600MW汽輪發電機漏氫問題的分析處理

曹鳳波 王竟強 詹志遠

摘 要：分析了某電廠600MW汽輪發電機密封瓦與軸頸拉傷、磨損及氫氣泄漏的原因，得出由于壓差閥出現動作不正常且油密封過度磨損造成密封油需求量超出設計值，使密封瓦無法維持正常工作狀態的結論，提出現場進行的修復方案。

關鍵詞：汽輪發電機；漏氫；分析

中圖分類號：TM311 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）25-0119-02

Abstract： In this paper， the causes of tension， wear and hydrogen leakage of seal bush and journal of 600MW turbogenerator in a power plant are analyzed. It is concluded that the demand for seal oil exceeds the design value due to abnormal operation of differential pressure valve and excessive wear of oil seal. According to the conclusion that the sealing pad can not maintain the normal working state， the repair scheme on the spot is put forward.

Keywords： turbogenerator； hydrogen leakage； analysis

前言

氫冷汽輪發電機具有效率高、溫升低的優點，油密封結構是氫冷汽輪發電機特有結構，氫冷汽輪發電機漏氫量的大小直接影響機組的運行安全[1]，且發生氫氣泄漏的原因及現象具有多樣性。如泄漏可能發生在靜止密封結構或動靜結合面[2]，靜止密封結構泄漏又可能發生在轉子結構[3]或定子機座以及冷卻水路[4]；現象可能是向機外漏氫，也可能向冷卻水路漏氫，也會造成向機內漏油現象[5，6]。上述現象都會危害發電機的運行安全，造成事故隱患。

1 事發梗概

某電廠600MW汽輪發電機組安裝完畢啟機運行即出現軸系振動值偏大、漏氫量超標問題。機組先后啟動三次，都因振動及漏氫指標超出允許值被迫停機。

第一次啟動在沒有進行完整的發電機整套氣密試驗情況下即進行，運行期間氫壓下降快，最后因軸系振動大而被迫停機。停機期間主要進行了兩項工作：軸系加平衡塊、發電機更換氫系統外管路全部閥門。

第二次啟動發生氫壓下降，壓差大幅波動現象，空、氫側密封油壓波動，空側油箱排煙風機出口有氫氣排出，氫側油壓勵側比汽側高0.02-0.04kPa。打開發電機汽、勵兩端外油檔檢查發現：汽側漏氫嚴重，在密封瓦與軸頸的徑向密封面有氣、油混合物噴出，勵側沒有檢測到氫氣泄漏。經過調整差壓閥，汽端漏氫現象消失，壓力可以穩定，在機組啟動升速至3000r/min后，帶有功負荷100MW時，再次發生汽端漏氫現象，氫壓無法維持，被迫打閘停機。

第三次啟動盤車沒有投入，密封油、潤滑油投入的情況下可以維持氫氣壓力，密封瓦處沒有泄漏現象發生。在投入盤車同時密封瓦與軸頸的徑向密封面有氣、油混合物噴出，勵側沒有檢測到氣體泄漏。差壓降從74kPa降至37kPa，氫側油箱油位突然降低，調整差壓閥，增大壓差，汽端漏氫現象消失，機內氣體壓力可以穩定。在機組啟動2000r/min暖機過程中再次發生汽端漏氫現象，氫壓無法維持，壓差上下大幅波動，氫壓下降，空、氫側密封油壓波動。空側油箱排煙風機出口有氫氣排出，發電機汽端油檔處有氫氣泄漏，13.7m平臺的就地壓力表顯示，空側油壓汽端比勵端低0.04MPa，汽端空側油壓與膛內氣壓就地表讀數基本一致。在3000轉時因氫氣泄漏量過大，打閘停機。

2 拆解后檢查結果

解體檢查密封墊處所有油孔均未出現錯位及堵塞現象，勵端密封座上所有油孔處絕緣管漏裝，油孔處有絕緣漆，個別油孔處的密封墊孔有錯位現象。

端蓋、中間環、密封座油孔進行了高、低壓壓縮空氣吹掃和氣流測試，氣體流動性無異常。對密封座油孔進行了進出孔煙氣試驗，無錯開、堵塞、相通現象。密封瓦間隙檢查結果空側密封瓦間隙超標0.45mm，氫側密封瓦間隙超標0.08mm。油箱自動補排油檢查及試驗正常。

將平衡閥解體進行清理檢查，發現勵端平衡閥內雜質很多并有大顆粒，汽端平衡閥內雜質少（曾經清理一次），閥內活動環無劃傷、無卡澀現象。

現場對主/備壓差閥信號管、汽勵端平衡閥信號管進行了壓縮空氣吹掃和安裝位置、走向及接口檢查。管路接口正確，管路通暢。

3 原因分析

第一次啟動氫壓由0.307MPa降至0.189MPa所用時間為5小時10分鐘。從下降速率可以看出密封瓦處密封效果在機組達到3000rpm后就開始逐漸變壞，此時密封瓦處已經出現問題，壓差閥跟蹤可能存在卡澀現象。

第一次拆解后空側密封瓦對上下瓦結合面進行了研磨，錯口修復，重新配銷，軸頸采取拋光處理。密封瓦安裝后在檢查孔撥動密封瓦環，不存在卡澀現象。從第二次及第三次泄漏情況分析，密封瓦異常磨損逐漸形成，拆解后間隙測量及密封瓦、軸頸表面狀況證明了這一點。

3.1 密封瓦、軸頸拉傷及磨損原因

無論從系統檢查結果，還是密封瓦面的檢查，都可以確定機組在啟停過程中沒有發生氫側斷油的情況；空側雖然出現壓差波動現象，但空側流量沒有出現減小，汽端壓差雖然小，但不會造成密封瓦和軸頸的拉傷、磨損。因此，密封瓦和軸頸的拉傷及磨損與密封油系統無關。

密封瓦和密封座在安裝和解體時通過專用孔檢查，均未出現密封瓦卡澀現象；密封瓦拆出后對密封瓦內徑面進行了檢查，若在運行中卡澀，密封瓦內徑邊緣處會出現“倒角”現象，但檢查結果沒有出現這種情況。可以排除安裝質量問題。

據現場了解，機組啟動前油循環的時間不足1個月，潤滑油管路、密封油管路沒有沖洗徹底，供給密封油系統的高壓備用油源、低壓備用油源沒有進行過沖洗。從系統檢查空、氫側過濾器、平衡閥就可以看出雜質很多。從密封瓦和軸頸的磨痕看，圓周方向呈環狀，軸向呈鋸齒狀。產生這種劃痕是由于油中的硬顆粒進入瓦與軸頸之間，隨著轉子的高速旋轉將瓦與軸頸研出溝痕，待間隙磨大或顆粒磨碎后隨回油溢出。經檢查，整個軸系軸頸和軸瓦均出現不同程度的拉傷。

3.2 空側比氫側拉傷和磨損嚴重的原因

密封油系統氫側由氫側油箱供油，經密封瓦后回至氫側油箱，油路相對空側而言是獨立的。空側主油源由空側回油箱供油，回油與軸承回油一同至空側回油箱，由于潤滑油油質差造成空側油源的污染，這是造成空側比氫側拉傷和磨損嚴重的原因。第二次啟動時因氫油壓差低，現場投入了高備油源以此提高壓差，因高備管路沒有進行沖洗，大量的雜質進入空側也是造成異常磨損的關鍵因素。

3.3 氫氣泄漏原因

機組在第一次啟動后，現場在未經廠家許可的情況下自行解體壓差閥清理，造成壓差閥出現連桿不同心，同時大波紋管上的螺母密封不嚴。壓差閥出現動作不正常且油密封過度磨損造成密封油需求量超出設計值，使密封瓦無法維持正常工作狀態，從而造成密封瓦氫氣泄漏。

3.4 密封瓦影響分析

發電機在一定的氫油壓差（0.056MPa以上）下能夠有效防止氫氣從密封瓦處泄漏，隨著密封瓦與軸頸之間間隙的增大，流量隨之大幅增加，供油壓力降低；當無法維持一定的壓差時氫氣開始泄漏。密封瓦與軸頸之間間隙過大是造成氫氣泄漏的原因之一。

4 修復方案

4.1 油路沖洗

為達到理想的沖洗效果，沖洗分初沖、低壓沖洗、高壓分段沖洗、收集雜質、階段判定。做到系統的每一根管路、每一個供油系統都進行循環和判定。過濾器每天清理2遍，大顆粒在沖洗7天后才不再出現，沖洗判定時目測濾網已經無雜質，經過清洗、晾干后用放大鏡進行判定。

4.2 軸頸處理

軸頸處理采用微弧焊接工藝進行冷焊處理，這種工藝方法是將電源存儲的高能量電能，在電極與金屬母材間瞬時高頻釋放，形成空氣電離通道，使高合金電極與母材表面產生瞬間微區高溫、高壓的物理化學冶金過程，同時在微電場作用下，微區內離子態的電極材料溶滲、擴散到母材基體，形成冶金結合。

4.3 備品密封瓦加工

因拆除的密封瓦超差大，根據經驗必須進行更換，使用備品密封瓦進行加工，備品密封瓦預留8mm左右的余量，這給加工帶來一定的難度。廠內加工密封瓦使用專用的胎具，現場不具備這樣的條件，只能根據實際情況盡可能滿足圖紙要求。密封瓦加工找正采用實托、輕靠方式，車削采用小進刀量、間隔加工、持續冷卻方式加工。找正在0.02mm以內，加工后車床下冷態測量橢圓度為0.04mm，滿足使用精度要求。

5 結束語

油密封跟蹤控制系統關鍵部件如壓差閥等工作狀態以及油密封的動靜間隙對油密封系統正常工作至關重要，油路清潔不達標是密封瓦損壞的主要原因，安裝過程質量控制同樣也是非常關鍵的。

參考文獻：

[1]張順.600MW汽輪發電機的漏氫治理[J].江蘇電機工程，2004（1）.

[2]王殿武，等.防止氫冷汽輪發電機漏油的結構改進[J].山西電力技術，1999（8）.

[3]袁廷.防止氫冷汽輪發電機漏氫的措施[J].西南電力，1988（1）.

[4]李國輝.300MW汽輪發電機內漏氫問題分析[J].中國電力，1998（3）.

[5]沈 偉，等.防止汽輪發電機機內進油的措施和經驗[J].電力設備，2003（12）.

[6]任旭，等.氫冷汽輪發電機漏油、漏氫的解決方法[J].中國電力，2000（5）.

[7]盧春燕.600MW發電機漏氫處理及預防措施[J].科技創新與應用，2015（26）：122.