十里泉發(fā)電廠#7機(jī)組發(fā)電機(jī)氫氣純度異常下降的分析與處理措施

摘 要：十里泉發(fā)電廠#7機(jī)組在2016年4月份出現(xiàn)氫氣純度下降較快，靠頻繁不清置換維持機(jī)組運(yùn)行的異常情況，通過趨勢(shì)分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終判斷為密封瓦及補(bǔ)、排油閥異常所致，并制定現(xiàn)場(chǎng)措施，解決了發(fā)電機(jī)氫氣純度下降速度快的問題，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：氫冷發(fā)電機(jī)組；氫氣純度；異常下降；分析處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.191

目前，大型發(fā)電機(jī)多采用氫氣冷卻方式。但是發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)本身也有缺點(diǎn)，比較典型的也是最為突出的問題就是易造成氫氣的純度異常下降。如果發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度長期處在不合格狀態(tài)，易造成氫氣冷卻效率下降，繼而造成發(fā)電機(jī)內(nèi)個(gè)別部件產(chǎn)生局部過熱，而且過熱產(chǎn)生的有害氣體還會(huì)繼續(xù)造成發(fā)電機(jī)內(nèi)絕緣老化、鐵芯及其金屬部件腐蝕，直接影響發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。若氫氣純度過低，甚至還會(huì)引起爆炸事故。另外查閱美國GE公司介紹，一臺(tái)運(yùn)行氫壓為0.5MPa，容量為907MW 的氫冷發(fā)電機(jī)組，當(dāng)氫氣純度從98%下降至95%時(shí)，摩擦和通風(fēng)損耗大約增加32%，即相當(dāng)于損失685KW。一般情況下，當(dāng)機(jī)內(nèi)的氫氣壓力不變時(shí)，氫氣純度每降低1%，其通風(fēng)摩擦損耗約增加11%。所以，長期處于氫氣純度低工況下的機(jī)組是極不經(jīng)濟(jì)的，而且還得利用排污補(bǔ)氫的方法提高氫氣純度，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行帶來一定的安全隱患。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

華電國際十里泉發(fā)電廠#7機(jī)組自投產(chǎn)以來發(fā)電機(jī)氫氣純度一直較為穩(wěn)定，在2016年4月份出現(xiàn)了氫氣純度下降速度快，必須依靠頻繁補(bǔ)氫置換維持運(yùn)行的情況，日均補(bǔ)氫量最大達(dá)98立方，制氫設(shè)備每天滿負(fù)荷運(yùn)行，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來巨大隱患。

該廠#7機(jī)組發(fā)電機(jī)為QFSN—300—2型，采用水氫氫冷卻方式，定子繞組為水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組、鐵芯為氫氣內(nèi)部冷卻，氫氣利用裝在轉(zhuǎn)子兩端護(hù)環(huán)外側(cè)的單級(jí)漿式風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，通過兩組氫氣冷卻器進(jìn)行冷卻。氫氣密封油系統(tǒng)采用雙流環(huán)式結(jié)構(gòu)，機(jī)組運(yùn)行中采用差壓閥自動(dòng)調(diào)節(jié)空側(cè)密封油壓與氫壓之差，使其保持在0.085MPa，氫側(cè)密封油壓通過平衡閥自動(dòng)跟蹤空側(cè)油壓，使空、氫側(cè)油壓差保持在±500Pa范圍內(nèi)，以保證密封瓦雙流環(huán)間盡量少的竄油，從而達(dá)到對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的密封作用。發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)額定氫氣壓力為0.30MPa。該機(jī)組配備的密封油系統(tǒng)主要由以下部件構(gòu)成：空、氫側(cè)交、直流密封油泵、空側(cè)密封油過濾器、氫側(cè)密封油過濾器、空側(cè)密封油箱、氫側(cè)密封油箱、空氫側(cè)密封油冷卻器、主差壓閥、備用差壓閥、汽端平衡閥、勵(lì)端平衡閥以及液位顯示報(bào)警裝置、閥門等，詳見下圖。

2 發(fā)電機(jī)氫氣純度下降的原因分析

由于氫側(cè)密封油與發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣直接接觸，氫側(cè)密封油中空氣等雜質(zhì)的釋放就成了影響發(fā)電機(jī)氫氣純度下降的直接原因，通過查閱系統(tǒng)資料和現(xiàn)場(chǎng)勘查，分析影響該發(fā)電機(jī)氫氣純度的因素可能有以下幾個(gè)：

2.1 儀表測(cè)量因素

氫氣純度儀表測(cè)量存在誤差，造成數(shù)據(jù)偏差較大，給密封油系統(tǒng)的調(diào)整造成誤導(dǎo)。

2.2 平衡閥跟蹤不靈敏

氫側(cè)密封油平衡閥調(diào)整不靈敏的原因主要是調(diào)節(jié)活塞的卡澀及平衡閥信號(hào)管的堵塞。由于正常運(yùn)行中要求空、氫側(cè)油壓壓差僅有幾百帕，調(diào)節(jié)活塞的輕微卡澀或者信號(hào)管路稍有堵塞等均會(huì)造成平衡閥調(diào)節(jié)的不靈敏，繼而使得空、氫側(cè)密封油壓力產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致空、氫側(cè)密封油在密封瓦內(nèi)的串流量增大。這時(shí)存在兩種情況：一是當(dāng)氫側(cè)油壓過高時(shí)，氫側(cè)密封油通過密封瓦向空側(cè)密封油串流，氫側(cè)密封油回油箱油位就會(huì)下降，為維持密封油箱油位，自動(dòng)補(bǔ)油閥自動(dòng)打開，空側(cè)密封油補(bǔ)入氫側(cè)密封油回油箱。由于空側(cè)密封油中含有空氣等雜質(zhì)，這樣補(bǔ)油的后果，就是補(bǔ)進(jìn)去的空側(cè)密封油中的空氣和濕氣等雜質(zhì)也隨著進(jìn)入氫側(cè)油路，在發(fā)電機(jī)內(nèi)與氫氣接觸致使其受到污染，特別是在發(fā)電機(jī)的消泡箱內(nèi)，此處空間較大，油中的空氣與濕氣得到充分釋放，氫氣更容易受到污染，純度下降。二是當(dāng)空側(cè)密封油壓力過高時(shí)，空側(cè)密封油在密封瓦內(nèi)直接串入氫側(cè)油路，同樣也與氫氣接觸，并回至消泡箱內(nèi)繼續(xù)擴(kuò)容釋放空氣和濕氣，使氫氣純度下降。

由以上分析能夠看出，油中氣體分解釋放是造成發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度下降的直接原因。

2.3 密封瓦或軸頸磨損導(dǎo)致間隙超標(biāo)

合適的密封瓦徑向間隙，不但能對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的密封效果好，同時(shí)空、氫側(cè)密封油的串流量也小。但隨著機(jī)組的長期運(yùn)行，密封瓦與軸頸不可避免的相互接觸繼而產(chǎn)生磨損，造成密封瓦徑向間隙的逐漸增大，最終引起空、氫側(cè)密封油壓力的波動(dòng)和串流，繼而造成和上述2.2條款里的內(nèi)容類似的結(jié)果。

2.4 氫側(cè)密封油箱進(jìn)排油

氫側(cè)密封油箱自動(dòng)補(bǔ)油及排油閥門因行程不到位或者密封線存在缺陷而產(chǎn)生內(nèi)漏，會(huì)直接造成氫側(cè)密封油箱油位的不穩(wěn)定，補(bǔ)、排閥門只要有一個(gè)產(chǎn)生內(nèi)漏，這時(shí)密封油箱補(bǔ)、排油閥均會(huì)產(chǎn)生頻繁的動(dòng)作，從而造成空、氫側(cè)密封油的串流。

2.5 排煙系統(tǒng)不暢通

密封油排煙風(fēng)機(jī)如果發(fā)生入口門誤關(guān)、濾網(wǎng)堵塞等異常，就會(huì)造成排煙不暢，影響空側(cè)回油箱油、氣的分離，使得大量的空氣和濕氣不能被有效地分離排出，當(dāng)出現(xiàn)空、氫側(cè)密封油串流時(shí)同樣會(huì)造成氫氣的污染。

2.6 含水量檢查

氫氣濕度過高、含水量過大，水中的空氣就會(huì)析出進(jìn)而污染氫氣。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢查與試驗(yàn)排查

3.1 密封油純度儀的檢查校驗(yàn)

對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣進(jìn)行了兩次取樣，并采用了兩種不同型號(hào)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果與在線監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比，偏差不明顯，基本就排除了純度檢測(cè)表計(jì)存在誤差的可能性。

3.2 平衡閥的檢查

檢查汽端、勵(lì)端平衡表，汽端平衡表指示在零位，而勵(lì)端平衡表偏差較大，指針偏向氫側(cè)壓力高。

檢修人員對(duì)平衡表和平衡閥分別進(jìn)行了校驗(yàn)和解體檢查：勵(lì)端平衡表經(jīng)校驗(yàn)得知指示偏差較大，不能為平衡閥的調(diào)整提供依據(jù)；平衡閥活塞活動(dòng)靈活無卡澀；信號(hào)管無堵塞。基本排除了平衡閥影響因素。endprint

3.3 氫側(cè)密封油箱及密封瓦處因素的試驗(yàn)與排查

檢測(cè)氫側(cè)密封油箱補(bǔ)、排油管道均在40℃左右，溫度較高，懷疑油箱同時(shí)有補(bǔ)油和排油現(xiàn)象。隨后進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)：

（1）機(jī)組運(yùn)行中，機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在300MW，發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力0.296MPa，密封油箱油位穩(wěn)定在0mm。（2）運(yùn)行人員先將補(bǔ)油手動(dòng)隔離門關(guān)閉，發(fā)現(xiàn)密封油箱油位下降較快，5分鐘后油位降至-20mm。（3）開啟補(bǔ)油隔離門后，再關(guān)閉排油手動(dòng)隔離門，發(fā)現(xiàn)密封油油箱油位上升較快，4分鐘后油位升至+20mm。（4）后又同時(shí)關(guān)閉補(bǔ)、排油手動(dòng)隔離門，密封油箱油位依然下降較快，14分鐘后又降至-20mm。

通過試驗(yàn)說明：補(bǔ)油、排油閥門存在內(nèi)漏缺陷；密封瓦內(nèi)的空、氫側(cè)油壓不平衡，有串流現(xiàn)象，密封瓦徑向間隙也有可能增大。

3.4 密封油排煙風(fēng)機(jī)的出力檢查

檢修與運(yùn)行人員同時(shí)對(duì)密封油排煙風(fēng)機(jī)的出口進(jìn)行檢查，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出力正常，同時(shí)為了驗(yàn)證排煙風(fēng)機(jī)的影響，將兩臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行了24小時(shí)，后檢查氫氣純度依然下降較快。這樣也排除了排煙系統(tǒng)的影響因素。

3.5 含水量檢查

化驗(yàn)人員先后多次采用三臺(tái)儀器對(duì)密封油含水量進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果最大含水量為31.2mg/l，符合小于<100mg/l的標(biāo)準(zhǔn)。

通過多個(gè)因素的排查，可以判斷出造成該發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度異常的主要因素有三個(gè)：一是勵(lì)端平衡表的不準(zhǔn)確給油壓調(diào)整造成誤導(dǎo)，致使空、氫側(cè)油壓有較大偏差；二是勵(lì)端密封瓦徑向間隙超標(biāo)；三是補(bǔ)、排油浮球閥存在不同程度的漏流。

4 針對(duì)問題采取的處理措施

4.1 針對(duì)儀表問題采取的措施

儀表檢修人員及時(shí)采購新的平衡表，并在標(biāo)準(zhǔn)室對(duì)平衡表進(jìn)行校驗(yàn)核準(zhǔn)后進(jìn)行了更換。

4.2 密封瓦解體檢查

2016年9月份，電廠利用機(jī)組大修機(jī)會(huì)，對(duì)勵(lì)端密封瓦進(jìn)行了解體檢修，對(duì)密封瓦間隙進(jìn)行了檢查，其中勵(lì)端密封瓦徑向最大間隙達(dá)0.32mm，已經(jīng)超過了間隙標(biāo)準(zhǔn)范圍的0.25mm的上限。同時(shí)發(fā)現(xiàn)密封軸頸處有磨損痕跡。隨后檢修人員對(duì)密封瓦進(jìn)行了更換，對(duì)軸頸磨損處采用冷焊工藝進(jìn)行了修補(bǔ)，并將密封瓦徑向間隙調(diào)整在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

4.3 氫側(cè)密封油箱及其附件檢查

利用大修機(jī)會(huì)對(duì)密封油箱內(nèi)部進(jìn)行了清理，并對(duì)補(bǔ)、排油閥門進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)閥門都存在關(guān)閉不到位的情況。檢修人員對(duì)閥門關(guān)閉位置重新進(jìn)行了調(diào)整定位，消除了其內(nèi)漏的缺陷。

5 結(jié)語

通過采取以上措施，十里泉發(fā)電廠#7發(fā)電機(jī)氫氣純度異常下降問題得到徹底解決，自處理完畢至今已有半年時(shí)間，氫氣純度能夠保持在96%以上，月度補(bǔ)氫量為196m?，日均6.53m?，符合相關(guān)要求。同時(shí)氫側(cè)密封油箱油位也較穩(wěn)定。通過對(duì)該異常的分析處理，總結(jié)出了類似異常的處理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于該廠其他機(jī)組也有借鑒意義。

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作者簡(jiǎn)介：馬瑩（1978-），男，山東滕州人，工程師，從事發(fā)電廠汽機(jī)檢修管理方面的工作。endprint