發(fā)電機(jī)提高氫氣純度降低濕度原因分析及防范措施

摘要：國華寧東電廠兩臺(tái)330MW直接空冷機(jī)組，自投產(chǎn)后相繼出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)氫氣濕度大，氫氣純度低等問題，文中對(duì)此類問題的原因進(jìn)行分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際探討了解決問題的方法。并對(duì)密封油系統(tǒng)的調(diào)整和維護(hù)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：氫氣純度;氫氣濕度;原因分析;防范措施

國華寧東發(fā)電廠兩臺(tái)330MW直接空冷機(jī)組，發(fā)電機(jī)是上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)水氫氫冷卻方式的QFSN-330-2型汽輪發(fā)電機(jī)。配套使用的是09Q042—3型密封油系統(tǒng)。自投產(chǎn)后不同程度出現(xiàn)了氫氣濕度大、氫氣純度低等問題。針對(duì)這些問題，我們進(jìn)行了認(rèn)真的分析，反復(fù)進(jìn)行了調(diào)試。

正常情況下密封瓦中的空側(cè)和氫側(cè)密封油具有幾乎相同的壓力，空側(cè)和氫側(cè)密封油各自保持相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)。機(jī)組在運(yùn)行中密封油系統(tǒng)中的氫側(cè)密封油與發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)的氫氣相接觸，密封油系統(tǒng)部件工作不正常或運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)，參數(shù)控制不好均能夠引起發(fā)電機(jī)氫氣濕度大、純度低。

1 發(fā)電機(jī)氫氣濕度大、純度低的原因分析

1.1 空側(cè)與氫側(cè)密封油壓差值大

發(fā)電機(jī)空側(cè)與氫側(cè)密封油在密封瓦中的壓力不平衡，會(huì)引起油流竄動(dòng)，若空側(cè)密封油壓高于氫側(cè)密封油壓，則含有大量空氣的空側(cè)密封油向氫側(cè)密封油竄油，此時(shí)竄到氫側(cè)的空側(cè)密封油將隨氫側(cè)密封油一起回到發(fā)電機(jī)的氫側(cè)回油腔（即消泡箱），然后經(jīng)氫側(cè)回油管，返回到氫側(cè)密封油箱中，在此過程中一部分空側(cè)密封油內(nèi)所含的空氣直接析出進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)。同時(shí)空側(cè)向氫側(cè)竄油也一定程度的排擠了氫側(cè)油，使氫側(cè)的進(jìn)油減少，這將加大油污染。

若氫側(cè)密封油壓高于空側(cè)密封油壓，則氫側(cè)密封油向空側(cè)密封竄油，此時(shí)將使回到氫側(cè)密封油箱中的油量減少，油位降低，為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，將自動(dòng)向氫側(cè)密封油箱中補(bǔ)油。這樣就將含有大量空氣的空側(cè)密封油補(bǔ)進(jìn)了氫側(cè)密封油箱，使氫側(cè)密封油中的空氣含量增加。發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)的氫氣與密封油系統(tǒng)中的氫側(cè)密封油相接觸，氫側(cè)密封油中若溶解有大量的空氣，空氣便會(huì)進(jìn)入氫氣區(qū)域，污染機(jī)內(nèi)氫氣。使氫氣濕度增大，純度降低。

1.2 氫側(cè)油箱中的自動(dòng)補(bǔ)排油閥故障

氫側(cè)油箱中的自動(dòng)補(bǔ)排油閥故障導(dǎo)致在氫側(cè)油箱中的空側(cè)和氫側(cè)油大量交換，使含有大量空氣的空側(cè)回油進(jìn)入氫側(cè)油箱。

一方面在氫側(cè)油箱中直接析出空氣而直接進(jìn)入發(fā)電機(jī);另一方面其作為氫側(cè)油在密封瓦中析出空氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)。

浮球閥因各種原因不能正常開啟或關(guān)閉，這樣將導(dǎo)致密封油系統(tǒng)中自動(dòng)補(bǔ)排油的功能失常。

1.3 差壓閥工作不正常

密封油系統(tǒng)維持氫、油差壓的任務(wù)是由差壓閥來完成的，氫、油差壓閥工作不正常不僅會(huì)污染油質(zhì)，而且會(huì)造成發(fā)電機(jī)漏氫。

1.4 油氫差壓過高或過低

油氫差壓是指空側(cè)密封油與氫氣的差壓。由于氫側(cè)密封油是跟蹤空側(cè)密封油的，因此當(dāng)油氫差壓過高或過低時(shí)時(shí)必然會(huì)使氫側(cè)油壓上升或降低。當(dāng)氫側(cè)油壓過高時(shí)，氫側(cè)密封油將直接通過油擋進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)。

1.5 平衡閥工作失常

330MW發(fā)電機(jī)運(yùn)行中要求平衡調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)精度達(dá)到±490Pa，而該閥的裝配精度相當(dāng)高，如果油中含有雜質(zhì)、水分等，則極易造成閥卡澀，工作失常。

1.6 氫側(cè)油管路供油不足

氫側(cè)油管比空側(cè)油管徑要小的多，氫側(cè)油管很容易發(fā)生節(jié)流造成氫側(cè)油供油不足，密封瓦氫側(cè)油腔內(nèi)油壓無法正常建立，使得中間密封環(huán)空、氫側(cè)密封油壓無法達(dá)到平衡，從而使空側(cè)密封油向氫側(cè)密封油中竄流。

1.7 發(fā)電機(jī)密封油含水超標(biāo)

從系統(tǒng)設(shè)置可以知道，發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)首次啟動(dòng)時(shí)其油來自汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)。而在正常運(yùn)行中，密封油和主機(jī)軸承的回油是在一起的，只不過是一部份進(jìn)入密封油而另一部份進(jìn)入主機(jī)油箱。密封油中帶水，在密封瓦處蒸發(fā)形成水蒸汽進(jìn)入發(fā)電機(jī)使氫氣純度下降，濕度增加。

1.8 發(fā)電機(jī)啟動(dòng)升負(fù)荷或低負(fù)荷操作

氫氣冷卻器冷卻水量調(diào)整控制不當(dāng)或冷卻水溫過低，流量過大，導(dǎo)致氫溫過低產(chǎn)生凝露。內(nèi)冷水系統(tǒng)機(jī)內(nèi)接頭和氫冷器微細(xì)滲漏也可能導(dǎo)致機(jī)內(nèi)氫氣濕度增大。

1.9 排煙風(fēng)機(jī)的運(yùn)行以及氫冷器泄漏對(duì)氫氣純度的影響

排煙風(fēng)機(jī)出力不足或不運(yùn)行會(huì)造成更多的空氣和濕氣溶入空側(cè)密封油中，這樣極少量的串油量就會(huì)使氫氣純度出現(xiàn)較大的下降。排煙風(fēng)機(jī)出口管疏油不暢是使排煙風(fēng)機(jī)出現(xiàn)出力不足的重要原因。氫冷器的泄漏或滲漏主要造成氫氣濕度的惡化，但由于物理交換的不可避免性，水中的空氣會(huì)析出，氫氣純度勢(shì)必下降。

2 ?#2機(jī)組氫氣純度低原因分析及處理

2.1 問題的出現(xiàn)

寧東公司#2機(jī)組在大修后本次A修中打開密封油氫側(cè)油箱檢查，并對(duì)氫側(cè)油箱排油浮子位置上調(diào)了10mm，未進(jìn)行其他的工作。發(fā)電機(jī)密封瓦在翻瓦檢查后試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)有漏點(diǎn)。正常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)氫氣純度下降速度較快，為維持發(fā)電機(jī)氫氣純度在96% 以上，每天都要進(jìn)行排補(bǔ)氫的工作。不但增加了汽機(jī)房運(yùn)行的不安全性，還增加了運(yùn)行人員的工作量，同時(shí)，也造成了大量的氫氣被排放掉，既造成能源的浪費(fèi)，也使制氫站的工作量大大增加。

2.2 問題的分析及初步處理

就現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)象來看，#2機(jī)組氫側(cè)油箱排油管溫度很高，基本與油箱溫度持平，而補(bǔ)油管溫度基本環(huán)境溫度，由此可以判斷密封瓦處存在較大的串流，使得氫側(cè)密封油箱油位高，自動(dòng)排油閥打開連續(xù)排油。氫側(cè)密封油溫53℃、空側(cè)密封油溫52℃ 、空側(cè)密封袖母管壓力0.47 MPa、氫側(cè)密封油母管壓力0.5MPa、油氫差壓82 kPa、氫干燥裝置出口氫氣露點(diǎn)-50℃左右，排煙風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，基本能排除氫冷器泄漏和排煙風(fēng)機(jī)對(duì)其的影響。

從日常調(diào)整的現(xiàn)象來看，提高氫側(cè)密封油母管壓力時(shí)，勵(lì)端、汽端平衡閥差壓表反映明顯，幅度變化較大，隨后保持0位置。降低油氫差壓調(diào)整至70 kPa左右運(yùn)行，抬高氫側(cè)密封油母管壓力至0.6 MPa，仍無明顯效果。最后關(guān)閉密封油強(qiáng)制排油門，維持密封油箱油位在35cm，這樣氫氣純度的下降有了一定的好轉(zhuǎn)，基本2-3天補(bǔ)排氫一次。

3 防止發(fā)電機(jī)氫氣純度、濕度降低的技術(shù)防范措施

3.1 保證制氫站補(bǔ)向發(fā)電機(jī)的氫氣純度和濕度達(dá)到要求，干燥器能正常投入，保進(jìn)入儲(chǔ)氫罐的氫氣濕度（用美國CENER-ALEASTERN公司產(chǎn)D-2 型露點(diǎn)儀檢測(cè)），常壓下濕度不大于2 g/m3，露點(diǎn)≤-50℃。

3.2 制氫站的儲(chǔ)氫罐最好劃分成常用罐和備用罐分組運(yùn)行。常用罐做正常補(bǔ)氫用，每天排污放水1 次，備用罐供緊急情況下使用，每3 天排污放水1 次，在向補(bǔ)氫系統(tǒng)供氫前應(yīng)測(cè)試氫氣濕度、純度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 對(duì)補(bǔ)氫系統(tǒng)進(jìn)行必要的完善，在機(jī)前補(bǔ)氫管道、輸氫管道最低適當(dāng)增加排污放水點(diǎn)，在向發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫前，先進(jìn)行輸氫母管的排污放水，并測(cè)定母管氫氣純度、濕度合格才能向發(fā)電機(jī)內(nèi)補(bǔ)氫。

3.4 防止密封油帶水。軸封系統(tǒng)經(jīng)常處于最佳狀態(tài)下運(yùn)行，既要保持汽輪機(jī)真空不受影響，又要不讓軸封蒸汽進(jìn)入油中。檢修時(shí)，軸封間隙必須調(diào)整合理。

3.5 保證發(fā)電機(jī)氫氣干燥器正常投運(yùn)，干燥器自動(dòng)排水正常。發(fā)電機(jī)氫氣濕度在-5℃～-25℃范圍內(nèi)。

3.6 油凈化裝置按規(guī)律定期投運(yùn)，每周一投運(yùn)，周五停運(yùn)，確保油中含水量不大于100mg/L。

3.7 排油煙（油汽）系統(tǒng)正常運(yùn)行，軸承室內(nèi)保持一定的微負(fù)壓。

3.8 軸封供汽系統(tǒng)正常運(yùn)行，并保證其在工況變化時(shí)，具有良好的跟蹤性能。每當(dāng)發(fā)生較大的變工況，如機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)過程或較大幅度變負(fù)荷時(shí)，保證軸封進(jìn)汽壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)正常。

3.9 機(jī)組運(yùn)行中經(jīng)常監(jiān)視各回油窺視窗有無水珠和汽霧。每月取一次油樣對(duì)油中含水情況進(jìn)行分析，當(dāng)油中含水超標(biāo)時(shí)，應(yīng)對(duì)油箱進(jìn)行放水排污并連續(xù)投入潤滑油凈化裝置運(yùn)行，必要時(shí)投入臨時(shí)濾油機(jī)進(jìn)行濾油。

3.10 切實(shí)控制好發(fā)電機(jī)的運(yùn)行風(fēng)溫和水溫，一般進(jìn)風(fēng)溫度40～46℃，內(nèi)冷水溫45～50℃為佳。

3.11 機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，為防止機(jī)內(nèi)濕度過高，可按氫壓0.1 MPa，內(nèi)冷水壓0.05 MPa 控制，但必須注意內(nèi)冷水回路中不得發(fā)生斷水現(xiàn)象，氫氣冷卻器冷卻水先不投入運(yùn)行，待機(jī)組并網(wǎng)帶初始負(fù)荷再投入氫冷器自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，提高氫壓和內(nèi)冷水壓，以避免低溫狀態(tài)下氫氣凝露。

3.12 加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)積油積水情況的監(jiān)視，每班定期對(duì)發(fā)電機(jī)油水檢測(cè)裝置進(jìn)行排油放水一次。并保證發(fā)電機(jī)油水液位監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置正常運(yùn)行。

3.13 檢修期間調(diào)整好密封瓦間隙，保證空氫側(cè)較小的竄油，運(yùn)行期間調(diào)整好空、氫側(cè)密封油壓，保證空、氫側(cè)平衡閥差壓在±490pa 以內(nèi)。

3.14 氫側(cè)密封油箱浮子調(diào)整不合理，造成排油量過大時(shí)，關(guān)閉氫側(cè)密封油箱強(qiáng)排。

3.15 正常運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)氫氣純度控制在96%以上，否則即使進(jìn)行提純。

3.16 每天夜班對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣純度及濕度進(jìn)行取樣手動(dòng)化驗(yàn)，與在線儀表進(jìn)行核對(duì)，當(dāng)純度或濕度任意一項(xiàng)參數(shù)不合格時(shí)，及時(shí)查找原因，并設(shè)法消除。

4 結(jié)論

密封油對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣污染是發(fā)電廠經(jīng)常遇到的問題，密封油造成氫氣純度下降的原因也很多，只要認(rèn)真排查，對(duì)癥下藥，精心調(diào)整、維護(hù)，問題就能得到妥善的解決。

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作者簡介：

楊玉新（1984-10-19），男，助理工程師，本科，現(xiàn)于神華寧夏國華寧東發(fā)電有限公司發(fā)電有限公司。