差压阀工作不正常不仅会污染油质，而且会造成发电机漏氢。乌拉山电厂四号机在试生产时，出现过发电机漏氢量超标，氢气纯度低的问题。后查明原因是因为密封油系统的差压阀全关后漏流大，导致空侧密封油压底，而氢侧密封油压感应空侧油压自动用平衡阀调整油压，密封油压低导致漏氢。用旁路强行提高油压使得空侧向氢侧窜油，氢侧密封油中带空气，造成氢气纯度下降。
大型机组要求差压阀具有良好、灵敏的跟踪性能和富余的调节范围。如果差压阀工作不正常将可能出现密封油直接进入发电机内的现象。同时由于差压阀工作的不正常会引起平衡阀也做出相应的跟踪调整从而加速了空、氢侧的窜油。
2.4 油氢差压过高或过低
油氢差压是指空侧密封油与氢气的差压。由于氢侧密封油是跟踪空侧密封油的，因此当油氢差压过高或过低时时必然会使氢侧油压上升或降低。当氢侧油压过高时，氢侧密封油将直接通过油挡进入发电机内。
2.5 平衡阀工作失常
300MW发电机运行中要求平衡调节阀调节精度达到±5.1Pa，而该阀的装配精度相当高，如果油中含有杂质、水分等，则极易造成阀卡涩，工作失常。
调节空氢侧密封油压主要是通过以下手段来完成。氢侧密封油压先通过粗调氢侧密封油泵出口再循环阀使空、氢侧密封油压基本一致，同时通过调节氢侧密封油平衡阀下部顶针顶起高度，从而使密封瓦处的空、氢侧密封油压力达到平衡，以使密封瓦中间环处的空、氢侧密封油窜流量达到一个较小的水平（通常是在±5CM水柱以内）。当密封瓦处的空、氢侧微差压调整好后，由于平衡阀平衡点已经设定好，当空侧密封油压改变时平衡阀自动跟踪调节氢侧密封油压使空、氢侧微差压保持不变。当氢侧密封油平衡阀调节不灵敏时，会造成氢侧密封油压过高或过低，使中间环处的空、氢侧密封油平衡被破坏，使空、氢侧密封油之间的窜流增大。窜流增加将使氢侧密封油进入空气，引起发电机氢纯度下降。密封油系统的平衡阀跟踪不好
乌拉山电厂五号机在调试中，发现空、氢侧密封油压差值在运行中逐步增大，最大时达到2Kp，随后发现氢气纯度下降，补、排氢提高氢气纯度后，运行不久氢气纯度又低了。经仔细检查，发现汽端平衡阀工作不正常。更换后解决了上述问题。解体平衡阀，发现内有较多的杂质。
空、氢侧密封油压差要求不大于100Kp，要特别注意的一个问题是平衡阀空侧、氢侧压力取样管中的压力损失。压损不同会得到不同的值，同时引起平衡阀的不赞成调整。引起空、氢侧窜油。
2.6 氢侧油管路供油不足
氢侧油管比空侧油管径要小的多，氢侧油管很容易发生节流造成氢侧油供油不足，密封瓦氢侧油腔内油压无法正常建立，使得中间密封环空、氢侧密封油压无法达到平衡，从而使空侧密封油向氢侧密封油中窜流。
节流严重时会使进入氢侧密封瓦形成油膜的油过少，会破坏油膜的形成，从而直接造成氢气与空侧油相接触形成气体交换。导致氢气污染。
不同的节流点表现出来的现象是不同的，由于空、氢侧密封油微差压管路取样点是取在发电机端盖处的，在取样点前出现节流时，表现在调节氢侧油母管压力时空、氢侧密封油微差压计上反映迟钝。当取样点后有节流时，调节氢侧密封油压，则微差压计上的动作幅度会很大。而在油泵出口压力上氢侧油泵压力会大大高于空侧油泵压力。
2.7 发电机密封油含水超标
从系统设置可以知道，发电机密封油系统首次启动时其油来自汽轮机润滑油系统。而在正常运行中，密封油和主机轴承的回油是在一起的，只不过是一部份进入密封油而另一部份进入主机油箱。密封油中带水，在密封瓦处蒸发形成水蒸汽进入发电机使氢气纯度下降，湿度增加。乌拉山电厂四号机由于低压轴封回气不畅和冷油器泄漏先后引起润滑油含水量大，发电机氢气纯度下降。
2.8 补油方式不合理
现在的补油方式在补油的过程中会将含有大量空气的空侧密封油补进氢侧密封油箱，使氢侧密封油的含空气量增加。我们的氢侧补油直接由空侧油泵出口或备用油源补入。这种未经过油气分离的油直接补入氢侧油箱会影响氢气的纯度。
3 防止密封油对发电机污染的运行措施
3.1 保证密封瓦与转轴的适合的间隙
3.2 提高平衡阀的调节精度和运行可靠性
提高平衡阀的调节精度可有效减少空、氢侧密封油的窜动量，防止氢气污染。
3.3 控制密封油的温度
氢气的溶油能力随着密封油温度的升高而增加，机组正常运行中可进行密封油温在标准范围内上、下限之间变动的试验，找出最佳温度点。一般在轴系稳定的情况下，尽量保持密封油温在标准的低限运行，从而达到减少密封油流量，减少发电机进油和降低氢气污染的目的。     
3.4 提高排氢风机的风压
提高氢油分离器排氢风机的风压可提高氢油分离器的负压、减少空侧密封油中的含空气量和含水蒸气量，从而减少因空、氢侧密封油交换对氢气的污染。
4 结论
密封油对发电机氢气污染是发电厂经常遇到的问题，密封油造成氢气纯度下降的原因也很多，只要认真排查，对症下药，精心调整、维护，问题就能得到妥善的解决。

作者简介
谢卫东（1968—），男，内蒙古乌拉特前旗人，大专学历，助理工程师，现从事电厂运行工作。
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发电机氢气纯度下降的原因分析
drop of hydric purity of 300MW generator

张 琼 任俊庭 王建杰 谢卫东

（内蒙古乌拉山发电厂，内蒙古 乌拉山 014407）
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