發電機密封油氫側供油單元技術改造

李川斌，鄒品松

（華電青島發電有限公司，山東 青島 266031）

0 引言

某電廠 300 MW機組型號為 C300-16.7/0.79/538/538，發電機為QSFN-300-2型水氫氫冷汽輪發電機，采用的是雙流環密封結構［1］的密封瓦，這是密封發電機端蓋的關鍵，密封瓦上有2個環狀配油槽，即空側和氫側2個油路，油沿轉軸穿過密封瓦內徑和轉軸之間的間隙中竄流。

密封油系統［2］為密封瓦提供油源，一是保證油壓始終高于發電機內氫氣壓力，從而防止氫氣從發電機逸出；二是通過平衡閥調整使氫側油壓與空側油壓保持基本平衡，防止與外界接觸的空側油中溶解的空氣、水分等竄向氫側油，進而擴散到發電機內降低氫氣的純度。

在實際運行中，由于受平衡閥自身調節精度、平衡閥油壓信號、密封瓦磨損間隙變大等因素的影響，發電機雙流環密封油系統的空側、氫側相互竄油不可避免；而密封油系統又是一個相對獨立的系統，汽輪機油凈化裝置無法對密封油系統中的油質進行有效的過濾凈化，因此當污染的氫側油中的空氣和水分擴散到發電機內后，造成氫氣純度下降較快，只能采用頻繁排換補氫的方式來提高發電機內運行氫氣的純度，不僅對資源造成浪費，而且也影響到機組運行的安全性。

1 密封油系統運行現狀

1.1 密封油系統流程

密封油系統流程如圖1所示。空側密封油路由空側密封油泵從空側密封油箱取油，一部分流經空側油冷器、濾油器進入密封瓦空側，再沿軸和密封瓦之間的間隙流向軸承側，并匯同軸承油一并進入空側密封油箱，從而防止空氣與潮汽進入發電機內部；另一部分則經差壓閥流回到油泵的進油側。氫側密封油路則由氫側密封油泵把氫側油箱中的油，一部分流經氫側油冷器、濾油器、勵端平衡閥和汽端平衡閥送往密封瓦氫側，在氫側泵旁裝有旁路管道，通過氫側油調壓閥對氫側油進行粗調，氫側油路油壓則通過勵端平衡閥和汽端平衡閥進行細調，并使之與空側油壓保持基本持平，回油側經消泡箱后回到氫側密封油箱。

1.2 雙流環密封結構

密封油系統作為發電機端部密封的供油系統，采用雙流環式密封瓦結構，如圖2所示。該結構具有兩個相對獨立的循環供油單元：一個為空側供油單元，另一個為氫側供油單元。在系統處于穩定運行工況時，氫側供油單元基本趨于一個閉式循環系統。

圖1 密封油系統流程

1.3 氫氣純度下降原因分析

密封油系統中溶解有空氣和水分的空側油竄向氫側油造成氫側油的污染，被污染氫側油中的空氣和水分又擴散到發電機內，是造成發電機內的氫氣純度降低的主要原因。

在實際運行中，由于受制于密封瓦磨損間隙變大、平衡閥自身調節精度、平衡閥油壓信號等因素影響［3］，空、氫側密封油沿轉軸穿過密封瓦內徑和轉軸之間的間隙相互竄油又不可避免；而密封油系統又是一個相對獨立的系統，汽輪機油凈化裝置無法對密封油系統中的油質進行有效的過濾凈化，因此實時地、最大限度地凈化氫側油中所含的空氣、水分等雜質，將能有效保證發電機內的氫氣純度能維持在較高狀態。

2 密封油氫側供油單元改造

2.1 改造方案

圖2 雙流環式密封瓦結構

考慮氫側供油單元相對趨于穩定的閉式循環系統，如果采取措施打破此相對平衡，并對氫側密封油進行有效過濾凈化，將能抑制發電機內氫氣純度下降。基于以上考慮，對氫側供油單元確定如下改造方案。

1）整定平衡閥調整螺母和氫側油泵出口旁路門，保持汽端和勵端平衡閥后壓差氫側油壓始終略高于空側油壓。此調整目的是保證空側、氫側密封油只能由氫側向空側方向竄動，這樣可以避免空側油中溶解的空氣、水分等竄向氫側油，污染氫側油。

2）在氫側油補油管路上并聯一路氫側密封油凈化裝置（以下簡稱“提純裝置”）。經過1）調整后，少量氫側油始終流向空側油后進入空側回油箱，必然導致氫側回油箱油位相應降低，則需通過持續向氫側油箱補油來維持正常油位，設置提純裝置的目的是保證補充至氫側的油質合格。

3）提純裝置利用薄膜蒸發原理，在真空罐真空狀態下，不斷降低油和水汽混合物中水汽的蒸汽分壓，達到脫氣、脫水及破乳的目的，確保發電機內的氫氣純度能維持在很高的狀態。

2.2 實施過程

在氫側油箱補油管母管上間隔約40 cm，焊接加裝2只三通 （Φ25×3），三通后各安裝1只球閥及Φ25×3管路連接至集成式提純裝置的進、出口油管路。氫側供油單元改造方案的系統流程如圖3所示。

圖3 氫側供油單元改造系統流程

提純裝置并聯接入方式不會影響發電機密封油系統整體的安全性，可隨時停運提純裝置退出密封油主系統，關閉進、出口截止閥進行隔離維護或檢修。密封油提純裝置如圖4所示。

3 改造效果驗證

3.1 技術指標驗證

優化改造前，以2016年9月為例，日均氫氣排換量為 36.6 m3/d。隨后，在 2016-10-26 至 2016-11-15，對氫側供油單元進行了優化改造，改造后，2016年12月日均氫氣排換量為0 m3/d。

圖4 密封油提純裝置

優化改造前，為保證發電機氫氣純度不低于96%［4］，每天均需排換提純，日排換量為 36.6 m3/d，因氫氣純度不合格，每天排換彌補了正常的補充量；優化改造后，氫氣純度一直維持在98%以上，氫氣的排換量降低到0 m3/d，發電機只需要補充正常氫氣的泄漏量，補氫量維持在7.88 m3/d，低于300 MW機組補氫量不大于10 m3/d的標準要求。

通過優化改造后1年的實際運行情況來看，發電機氫氣純度由96%提升到98%，氫氣純度提升2%且能保持穩定；每天氫氣補充量由30 m3以上降低到10 m3以下，每天節約氫氣量約20 m3。

3.2 經濟效益驗證

發電機內運行氫氣純度每升高1%，發電機通風損耗將降低約11%，300 MW發電機組的通風損耗是350 kW［5］；廠用電按 0.3 元/kWh 計算；機組每年運行天數按300d計算，則提高的電功率效益為16.6萬元；氫氣價值按10元/m3計算，每年節約的氫氣效益為6萬元。

4 結語

通過改造有效降低了平衡閥自身調節精度、平衡閥油壓信號等因素的要求，長期維持發電機氫氣純度在98%以上運行，減少了發電機的提純用氫量，降低發電機風摩損耗，提高發電機運行的安全性和經濟性。同時減輕了氫站運行人員制氫和機組運行值班員排換氫的勞動強度。