發電機雙流密封油系統運行實踐優化

摘要：密封油異常引起的發電機事故時有發生，甚至會因氫爆而損毀發電機。鑒于此，為避免人因失誤等，根據多年的實踐經驗，結合實際案例，論證空側密封油泵入口母管兩個隔離閥減為一個、壓差閥的彈簧螺桿設旋出至極限位的閉鎖裝置、氫側回油箱增設緊急排油通道、壓差閥空側信號管增裝總隔離閥、兩個壓差閥油壓信號管改為相互獨立的方式總計五種優化措施，以期提升安全性。

關鍵詞：密封油系統;人因失誤;優化;安全性

中圖分類號：TM611" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）24-0066-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.016

0" " 引言

某火電廠為2×600 MW單元制汽輪發電機組，采用水氫氫冷卻方式，配置典型的雙流密封油系統（圖1），向發電機軸伸（勵端和汽端）提供空側和氫側兩路密封油，防氫氣外逸，避免空氣侵入，同時潤滑和冷卻密封瓦?？諅扔徒浛諅让芊庥捅茫ㄕ＝涣鞅眠\行、直流泵備用）、主壓差閥、冷油器、濾網及空側瓦后，與潤滑油一起回流至空側回油箱，部分油再至空側泵，構成空側油的正常通流路徑。同時，空側油還設備用壓差閥，正常由汽機主油泵供油，主油泵停運后由高壓備用密封油泵供油;備用壓差閥還設一路低壓潤滑油作備用油源。氫側油經氫側密封油泵、冷油器、濾網、壓力平衡閥、氫側瓦回油至消泡箱，再至氫側回油箱，最后至氫側泵，構成氫側密封油的正常通流路徑。

正常運行空側交流油泵，由主壓差閥自動跟蹤氫壓以保持0.084 MPa油氫壓差。當壓差降至0.056 MPa，備用壓差閥自投（第一備用油源）以維持該壓差。當壓差降至0.035 MPa，空側直流油泵自啟（第二備用油源）以維持0.084 MPa壓差。

由平衡閥調節氫側油壓與空側油壓平衡，防止相互竄油。氫側回油箱是氫側油源，也起到隔離機內高壓和機外壓力的重要功能[1]。箱內設補、排油的浮球閥自動調節油位，補油來自空側泵出口，排油至空側油泵入口側。可見，空側與氫側油既獨立又互有聯系。

密封油中斷和大量進密封油是密封油威脅發電機安全的兩種主要異常情況[2]。密封油中斷，會造成大量漏氫、氫爆，甚至損毀發電機，近幾年不乏其例，危害最大。發電機內部進密封油，會腐蝕發電機繞組絕緣[3]和轉子護環;油吸附于鐵芯、通風孔等會引起過熱;還會降低氫純，增加鼓風損耗[2]等。預控密封油異常，一直是電廠風險管控、隱患治理的重點。

1" " 空側密封油泵入口母管兩個隔離閥減為一個

1.1" " 隱患分析

#1發電機空側密封油泵入口母管現場串接兩個隔離閥（空側油箱側的為#1閥，空側油泵側的為#2閥），并且氫側回油箱排油管接于兩隔離閥之間，如圖2所示。一次檢修后啟密封油系統，采取逐步試運的方案。即在空側泵、主壓差閥、高壓備用油、氫側泵置停運、隔離狀態，先打開空側低壓備用油，通過備用壓差閥對密封油系統注油。其間，大機油箱油位不正常降低，立即隔離該油源，但發電機已大量進油。原因是氫側油未運行，空側油在軸伸處向氫側大量竄油，使氫側回油箱油位升高。油位超限后，排油閥應自動打開向空側排油。但注油前，為隔離其他油源，#1、#2閥均被關閉。即氫側回油箱的排油通道被隔離而不能排油，造成該油箱滿油。直至消泡箱油位超軸頸最低位，油漫過油檔與大軸間隙而溢入發電機內。正確的操作是關閉#2閥（隔離主壓差閥和空側泵）而打開#1閥，保持氫側回油箱至空側油箱排油通道暢通。這明顯發生了人因失誤。

1.2" " 消除方案

應拆除空側泵入口母管#1閥：1）密封油啟動時，正如上文分析，#1閥須保持打開狀態，否則會造成發電機進油;2）正常運行時，#1、#2閥應全部打開，確保空側泵進油及氫側回油箱排油通道都暢通;3）運行中檢修空側泵或主壓差閥時，關閉#2閥即可隔離油源，而#1閥應打開以保證排油通道暢通;4）密封油停運或檢修時，#1閥也應打開，以防發電機進油。以上分析說明任何工況#1閥都應打開，即該隔離閥未起到隔離作用。多裝閥門無謂地增加了人為誤關和閥芯脫落的風險，即增加了發電機進油和空側泵失去油源的可能。另外，還增加了介質流動阻力、維護量和投資等。故拆除#1閥，可提升安全、經濟運行水平。為此，該廠#2發電機密封油系統已拆除該閥。

2" " 壓差閥彈簧螺桿設旋出至極限位的閉鎖裝置

2.1" " 隱患分析

一次運行中，#1發電機油氫壓差持續降低，于是手調主壓差閥彈簧調節螺母（旋長彈簧螺桿以增加彈簧下壓力）升高油氫壓差。多次操作后，偶然發現螺桿幾近由螺套崩離（不到2圈的螺紋接觸）。若繼續操作，甚至設備發生振動都可使彈簧崩離。當即回旋幾圈，以保安全。油氫壓差持續降低，最終判定是安全閥泄漏引起的，更換后恢復正常。

主壓差閥壓力室由波紋管分隔為上腔和下腔，上腔引入氫壓（p1）信號，下腔引入空側油壓（p）信號，壓差閥可移動零件的自重力及彈簧都產生向下的壓力（力之和為p2），p=p1+p2時為閥門穩定狀態。當氫壓（p1）升高時，波紋管的總壓力（p1+p2）也升高，下移的波紋管帶動壓力桿下移，主壓差閥關小，使空側瓦油量增大、油壓升高，直至p=p1+p2再平衡為止。當機內氫壓下降時，則相反。壓力p2基本決定油氫壓差的大小，其中彈簧力可調、自重力恒定，并且彈簧力遠大于自重力，故油氫壓差的大小由彈簧力主導。彈簧一旦崩離，其壓力突變至0，壓力p2只剩自重力，主壓差閥開大將使油氫壓差快速降低。即彈簧崩離會使壓差閥失去調控作用，空側油會同時失去交、直流油泵兩路油源，只剩備用壓差閥供油，這嚴重威脅主機安全。另外，彈簧崩出還可能傷及操作人員，之前山東某廠曾發生過該類事件。

2.2" " 消除方案

為消除該隱患，適當延長彈簧螺桿的長度，在螺桿末端的旋出極限位增裝金屬環（或銷子）。當螺桿旋至該極限位時，通過下部螺套對金屬環的阻擋，閉鎖螺桿進一步旋出而脫離螺套，消除彈簧崩離的隱患。需要說明的是，上述螺桿延長部分及增設的金屬環或橫向銷子的自重力，都由靜止的閥體承重，對壓差閥調整特性不產生影響。

3" " 氫側回油箱增設緊急排油通道

3.1" " 隱患分析

發電機進油多數是消泡箱進油量大于排油量，油位漲至軸徑最低處，油通過迷宮式油檔與轉軸的間隙溢至發電機內。具體原因很多：例如上文1中氫側回油箱排油通道被隔離;有的電廠啟密封油時，未將氫側回油箱排油閥上部頂針旋出（強行關閉該閥）[4]或該閥卡澀等，都會使油箱失去自動排油功能，致發電機進油。實踐說明，密封油啟、停階段發電機進油的概率最大。該階段進油后，可先清理進油再啟動，影響不大。但發電機運行中進油，危害很大，應重點預控。其中，氫側油停運導致進油的風險最大。正常方式運行時，平衡閥調節氫側油壓使其與空側油壓平衡，兩側油在軸伸處竄油量很少，氫側回油箱也很少發生補、排油。但氫側油停運后，空側油在軸伸處會向氫側大量竄油，等同于向氫側回油箱持續補油。油位超限后，油箱將自動排油，油位降至正常范圍。若上述現象是持續的，那么排油也將是持續的，即排油門會長期在打開狀態。其間，排油門任何異常引起排油量低于補油量，很快就會使發電機進油。該期間，一旦發生補油門誤補油，即使排油門能正常排油，上述兩種方式的補油疊加，排油量仍可能小于總補油量，也可致發電機進油。尤其是補、排油門均置于氫側回油箱內部，不能直接監控狀態，一旦油位高異常，則難以及時分析和正確處置，成為防發電機進油的重要隱患。

3.2" " 消除方案

氫側回油箱增設箱外緊急排油通道，可作為油箱緊急排油的有效手段。用管道連接氫側泵出口和空側油泵入口母管，管道安裝隔離門，該閥正常關閉。一旦油箱油位過高，即打開緊急排油通道（宜先關閉氫側泵再循環門以防氫側供油量不足）強制排油，降低油位。當油位降至正常范圍，再關小隔離門，直至油位趨穩為止。然后再分析、處置相關異常，合理預防發電機進油。該廠已在#2發電機密封油系統增設該緊急排油通道。選擇通道內徑時，涉及以下條件：1）不影響氫側泵對密封瓦的最大供油量。氫側泵額定流量（4.8 m3/h）是按氫側瓦最大允許間隙和最高允許進油溫度下，氫側瓦計算供油量再增50%油量設計的。2）管道排油能力不小于氫側油停運后空側對氫側的軸伸竄油量。氫側油停運后，按密封油流量公式計算，空側向氫側的竄油量小于正常氫側流量（因流道變長，實際約為正常流量的2/3[1]）。3）能代替氫側回油箱自動排油。自動排油門內徑為18 mm，故緊急排油管道內徑按氫側泵出口母管（?48×4.25）內徑尺寸的1/2（19.25 mm）選擇，可同時滿足上述條件。結合規格系列，最終選取?26.75×3.25（不銹鋼材質）的管道。

4" " 壓差閥空側油壓信號管增裝總隔離門

4.1" " 隱患分析

廠家試驗證實，因信號管彎道的阻尼性或含油泥、氣體等，壓力傳遞會不同步，且波紋管式壓差閥反應靈敏，易導致壓差閥誤調而發生油壓波動，習慣稱“共振”。為防共振，宜將壓差閥空側油壓信號門保持很小的開度（僅留1/4～1/2圈，廠家要求），以降低對壓力的靈敏性，可消除共振。同時又帶來新問題：以主壓差閥為例，當定期試運空側直流泵時，該泵和交流泵雙泵運行引起壓力升高，主壓差閥自動調節以維持正常油氫壓差。而手停直流泵后，空側油壓突然降低（壓差同步降低），壓力室下腔（油側）將向系統側泄壓。因該信號門開度過小，不能快速泄油而致憋壓，使壓差閥不能快速升高壓差至正常值，差壓過低會聯鎖直流泵自啟。當再次手停直流泵后，還重復同樣過程，即直流泵再次自啟。直流電動機頻繁啟動對其壽命影響很大;同時，油氫壓差大幅波動還可引起漏氫、密封瓦磨損等后果。

另外，若氫壓突升，壓差閥壓力室上腔（氫側）會下壓波紋管，也會致下腔憋壓，同樣發生上述不利現象。為此，在主、備用壓差閥的油壓信號門都并聯了逆止門，便于快速泄壓。

但并聯逆止門后，又派生新隱患：一次為更換備用壓差閥做隔離措施，關閉空側信號油門后，在拆除壓差閥與油壓信號管的連接法蘭時，壓力油經逆止門后噴出，信號油壓突降。因共用油壓信號管網，兩個壓差閥同時誤升油氫壓差，威脅主機安全。這證明逆止門不能隔離油壓，不能運行中更換故障的壓差閥，直接影響了發電機的安全運行。

4.2" " 消除方案

為消除隱患，應在壓差閥空側信號管增裝總隔離門。正常運行中該門打開;關閉該門可徹底隔離油壓，就能在線更換壓差閥，提升可靠性。

該廠#2發電機密封油備用壓差閥的空側信號管已增裝該門。

5" " 壓差閥油壓信號管改為相互獨立的方式

5.1" " 隱患分析

該廠密封油主、備用壓差閥油壓信號共用信號管網（圖3），不利于可靠性。該管網除接兩個壓差閥外，還接數目不等的隔離閥、逆止閥、油壓表、變送器、壓差開關、排污閥和儀表柜等。其中，連接用活結及法蘭達22個，再計及閥門盤根、端蓋等，總計31個易漏油的風險點。還有，該油壓信號管（?14×2）機械強度有限，作業時一旦誤踩碰，易引發泄漏。一旦泄漏，信號油壓大幅降低，兩個壓差閥會同時誤調，致油壓、油氫壓差大幅升高，易導致發電機進油等。該廠發生過同理性事件。當時，為消除#2發電機密封油油壓波動，決定對主壓差閥壓力室下腔排氣。但事先未按規定先降低油氫壓差[4]，而且排氣時誤將下腔排氣螺塞全部旋出（應緩慢排氣），使下腔泄壓過快，致誤升油氫壓差達0.196 MPa，導致發電機進油至少20 L（油氫壓差過高，密封油將由氫側配油槽沿軸向沖刷油檔，部分油經油檔與軸徑間隙進入發電機內）。還有長期運行，信號管網低位或拐角易沉淀油泥、堵塞管道等。

5.2" " 消除方案

依上述分析，兩個壓差閥共用油壓信號管網的不利因素如下：1）共用管網復雜，漏油、堵塞的概率升高;2）任一漏油或堵塞，兩個壓差閥都收到假油壓信號，會同時誤調，即備用壓差閥也失去“備用”功能;3）管網異常，難以在線消缺，密封油可能長期高參數運行，威脅發電機安全，甚至緊急停機。故油壓信號管應各自獨立，使備用壓差閥真正起到備用功能。另外，為保證壓差閥信號油壓相同，兩路油壓信號管應接至主管道的同一高度。如此，當主壓差閥信號管發生漏油等異常時，先切至備用壓差閥，再隔離主壓差閥消缺。同樣，備用壓差閥發生同類異常，也便于消除。

6" " 結束語

密封油系統復雜隱蔽[4]，一旦異常直接威脅主機安全，應急處置也很困難。為此，優化系統，降低人因失誤風險，并使系統便于應急處置等，可預控發電機事故。1）消除人因失誤。拆除#1閥，徹底消除誤關該閥（或閥芯脫落）的風險;壓差閥彈簧螺桿增設閉鎖裝置，徹底消除人為失誤而致彈簧崩離的隱患。2）為緊急處置創造條件。氫側回油箱增設箱外緊急泄油通道，為緊急預控發電機進油提供有效手段;增設壓差閥空側信號管道總隔離門，為在線更換壓差閥等創造條件。3）提升系統可靠性。改為相互獨立油壓信號管網，消除兩壓差閥可能同時誤調的隱患等。

[參考文獻]

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