密封油浮子油箱系統(tǒng)優(yōu)化分析

王停戈

摘 要：本文介紹了東方電氣集團(tuán)發(fā)電機(jī)組常規(guī)配套的發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)的組成及功能，通過(guò)對(duì)密封油浮子油箱系統(tǒng)安全性和事故案列的分析，提出了密封油浮子油箱系統(tǒng)的優(yōu)化措施，可有效提高密封油系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

關(guān)鍵詞：密封油；浮子油箱；浮球閥；發(fā)電機(jī)進(jìn)油；跑氫

引言

1.發(fā)電機(jī)密封油浮子油箱系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1密封油系統(tǒng)介紹

目前國(guó)內(nèi)大容量火力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)普遍采用水氫氫冷卻系統(tǒng)即定子線圈采用水冷，定子鐵芯、轉(zhuǎn)子采用氫氣冷卻，而發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)就是專用于向發(fā)電機(jī)密封瓦供油，且使油壓高于發(fā)電機(jī)內(nèi)氣壓（氫壓）一定數(shù)量值，以防止發(fā)電機(jī)氫氣沿轉(zhuǎn)軸與密封瓦之間的間隙向外泄漏，同時(shí)也防止油壓過(guò)高而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)大量進(jìn)油。東方電氣集團(tuán)發(fā)電機(jī)組常規(guī)配套的發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)采用單流環(huán)形式，主要由密封瓦、真空油箱、交流主密封油泵、直流事故密封油泵、差壓調(diào)節(jié)閥、回油擴(kuò)大槽、浮子油箱、空氣抽出槽、真空泵、再循環(huán)泵及相應(yīng)的連接管道、閥門及測(cè)點(diǎn)組成，系統(tǒng)如圖1所示。

1.2浮子油箱系統(tǒng)介紹

浮子油箱系統(tǒng)作為密封油系統(tǒng)的重要組成部分，常規(guī)采用單臺(tái)浮子油箱并設(shè)手動(dòng)旁路的運(yùn)行方式（如圖2所示）。浮子油箱接收來(lái)自回油擴(kuò)大槽的氫側(cè)回油，氫側(cè)回油進(jìn)入浮子油箱后使油中的氫氣進(jìn)一步分離出來(lái)。浮子油箱上部通過(guò)平衡閥（排氣閥）與回油擴(kuò)大槽氣側(cè)相連，通過(guò)發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體的靜壓使浮子油箱中的油排出至空氣抽出槽。浮子油箱進(jìn)出口設(shè)有手動(dòng)閥，內(nèi)部裝有自動(dòng)控制液位的機(jī)械式浮球閥，使油箱中油位控制在一定范圍內(nèi)，外部還設(shè)有手動(dòng)旁路以及觀察窗，當(dāng)發(fā)電機(jī)氣體置換或機(jī)內(nèi)氣壓低回油不暢時(shí)需切旁路手動(dòng)控制油位。

由上述介紹可看出，浮子油箱起到保證密封油系統(tǒng)回油通暢以及防止氫氣通過(guò)回油管路外泄的作用。若浮子油箱油位調(diào)節(jié)不好，浮子油箱油位過(guò)高，可能造成氫側(cè)排油不暢，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)進(jìn)油；而浮子油箱油位過(guò)低可能使“油封”遭到破壞導(dǎo)致跑氫，故浮子油箱系統(tǒng)在保證發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)安全運(yùn)行上起著至關(guān)重要的作用。

2.浮子油箱系統(tǒng)安全性分析

正常運(yùn)行中，浮子油箱液位通過(guò)浮球閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。東方電氣集團(tuán)發(fā)電機(jī)常規(guī)配套單流環(huán)密封油系統(tǒng)浮子油箱中采用的是機(jī)械式浮球閥，其浮子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝存在較多隱患：（1）浮球閥水平安裝，使活塞和導(dǎo)向活塞間有一個(gè)向下的重力，容易造成活塞和導(dǎo)向活塞卡澀；（2）浮球閥活塞和導(dǎo)向活塞及配合襯套沒(méi)有進(jìn)行任何硬化處理，質(zhì)地較軟容易拉傷活塞和導(dǎo)向活塞；（3）浮球閥調(diào)節(jié)線普遍性差，運(yùn)行時(shí)動(dòng)作頻繁且幅度較大；（4）由于浮子油箱空間限制，浮球閥活塞直徑小，間隙設(shè)計(jì)較小；（5）浮子油箱容積設(shè)計(jì)較小，儲(chǔ)存、緩沖的裕度不夠，短時(shí)間內(nèi)油箱的液位就會(huì)發(fā)生突變等。

而當(dāng)浮球閥故障后，設(shè)備的在線維修亦存在重大安全隱患。在線維修需要打開(kāi)旁路閥進(jìn)行回油，隔離浮子油箱并對(duì)其進(jìn)行氫氣置換、氮?dú)饣蚨趸即祾撸僮魅藛T手動(dòng)控制旁路閥開(kāi)度。旁路閥手動(dòng)調(diào)節(jié)難度大，稍有不慎，就會(huì)造成發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓下降、跑氫或者密封油回油不暢、回油擴(kuò)大槽滿油甚至發(fā)電機(jī)進(jìn)油等惡劣后果。在發(fā)電機(jī)氣體置換或啟停機(jī)期間發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體壓力低時(shí)亦需要操作人員通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)旁路閥來(lái)控制密封油回油，特別是機(jī)內(nèi)氣壓低時(shí)，若旁路手動(dòng)門開(kāi)啟不及時(shí)既有發(fā)電機(jī)進(jìn)油的危險(xiǎn)。此外，密封油浮子油箱常規(guī)未配置遠(yuǎn)傳液位監(jiān)視裝置，不利于運(yùn)行人員對(duì)異常及事故的及時(shí)發(fā)現(xiàn)及處理。

發(fā)電機(jī)氣體置換（機(jī)內(nèi)氣體壓力低）時(shí)旁路調(diào)節(jié)不當(dāng)造成發(fā)電機(jī)進(jìn)油和密封油浮球閥卡澀、調(diào)節(jié)性能差都是許多電廠所遇到過(guò)的密封油系統(tǒng)典型故障，例如：（1）鄒縣電廠#5、#6 600MW機(jī)組均出現(xiàn)密封油浮球閥卡澀，造成密封油擴(kuò)大槽滿油，發(fā)電機(jī)進(jìn)油，主油箱油位下降；（2）寧德電廠#1 660MW機(jī)組因?yàn)楦∽佑拖涓∏蜷y卡澀在較大開(kāi)位，造成浮子油箱油封迅速破壞，氫氣沿浮子油箱漏至空氣抽出槽，由于短時(shí)間內(nèi)漏氫量較大，防爆風(fēng)機(jī)不能及時(shí)將漏氫全部排出，空氣抽出槽內(nèi)氫氣通過(guò)兩端回油管道返回至發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)兩端，再通過(guò)發(fā)電機(jī)大端蓋從軸端外漏，遇發(fā)電機(jī)碳刷或摩擦產(chǎn)生明火，機(jī)組緊急停機(jī)；（3）國(guó)電南寧電廠#1 660MW機(jī)組啟停機(jī)氣體置換時(shí)，多次因浮子油箱旁路門調(diào)節(jié)不當(dāng)造成發(fā)電機(jī)進(jìn)油。

上述可看出，常規(guī)配置的發(fā)電機(jī)密封油浮子油箱系統(tǒng)安全隱患大，對(duì)此，針對(duì)幾種優(yōu)化方案進(jìn)行分析對(duì)比。

3.浮子油箱系統(tǒng)方案分析對(duì)比

3.1 常規(guī)方案

（1）系統(tǒng)配置：常規(guī)浮子油箱加手動(dòng)旁路。

（2）優(yōu)點(diǎn)：密封油系統(tǒng)常規(guī)配置，無(wú)附加投資。

（3）缺點(diǎn)：密封油浮球閥調(diào)節(jié)線性差、有卡澀的風(fēng)險(xiǎn)；氣體置換和機(jī)內(nèi)氣壓低時(shí)需手動(dòng)開(kāi)啟旁路門進(jìn)行調(diào)節(jié)；浮球閥故障在線檢修需專人持續(xù)對(duì)旁路門進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)難度大；無(wú)液位遠(yuǎn)傳監(jiān)視，不利于事故的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理。

3.2 優(yōu)化方案一

（1）系統(tǒng)配置：浮子油箱配帶遠(yuǎn)傳信號(hào)液位計(jì)，信號(hào)引入DCS遠(yuǎn)程監(jiān)視。

（2）優(yōu)點(diǎn)：投資小，浮子油箱液位實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視，便于運(yùn)行人員的監(jiān)視以及對(duì)故障的及時(shí)處理。

（3）缺點(diǎn)：密封油浮球閥調(diào)節(jié)線性差、有卡澀的風(fēng)險(xiǎn)；氣體置換和機(jī)內(nèi)氣壓低時(shí)需手動(dòng)開(kāi)啟旁路門進(jìn)行調(diào)節(jié)；浮球閥故障在線檢修需專人持續(xù)對(duì)旁路門進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)難度大。

3.3 優(yōu)化方案二

（1）系統(tǒng)配置：浮子油箱擴(kuò)容，采用大容量浮子油箱加手動(dòng)旁路，并配液位遠(yuǎn)傳裝置。

（2）優(yōu)點(diǎn)：增加油箱容積，便于合理布置內(nèi)部設(shè)備與安裝接口，減小進(jìn)油對(duì)浮球閥的沖擊影響；浮子油箱容積大，浮球閥調(diào)節(jié)更緩慢平穩(wěn)，油封破壞與浮子油箱滿油反應(yīng)時(shí)間增加，可靠性增加；液位實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視，便于運(yùn)行人員的監(jiān)視以及對(duì)故障的及時(shí)處理。

（3）缺點(diǎn)：氣體置換和機(jī)內(nèi)氣壓低時(shí)需手動(dòng)開(kāi)啟旁路門進(jìn)行調(diào)節(jié)；浮球閥故障在線檢修需專人持續(xù)對(duì)旁路門進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)難度大；投資增加。endprint

3.4 優(yōu)化方案三

（1）系統(tǒng)配置：雙浮子油箱并列運(yùn)行，并配液位遠(yuǎn)傳裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。正常運(yùn)行時(shí)雙浮子油箱同時(shí)投入，并列運(yùn)行，連通閥開(kāi)啟。

（2）優(yōu)點(diǎn)：雙浮子油箱并列運(yùn)行，浮子油箱油位變化緩慢，浮球閥調(diào)節(jié)更緩慢平穩(wěn)，可靠性增加；浮子油箱及浮球閥在線檢修時(shí)，另一浮子油箱可自動(dòng)單獨(dú)運(yùn)行，無(wú)需手動(dòng)調(diào)節(jié)旁路，安全性增加且節(jié)約人力；機(jī)組啟停機(jī)和氣體置換時(shí)可實(shí)現(xiàn)雙浮子油箱并列運(yùn)行全程自動(dòng)調(diào)節(jié)，降低了發(fā)電機(jī)進(jìn)油的風(fēng)險(xiǎn)，增加了其本質(zhì)安全性。

（3）缺點(diǎn)：投資增大（附加投資大概20～25萬(wàn)元），系統(tǒng)布置更復(fù)雜。

3.5對(duì)比分析

常規(guī)配套的密封油系統(tǒng)浮子油箱未設(shè)液位遠(yuǎn)傳裝置，不利于運(yùn)行人員對(duì)浮子油箱油位的監(jiān)視，若浮子油箱油位異常時(shí)運(yùn)行人員不能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)與處理，往往是回油擴(kuò)大槽油位高信號(hào)或漏氫信號(hào)報(bào)出才發(fā)現(xiàn)異常，造成了事故擴(kuò)大，安全可靠性較低。方案一增加了浮子油箱液位的遠(yuǎn)傳裝置，有利于運(yùn)行人員對(duì)浮子油箱液位的監(jiān)視及對(duì)異常的及時(shí)處理，降低了發(fā)電機(jī)進(jìn)油與跑氫的風(fēng)險(xiǎn)，但機(jī)內(nèi)氣壓低時(shí)要旁路手動(dòng)調(diào)節(jié)，需培訓(xùn)與增強(qiáng)運(yùn)行人員的調(diào)節(jié)能力，從而有效防止事故的發(fā)生。

方案二、三的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要出于提高浮子油箱系統(tǒng)本質(zhì)安全性的考慮。方案二可有效增加浮球閥的使用壽命及減小浮球閥卡澀的機(jī)率，增加了浮子油箱運(yùn)行的可靠性，但與方案一同樣存在著旁路手動(dòng)調(diào)節(jié)的問(wèn)題。方案三采用雙浮子油箱并列運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了浮子油箱系統(tǒng)油位在機(jī)內(nèi)氣壓低（氣體置換）和單浮子油箱在線檢修時(shí)的全程自動(dòng)調(diào)節(jié)，有效提高了浮子油箱系統(tǒng)的本質(zhì)安全可靠性，降低了發(fā)電機(jī)進(jìn)油及跑氫的事故機(jī)率，附加投資金額相應(yīng)增加。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上分析，方案二采用改進(jìn)型大容量浮子油箱并增加油位遠(yuǎn)傳裝置優(yōu)點(diǎn)明顯，系統(tǒng)安全性、可靠性增加，但未達(dá)到全面自動(dòng)化水平。方案三采用雙浮子油箱并列運(yùn)行，考慮到發(fā)電機(jī)氣體置換和低氣壓往往發(fā)生在機(jī)組啟停機(jī)階段，此時(shí)工作量大，自動(dòng)調(diào)節(jié)可有效節(jié)約人力，也降低了因操作不當(dāng)或操作不及時(shí)引起事故的風(fēng)險(xiǎn)，雖然此方案附加投資大，但可有效提高密封油及浮子油箱系統(tǒng)的本質(zhì)安全性和可靠性，故推薦電廠發(fā)電機(jī)密封油采用雙浮子油箱系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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