300MW 發(fā)電機氫純度下降異常原因分析

某發(fā)電有限公司4×300MW 機組采用國產引進機組，配備QFSN-300-2 型汽輪發(fā)電機，發(fā)電機采用氫冷卻方式，雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)。4 臺機組自投產以來均不同程度地出現(xiàn)發(fā)電機氫純度下降問題。通過對現(xiàn)場密封油系統(tǒng)進行檢查、調節(jié)、觀察、摸索和了解，發(fā)現(xiàn)缺陷及時消除，使氫純度下降速度控制在正常及較好的水平，延長了排補氫周期，降低了耗氫量。

1. 密封瓦工作原理

發(fā)電機雙流環(huán)式密封瓦結構如圖1 所示，空側密封油來自發(fā)電機各軸承潤滑油回油，氫側密封油系統(tǒng)有1 個單獨的油箱，其油箱補油來自空氣側，空、氫側各有一路油源進入發(fā)電機雙流環(huán)式密封瓦，其密封瓦有2 塊環(huán)形密封瓦2 組成，運轉時在轉軸與密封瓦2 之間形成一層圓筒形油膜。圖1 中空、氫側各有1 股油進入2 個油室，即氫側油室與空側油室。氫側油從垂直油道進入油膜間隙，從右側10 出油；空側油從斜向油道進入油膜間隙，并從左側7 出油，2 股油流各成獨立的循環(huán)系統(tǒng)，2 股油流的油壓由差壓閥，平衡閥控制，當2 股油壓平衡時，油流在密封瓦中間區(qū)段處就沒有串流現(xiàn)象，同時油壓大于氫壓，從而防止了氫氣從發(fā)電機漏出。

2. 氫純度下降異常原因分析

（1）密封油系統(tǒng)對氫純度的影響

空、氫側密封油是 2 個相對獨立的油系統(tǒng)，空側主差壓閥控制油壓高于機內氫壓0.084 MPa，氫側平衡閥控制空、氫側平衡油壓差＋490Pa，從理論上講，若運行中空、氫側2個油路中的供油油壓在密封瓦處恰好相等，空、氫側油就不會在2 條配油槽之間的間隙中竄流。氫側密封油箱油位正常（0mm），發(fā)電機內部無其他雜氣產生，氫純度將不會變化的，但實際上，機組運行中，由于發(fā)電機轉子與密封瓦的間隙是不斷變化的，故空、氫側密封油壓做不到絕對平衡，空、氫側仍有少量的油相互竄流，盡管少量的油量相互竄流而被帶進發(fā)電機內的空氣會逐漸緩慢降低氫純度，但在密封油系統(tǒng)運行出現(xiàn)異常情況下，會使氫純度下降速度明顯加快。

（2）補油對氫純度的影響

根據(jù)亨利定律。該定律反映了氣體的溶解和離析的規(guī)律，其公式：b=KPb/Po

式中：

b－單位體積溶液中溶解氣體的量， mg/L；

K－該氣體的溶解度系數(shù)， mg/L；

Po－物理大氣壓， kPa；

Pb－平衡壓力， kPa。

當氫側密封油箱在正常油位 0mm 時，其油面的氫壓力P 將大于油中溶解氣體所對應平衡應力Pb，從而產生使氣體質量遷移（溶解和離析）的不平衡壓差△P＝P-Pb時，△P＞0，油中氫氣體b 增加，反之油中b 減小，因此，當氫側密封油箱油位下降，氫側密封油箱補油閥動作時，空測密封油進入氫側密封油箱，此時，將原有的平衡狀態(tài)破壞，△P＜0，油面內含有的大量空氣和水分自油中離析出來，造成氫氣體中空氣和水分含量增加，氫純度下降，特別是氫側密封油箱補油閥頻繁動作或關不嚴時，氫純度下降速度明顯增快。如對發(fā)電機密封油系統(tǒng)進行檢查時，發(fā)現(xiàn)6 號發(fā)電機氫側密封油箱油位在160mm時，浮球自動補油閥關不嚴，仍不斷的補油，而8號發(fā)電機機氫側密封油箱油位110～120mm 時，補油閥始終保持在開啟位，造成6 號、8號發(fā)電機須隔2～3天不等進行“排補氫”1 次，甚至1天也要“排補氫”1 次，每次排補氫量為45～63m3，氫純度也僅能維持在96％合格內，含氧量在1％～1.2％之間，圖2所示為6 號發(fā)電機“排補氫”時氫壓、氫純度變化曲線。

（3）差壓閥、平衡閥對氫純度的影響

空氣側密封油油路中的交流油泵，從空氣測回油箱取得油源，把一部分油經油冷卻器、濾油器進入密封瓦的空氣側，另一部分油經過主差壓閥流回到油泵的進油側。通過主差壓閥將密封瓦處的空氣側密封油油壓始終保持在高出發(fā)電機機內氫壓0.084MPa 的水平上。氫側密封油油路中的交流油泵，從氫側回油箱取得油源，把一部分油經油冷卻器、濾油器、平衡閥進入密封瓦的氫側，在油泵旁裝有再循環(huán)閥對氫側油壓進行粗調，氫側油路的油壓則通過平衡閥進行細調，并使之自動跟蹤空側油壓，控制空、氫側油壓差在＋490Pa（＋5cmH2O），以達到基本相等的水平。而在實際運行中，由于密封瓦間隙過大、閥門內漏、管道布置不當造成流體阻力壓降不等，密封瓦間隙過大、氫壓變化過快、造成差壓閥、平衡閥現(xiàn)調節(jié)跟蹤困難，使差壓閥，平衡閥差壓超出規(guī)定值很多，造成空、氫側有較多的油量在密封瓦處相互竄流，而被帶進發(fā)電機內的空氣（若油中含有水分時）增加，使氫純度下降、濕度上升，如對6 號發(fā)電機密封油空、氫側平衡油壓、油氫差壓等進行調整時，主差壓閥出現(xiàn)異常頻繁波動，經檢查發(fā)現(xiàn)密封油備用差壓閥卻在投運狀態(tài)，因主差壓閥正常運行時，備用差壓閥應在關閉狀態(tài)。3. 密封油系的調整針對 6 號、8 號發(fā)電機密封油系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，通過手動強制關閉6 號發(fā)電機氫側密封油箱浮球自動補油閥，并調整備用差壓閥使其主差壓閥投運時，備用差壓閥在關閉狀態(tài)，對8 號發(fā)電機氫側密封油箱進行手動強制補油，維持其油位150～180mm,使得自動補油閥在關閉狀態(tài)，結果使氫純度下降速度明顯緩慢且純度提高至97.2％以上，含氧量在0.6％以下，排補氫次數(shù)周期延長到每月3～4 次，如圖3 所示，6號發(fā)電機“排補氫”時氫壓、氫純度變化曲線。

4. 結論及建議

根據(jù)診斷，6 號、8 號氫側密封油箱自動補油閥行程未調到位，補油閥關不嚴，8 號發(fā)電機在做風壓試驗時，發(fā)現(xiàn)補油閥卡澀等諸如此類問題，均會影響發(fā)電機氫氣純度下降速度的變化。另外，由于安裝及運行中發(fā)電機軸振動大等多種因素的影響，造成密封瓦間隙過大，導致空、氫兩側相互竄油量大，同樣會影響機組氫氣純度。因此，為解決氫氣純度下降所產生的問題，可采取以下措施：

（1）消除不利因素，防止密封瓦間隙過大。

（2）保證透平油的品質，提高平衡閥、差壓閥的控制精度，防止密封瓦及軸頸的磨損，小修時對差壓閥、平衡閥、補排油閥進行檢查，防止出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。通過6號、8 號發(fā)電機密封油系統(tǒng)出現(xiàn)的問題對影響發(fā)電機氫氣純度下降的原因分析雖然有多種，但空、氫側密封油系統(tǒng)運行是否正常，是直接影響發(fā)電機氫氣純度的根本原因，故在實際運行中要及時檢查分析系統(tǒng)運行情況，及時發(fā)現(xiàn)采取措施，消除缺陷，保證機組運行安全可靠。

注：《電力安全生產信息》2015年第11期，甘肅院

與君共勉：心地干凈，方可讀書學古。不然，見一善行，竊以濟私，聞一善言，假以覆短，是又藉