關(guān)于我廠發(fā)電機(jī)氫氣純度下降的原因分析

1、發(fā)電機(jī)氫氣純度下降的原因分析內(nèi)蒙古磴口金牛煤電有限公司 張鵬摘要我廠兩臺350空冷機(jī)組，#2機(jī)在C級檢修后于2013年5月2日正常啟動，啟動后出現(xiàn)正常運(yùn)行氫氣純度降低較快的問題，文中對這個問題的原因進(jìn)行了分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際探討了解決問題的方法。并對密封油系統(tǒng)的調(diào)整和維護(hù)進(jìn)行了介紹。我廠兩臺350MW空冷機(jī)組，發(fā)電機(jī)是哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)水氫氫冷卻方式的QFSN-350-2型汽輪發(fā)電機(jī)，即定子繞組為水冷卻，轉(zhuǎn)子繞組為氫氣內(nèi)部冷卻，鐵芯為氫氣冷卻。配套使用的是YKG-350-5YH型密封油系統(tǒng)。一、YKG-350-5YH型密封油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能軸端密封油結(jié)構(gòu)如圖本系統(tǒng)為集裝式，與發(fā)電機(jī)的雙流環(huán)式軸封(

2、密封瓦)裝置相對應(yīng)。汽輪發(fā)電機(jī)密封瓦內(nèi)有兩個環(huán)形供油槽，從供油槽出來的油仍分成兩路沿著軸向通過密封瓦內(nèi)環(huán)和軸之間的徑向間隙流出，其油壓高于發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣壓力，從而防止氫氣從發(fā)電機(jī)漏出。在密封瓦內(nèi)設(shè)有兩個供油槽，形成獨(dú)立的氫側(cè)和空側(cè)的密封油系統(tǒng)。當(dāng)這兩個系統(tǒng)中的供油壓力平衡時，油流將不在兩個供油槽之間的空隙中串動。密封油系統(tǒng)的氫側(cè)供油將沿著軸朝發(fā)電機(jī)一側(cè)流動，而密封油系統(tǒng)的空側(cè)供油將沿著軸朝外軸承一側(cè)流動。由于這兩個系統(tǒng)之間的壓力平衡，油流在這兩條供油槽之間的空間內(nèi)將保持相對靜止。由于正常情況下密封瓦中的空側(cè)和氫側(cè)密封油具有幾乎相同的壓力，空側(cè)和氫側(cè)密封油各自保持相對獨(dú)立的狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)。機(jī)組在運(yùn)

3、行中密封油系統(tǒng)中的氫側(cè)密封油與發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)的氫氣相接觸，密封油系統(tǒng)部件工作不正?；蜻\(yùn)行調(diào)整不當(dāng)，參數(shù)控制不好均能夠引起發(fā)電機(jī)氫氣純度低。二、發(fā)電機(jī)氫氣純度降低的原因分析1、空側(cè)與氫側(cè)密封油壓差值大發(fā)電機(jī)空側(cè)與氫側(cè)密封油在密封瓦中的壓力不平衡，會引起油流竄動，若空側(cè)密封油壓高于氫側(cè)密封油壓，則含有大量空氣的空側(cè)密封油向氫側(cè)密封油竄油，此時竄到氫側(cè)的空側(cè)密封油將隨氫側(cè)密封油一起回到發(fā)電機(jī)的氫側(cè)回油腔(即消泡箱)，然后經(jīng)氫側(cè)回油管，返回到氫側(cè)密封油箱中，在此過程中一部分空側(cè)密封油內(nèi)所含的空氣直接析出進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)。同時空側(cè)向氫側(cè)竄油也一定程度的排擠了氫側(cè)油，使氫側(cè)的進(jìn)油減少，這將加大油污染。若氫側(cè)密封油

4、壓高于空側(cè)密封油壓，則氫側(cè)密封油向空側(cè)密封竄油，此時將使回到氫側(cè)密封油箱中的油量減少，油位降低，為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，將自動向氫側(cè)密封油箱中補(bǔ)油。這樣就將含有大量空氣的空側(cè)密封油補(bǔ)進(jìn)了氫側(cè)密封油箱，使氫側(cè)密封油中的空氣含量增加。發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)的氫氣與密封油系統(tǒng)中的氫側(cè)密封油相接觸，氫側(cè)密封油中若溶解有大量的空氣，空氣便會進(jìn)入氫氣區(qū)域，污染機(jī)內(nèi)氫氣。使氫氣濕度增大，純度降低。調(diào)整前，空側(cè)密封油泵出口壓力0.57MPa，氫側(cè)密封油泵出口壓力0.83MPa，通過調(diào)節(jié)空側(cè)密封油泵出口再循環(huán)閥和氫側(cè)密封油泵出口再循環(huán)閥保持空側(cè)密封油泵出口壓力0.55MPa，氫側(cè)密封油泵出口壓力0.57MPa，這時油氫差壓漲

5、到75KPa，氫側(cè)密封油箱油260mm。為了判斷是否有氫側(cè)密封油往空側(cè)串，緩慢關(guān)閉氫側(cè)密封油箱補(bǔ)油手動門，這時氫側(cè)密封油箱油位急劇下降，說明氫側(cè)密封油箱一直處于補(bǔ)油狀態(tài)，通過綜合分析系統(tǒng)，判斷可能由于氫側(cè)密封油泵出口的排油手動門沒關(guān)嚴(yán)導(dǎo)致，就地手動關(guān)閉，門并未動，且泵出口壓力沒有明顯變化，為了確定是否關(guān)嚴(yán)，就地手動開啟氫側(cè)密封油泵出口的排油手動門沖刷了一下，然后關(guān)閉，氫側(cè)密封油泵出口壓力由開門前的0.57 MPa上漲到0.81MPa，立即調(diào)整氫側(cè)密封油泵再循環(huán)，維持氫側(cè)密封油泵出口壓力0.57MPa，就地平衡表穩(wěn)定后，油氫差壓上漲到82KPa，就地平衡表有偏向。微調(diào)空側(cè)密封油泵出口再循環(huán)閥后，

6、就地平衡表指示0位附近，這時油氫差壓86.5KPa，油位250mm，觀察一段時間后，就地平衡表及氫側(cè)密封油箱油位指示穩(wěn)定，DCS氫油差壓86.51KPa波動。機(jī)組參數(shù)調(diào)整前調(diào)整后機(jī)組負(fù)荷310MW310MW氫側(cè)密封油箱油位190mm250mm平衡表指示位置左側(cè)向右偏10，右側(cè)向左偏20左側(cè)向右偏7，右側(cè)向左偏12空側(cè)密封油泵出口壓力0.57MPa0.55MPa氫側(cè)密封油泵出口壓力0.83MPa0.57MPa發(fā)電機(jī)氫側(cè)密封油冷卻器出口溫度3535發(fā)電機(jī)空側(cè)密封油冷卻器出口溫度3535發(fā)電機(jī)勵端氫側(cè)回油溫度55.2752.6發(fā)電機(jī)汽端氫側(cè)回油溫度52.6649.45發(fā)電機(jī)氫氣壓力0.299MPa0

7、.299MPa發(fā)電機(jī)氫氣純度95.96%95.96%氫油差壓49KPa87KPa2、氫側(cè)油箱中的自動補(bǔ)排油閥故障氫側(cè)回油控制箱剖面圖1-端蓋墊片 2-端蓋螺母 3-端蓋 4-密封圈 5-針桿 6-針桿手輪 7-密封螺母 8-填料 9-法蘭 10-螺栓螺母11-墊片 12-軸銷 13-環(huán)銷 14-樞銷 15-浮子杠桿 16-浮子 17-連桿 18-連接桿19-導(dǎo)桿 20-螺栓 21-箱體 22-螺栓螺母 23-桿 24-節(jié)流閥座 25-襯墊 26-底部針閥法蘭 27-螺栓螺母 28-密封螺母 29-針桿 30-密封圈 31-填料 32-閥門 33-閥門墊片 34-鎖緊螺母 35-鎖緊墊圈 36-

8、定位桿氫側(cè)油箱中的自動補(bǔ)排油閥故障導(dǎo)致在氫側(cè)油箱中的空側(cè)和氫側(cè)油大量交換，使含有大量空氣的空側(cè)回油進(jìn)入氫側(cè)油箱。一方面在氫側(cè)油箱中直接析出空氣而直接進(jìn)入發(fā)電機(jī)；另一方面其作為氫側(cè)油在密封瓦中析出空氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)。浮球閥因各種原因不能正常開啟或關(guān)閉，這樣將導(dǎo)致密封油系統(tǒng)中自動補(bǔ)排油的功能失常。有以下三種情況：1）排油閥出現(xiàn)故障處于常排狀態(tài)，則系統(tǒng)為了氫側(cè)密封油箱油位的穩(wěn)定，就會不斷地將含有大量空氣的空側(cè)密封油補(bǔ)入氫側(cè)密封油箱，此時補(bǔ)油閥將進(jìn)行連續(xù)補(bǔ)油。2）補(bǔ)油閥出現(xiàn)故障，處于常補(bǔ)狀態(tài)，系統(tǒng)就會不斷地將含有大量空氣的空側(cè)密封油補(bǔ)入氫側(cè)密封油箱，使氫側(cè)密封油中的空氣含量增加，此時排油閥將進(jìn)行連續(xù)排油。

9、一旦排油閥故障不能正常排油，會導(dǎo)致氫側(cè)密封油箱滿油，進(jìn)而消泡箱油位高，會造成發(fā)電機(jī)進(jìn)油的事故。3）補(bǔ)排油閥都失去了正常的功能，此時發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)中的氫側(cè)密封油箱則處于一個連續(xù)補(bǔ)排油的動態(tài)平衡狀態(tài)，將大量含有空氣的空側(cè)密封油補(bǔ)進(jìn)了氫側(cè)密封油箱，使氫側(cè)密封油中的空氣含量增加。補(bǔ)、排油閥上的針桿在機(jī)組正常運(yùn)行時，要用手輪退到位，針桿的作用是調(diào)整補(bǔ)、排油量平衡，在補(bǔ)、排油故障時控制補(bǔ)、排油量。為了排查是否由于自動補(bǔ)排油閥故障導(dǎo)致在氫側(cè)油箱中的空側(cè)和氫側(cè)油大量交換，就地手動緩慢關(guān)閉排油手動門，觀察氫側(cè)密封油箱油位并無變化，所以不是排油閥處于常排狀態(tài)，就地手動緩慢關(guān)閉補(bǔ)油手動門，觀察氫側(cè)密封油箱油位也無

10、變化，所以不是補(bǔ)油閥處于常補(bǔ)狀態(tài)。3、差壓閥工作不正常密封油系統(tǒng)維持氫、油差壓的任務(wù)是由差壓閥來完成的，氫、油差壓閥工作不正常不僅會污染油質(zhì)，而且會造成發(fā)電機(jī)漏氫。比如因為密封油系統(tǒng)的差壓閥全關(guān)后漏流大，導(dǎo)致空側(cè)密封油壓低，而氫側(cè)密封油壓感應(yīng)空側(cè)油壓自動用平衡閥調(diào)整油壓，密封油壓低導(dǎo)致漏氫。用旁路強(qiáng)行提高油壓使得空側(cè)向氫側(cè)竄油，氫側(cè)密封油中帶空氣，造成氫氣純度下降。大型機(jī)組要求差壓閥具有良好、靈敏的跟蹤性能和富余的調(diào)節(jié)范圍。如果差壓閥工作不正常將可能出現(xiàn)密封油直接進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)的現(xiàn)象。同時由于差壓閥工作的不正常會引起平衡閥也做出相應(yīng)的跟蹤調(diào)整從而加速了空、氫側(cè)的竄油。調(diào)整氫側(cè)密封油泵和空側(cè)密封油

11、泵再循環(huán)門時，氫側(cè)差壓閥動作沒有空側(cè)差壓閥靈敏，氫側(cè)差壓閥跟蹤緩慢，不能及時跟蹤氫氣壓力，有卡澀現(xiàn)象，導(dǎo)致氫油差壓不能維持穩(wěn)定，在補(bǔ)排氫操作時，差壓波動大，排氫前的壓力與補(bǔ)氫后的壓力不一致，差壓就不會維持原有氫油差壓。4、油氫差壓過高或過低油氫差壓是指空側(cè)密封油與氫氣的差壓。由于氫側(cè)密封油是跟蹤空側(cè)密封油的，因此當(dāng)油氫差壓過高或過低時時必然會使氫側(cè)油壓上升或降低。當(dāng)氫側(cè)油壓過高時，氫側(cè)密封油將直接通過油擋進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)。 調(diào)整前油氫差壓50KPa調(diào)整后維持油氫差壓87KPa。5、平衡閥工作失常350MW發(fā)電機(jī)運(yùn)行中要求平衡調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)精度達(dá)到5.1Pa，而該閥的裝配精度相當(dāng)高，如果油中含有雜質(zhì)、水

12、分等，則極易造成閥卡澀，工作失常。調(diào)節(jié)空、氫側(cè)密封油壓主要是通過以下手段來完成。氫側(cè)密封油壓先通過粗調(diào)氫側(cè)密封油泵出口再循環(huán)閥使空、氫側(cè)密封油壓基本一致，同時通過調(diào)節(jié)氫側(cè)密封油平衡閥下部頂針頂起高度，從而使密封瓦處的空、氫側(cè)密封油壓力達(dá)到平衡，以使密封瓦中間環(huán)處的空、氫側(cè)密封油竄流量達(dá)到一個較小的水平（通常是在5CM水柱以內(nèi)）。當(dāng)密封瓦處的空、氫側(cè)微差壓調(diào)整好后，由于平衡閥平衡點(diǎn)已經(jīng)設(shè)定好，當(dāng)空側(cè)密封油壓改變時平衡閥自動跟蹤調(diào)節(jié)氫側(cè)密封油壓使空、氫側(cè)微差壓保持不變。當(dāng)氫側(cè)密封油平衡閥調(diào)節(jié)不靈敏時，會造成氫側(cè)密封油壓過高或過低，使中間環(huán)處的空、氫側(cè)密封油平衡被破壞，使空、氫側(cè)密封油之間的竄流增大

13、。竄流增加將使氫側(cè)密封油進(jìn)入空氣，引起發(fā)電機(jī)氫純度下降。密封油系統(tǒng)的平衡閥跟蹤不好空、氫側(cè)密封油壓差要求不大于100Kp，要特別注意的一個問題是平衡閥空側(cè)、氫側(cè)壓力取樣管中的壓力損失。壓損不同會得到不同的值，同時引起平衡閥的不贊成調(diào)整。引起空、氫側(cè)竄油。就地兩側(cè)平衡表顯示并不是同時指示0位，向相反方向偏移，說明兩側(cè)平衡閥并不能同步工作，未能找到解決辦法。6、氫側(cè)油管路供油不足氫側(cè)油管比空側(cè)油管徑要小的多，氫側(cè)油管很容易發(fā)生節(jié)流造成氫側(cè)油供油不足，密封瓦氫側(cè)油腔內(nèi)油壓無法正常建立，使得中間密封環(huán)空、氫側(cè)密封油壓無法達(dá)到平衡，從而使空側(cè)密封油向氫側(cè)密封油中竄流。節(jié)流嚴(yán)重時會使進(jìn)入氫側(cè)密封瓦形成油膜

14、的油過少，會破壞油膜的形成，從而直接造成氫氣與空側(cè)油相接觸形成氣體交換。導(dǎo)致氫氣污染。不同的節(jié)流點(diǎn)表現(xiàn)出來的現(xiàn)象是不同的，由于空、氫側(cè)密封油微差壓管路取樣點(diǎn)是取在發(fā)電機(jī)端蓋處的，在取樣點(diǎn)前出現(xiàn)節(jié)流時，表現(xiàn)在調(diào)節(jié)氫側(cè)油母管壓力時空、氫側(cè)密封油微差壓計上反映遲鈍。當(dāng)取樣點(diǎn)后有節(jié)流時，調(diào)節(jié)氫側(cè)密封油壓，則微差壓計上的動作幅度會很大。而在油泵出口壓力上氫側(cè)油泵壓力會大大高于空側(cè)油泵壓力。就地觀察，并未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。7、發(fā)電機(jī)密封油含水超標(biāo)從系統(tǒng)設(shè)置可以知道，發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)首次啟動時其油來自汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)。而在正常運(yùn)行中，密封油和主機(jī)軸承的回油是在一起的，只不過是一部份進(jìn)入密封油而另一部份進(jìn)入主機(jī)油箱

15、。密封油中帶水，在密封瓦處蒸發(fā)形成水蒸汽進(jìn)入發(fā)電機(jī)使氫氣純度下降，濕度增加。軸封回汽不暢 、軸封供汽壓力太高和冷油器泄漏都有可能引起潤滑油含水量大，發(fā)電機(jī)氫氣純度下降。經(jīng)過排查，軸封回汽順暢 、軸封供汽壓力正常，就地軸封無冒汽，冷油器無泄漏，大班化驗的定期油質(zhì)化驗合格。8、二氧化碳置換氫氣時未排死角二氧化碳置換氫氣時，未能有效排除死角的二氧化碳，啟動初期，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速3000，氣體混合，二氧化碳影響氫氣純度。置換時已排死角，且機(jī)組運(yùn)行時間13天，二氧化碳?xì)怏w早已排凈，排除這個原因。三、防止密封油對發(fā)電機(jī)污染的運(yùn)行措施1、 保證密封瓦與轉(zhuǎn)軸的適合的間隙2、 提高平衡閥的調(diào)節(jié)精度和運(yùn)行可靠性，提高平

16、衡閥的調(diào)節(jié)精度可有效減少空、氫側(cè)密封油的竄動量，防止氫氣污染。3、 控制密封油的溫度氫氣的溶油能力隨著密封油溫度的升高而增加，機(jī)組正常運(yùn)行中可進(jìn)行密封油溫在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)上、下限之間變動的試驗，找出最佳溫度點(diǎn)。一般在軸系穩(wěn)定的情況下，盡量保持密封油溫在標(biāo)準(zhǔn)的低限運(yùn)行（3550），從而達(dá)到減少密封油流量，減少發(fā)電機(jī)進(jìn)油和降低氫氣污染的目的。4、提高排氫風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓 提高氫油分離器排氫風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓可提高氫油分離器的負(fù)壓、減少空側(cè)密封油中的含空氣量和含水蒸氣量，從而減少因空、氫側(cè)密封油交換對氫氣的污染。四、結(jié)論調(diào)整前，每天需要提純35次，氫氣溫度按44.5計算，每天排氫氣40m左右。日期時間氫氣純度（%）是

17、否提純提純排掉的發(fā)電機(jī)內(nèi)不合格氫氣（m）2013.05.0600:0096.1721.5608:0096.0213:4595.8114:50提純到96.03%提純壓力變化0.2900.2800.2960.2850.29520:3095.9321:00提純到96.03%提純壓力變化0.2960.2850.2982013.05.0706：0095.7107:00提純到95.92%提純壓力變化0.2960.2820.2920.2820.29539.7514：1595.8215:00提純到96.03%提純壓力變化0.2920.2800.3010.2850.29022：0095.7323:00提純到95

18、.91%提純壓力變化0.2880.2810.2962013.05.0806:0095.8107:00提純到96.02%提純壓力變化0.2930.2810.2960.2840.29534.3511:3095.9111:50提純到96.02%提純壓力變化0.2960.2780.29715:0095.8515：30提純到96.02%提純壓力變化0.2980.2820.29822:0095.9122：30提純到96.02%提純壓力變化0.2960.2850.32013.05.0907:0095.8107：10提純到95.93%提純壓力變化0.2970.2810.29843.10814:4095.811

19、5:00提純到96.11%提純壓力變化0.2960.2790.2960.2780.29823:0095.9123:20提純到96.01%提純壓力變化0.2960.2830.2962013.05.1006:3095.8107:00提純到95.93%提純壓力變化0.2940.2800.29649.1615:0095.7115:30提純到96.03%提純壓力變化0.2950.2760.2980.2850.29522:4095.8223:00提純到96.03%提純壓力變化0.2940.2780.2940.2830.2942013.05.1106:3095.9307:00提純到96.03%提純壓力變化0

20、.2930.2820.29642.4315:0095.8315:20提純到96.04%提純壓力變化0.2940.2710.29622:3095.8423:00提純到96.04%提純壓力變化0.2940.2800.2950.2800.2942013.05.1206:3095.9307:00提純到96.04%提純壓力變化0.2930.2820.29340.4114:5095.7315:10提純到95.94%提純壓力變化0.2900.2730.29822:3095.7323:00提純到96.04%提純壓力變化0.2940.2750.2940.2790.2942013.05.1305：4095.830

21、6:20提純到95.96%提純壓力變化0.2910.2800.29239.7515:1095.7215:30提純到96.03%提純壓力變化0.2900.2770.3020.29523:0095.8323:20提純到96.03%提純壓力變化0.2920.2700.2990.2942013.05.1407.0095.9307:00提純到96.13%提純壓力變化0.2940.2790.2950.2780.29021.5514:4095.9115:00提純到95.96%提純壓力變化0.2890.29923:0095.964.042013.05.1507：0095.9615:4095:9115:50提純到95.96%提純壓力變化0.2940.2780.294由上表可以看出， 每天由于提純需要排掉大量的發(fā)電機(jī)內(nèi)純度不合格氫氣，補(bǔ)充合格的氫氣。2013.05.14 16：00點(diǎn)接班后進(jìn)行了調(diào)整，到2013.05.15 15：40，氫氣純度由95.96%下降到95.91%，24小時內(nèi)氫氣純度下降0.05%，極大的降低了氫氣純度下降速度，節(jié)省了大量的氫氣，同時也減少