330MW发电机氢压及氢纯度异常的分析与处理.pdf

2 0 0 7年第 6期 广西电力 3 3 0 mw 发电机氢压及氢纯度异常的分析与处理 an a l y s i s a n d tr e a t me nt o f ab no r ma l pr e s s u r e a n d pu r i t y o f hy d r o g e n i n 3 3 0 m w un i t 许谷任 ， 任志广2 ， 郭艳敏2 x u g u r e n ， r e n z h i g u a n g 2 ， g u o y a n m i n 2 ( 1 广西电力试验研究院有限公司， 广西南宁5 3 0 0 2 3 ；2 大唐桂冠合山发电公司， 广西合山5 4 6 5 0 1 ) 摘要： 为使生产人员了解氢气系统的各种异常， 以某厂 3 3 0 mw 汽轮发电机组为例， 系统性分析了 3 3 0 mw机组氢气泄 漏以及氢纯度低的各种原因， 介绍了处理方案以及预防措施， 为氢气冷却的发电机组正常运行总结出几条可供参考的经验。 关键词： 发电机； 氢气冷却； 氢纯度； 氢压力； 密封油 中图分类号： 以 6 2 1 3 文献标识码： b 文章编号： 1 6 7 1 8 3 8 0 ( 2 0 0 7 ) 0 6 0 0 3 1 0 3 o 引言 随着电力发电机组向大容量、 高参数的方向发 展， 越来越多的现代化大机组都选用了冷却效果好， 质量氢的氢气作为发电机的主要冷却介质。 某发电厂 3 3 0 mw 汽轮发 电机组为亚临界 、 冲 动式、 中间一次再热、 单轴三缸、 双排汽的凝汽式汽 轮机。发 电机是 5 54 6 0型三相隐极式 同步汽 轮发电机。发电机冷却方式为水一氢一氢冷却方 式。其氢气的密封均采用单进双出环式密封瓦， 双 向为氢侧和空侧 ， 氢侧上的径 向间隙为 0 1 6 r f ff n ， 空侧上的径 向间隙为0 。 0 8 r f ff n ， 即主要为氢侧回油。 发电机机身 自由容积为 6 0 m3 ， 正常运行 时保 持机 内相对氢压为 0 2 7 0 3 0 mp a ， 每天最大泄漏 量( 转化为标准大气 压状态 ) 为 1 0 m3 ， 电机运行 时 密封处正常油流量为3 0 0 0 l h ， 发电机运行时密封 进油温度为 4 0， 油氢压差为 0 0 5 mp a 。 该汽轮发电机组氢气密封系统正常运行时， 密 封油来 自主机润滑油系统， 通过真空油箱进行净化 去除油内气体杂质， 经过净化的油通过密封油系统 的主油泵打至发 电机 内进行密封 ， 密封油从发 电机 氢侧出来后经密封油系统的主压力油箱， 到油气分 离器， 经油气分离器分离出来的油再回到润滑油系 统， 由此完成一个简单的密封油循环。其中， 为使作 为发电机密封油的润滑油能保持洁净， 进一步减少 油中烟气及水分的含量， 整个循环系统经历了以防 爆风机为动力的油气分离箱、 以排烟风机为动力的 主机润滑油箱、 以真空泵为动力的密封油真空油箱 收稿日期： 2 0 0 7 0 6 1 2 ； 修回日期： 2 0 0 7 0 9 1 3 的 3次净化。 氢冷发电机连续满负荷运行时， 必须保持氢压 在 0 。 2 7 0 3 0 mp a ， 氢纯度 9 7 以上 ， 最低不得低 于 9 6 。正常压力下， 氢纯度每降低 1 ， 则会导致 摩擦和空气阻力损失 1 0 。当氢压降低至 0 2 7 mp a 或氢纯度低于9 6 时应及时补氢。如果因系统 泄漏而造成氢压低或氢纯度低都将给发电机的安全 经济运行带来十分不利的影响， 当泄漏点处空气不流 通还可能造成氢气爆炸的重大事故。因此， 进一步 规范并加强氢系统运行的分析和检测十分必要。 1 发电机氢气系统泄漏的分析及处理 1 1 发电机氢气直接 向大气泄漏的分析及处理 该厂 2台 3 3 0 mw 机组曾多次发生过发电机端 盖、 氢气各管路系统接头、 各测量接线根部、 发电机 各排污门、 出线罩、 氢气冷却器与发电机的结合处、 氢气干燥器进 12 1 油气分离箱底部排污门等处氢泄 漏。其中最容易发生氢泄漏的地方是各发电机底部 排污门。由于发电机的密封油大部分回至氢侧， 加 之油氢压差采用机械调节容易产生卡涩 ， 因此油氢 压差数值相对保持较高， 这样使得发电机容易少量 进油。为保持发电机内部无油， 必须定期对发电机 底部进行排液排污。由于经常对发电机底部排污门 进行操作， 使得各排污门很容易出现不同程度的泄 漏。对于该类型的泄漏比较容易确定和查找， 最简 单的方法是利用测氢仪或肥皂水涂抹法。如该厂 1 号机组 2 0 0 7 年 1 月份漏氢量呈显著增加趋势， 补氢 维普资讯 广西电力 2 0 0 7年第6期 间隔由正常时的 7 28 0 h缩短为 4 8 6 5 h ， 运行人 员结合充氢记录和设备实际情况利用测氢仪进行细 致的就地管路检查和分析， 最终检查到发电机底部 排污门一次门内漏， 经联系检修人员处理后， 补氢间 隔重新恢复到7 2 8 0 h 。可见， 对于直接经过阀门 结合面漏氢的故障点， 只要运行人员认真分析、 及时 查找， 利用简单的方法便可消除。 1 2 发电机氢气经密封油 系统的泄漏分析及处理 1 2 1 经密封油系统的少量泄漏 经密封油系统的少量泄漏主要是密封油 内会溶 解和携带部分氢气， 并且这种携带和溶解能力也会 随着密封油油温的不同而变化， 所以少量氢气在密 封油系统的损失是无法避免的。对此种情况， 我们 只需定时对油气分离器上部气体进行氢气含量测量 即可 。 1 2 2 经密封油系统的大量泄漏 对于大量氢气由密封油系统外泄， 主要原因有： 密封油油压不够或消失； 回油箱油位过低， 使氢气在 此处通过油气分离箱泄往大气。对此需注意以下 2 点： 第一、 作为氢气的密封介质， 保持密封油压在规 定值， 是防止氢气由密封油系统泄漏的关键之一， 为 防止氢气在密封环处泄漏必须时刻保持足够目相对 恒定的油压， 由此引入了油氢压差保护作为防止氢 由此处泄漏的保证， 即油氢压差值低于 2 8 k p a 报 警 ， 低于 2 5 k p a 触发保护动作； 第二、 为使密封油压 力回油箱内的密封油顺利压至油气分离箱， 并使密 封油在密封环处带出的氢气回至发电机内， 在密封 油回油箱上部安装连通发电机内部的连通管， 也就 是说密封油箱上部充满着与发电机内部相同压力的 氢气。所以， 密封油压力回油箱油位不允许发生油 位过低甚至无油的情况， 一旦密封油压力回油箱内 油位过低或无油， 大量的氢气将被油气分离箱上部 的防爆风机抽出， 从而造成严重的漏氢事故。如 2 0 0 6 年4 月 2 2日1 0 ： 1 5 ， 该电厂 2 号机组曾发生氢 气经过已无油的压力回油箱导向油气分离箱， 再经 防爆风机排向大气的严重漏氢事故。当时运行人员 根据压力回油箱的油位过低这一异常情况及时分析 出了漏氢的原因， 并及时对压力油箱油位进行了手 动调整， 关小压力油箱的旁路放油门， 切断压力油箱 至发电机的回氢门， 经过及时调整， 避免了机组的故 障停机。对此种情况的漏氢， 不仅要注意监视并确 保密封油回油箱的油位， 还要定期对油气分离箱出 口 氢含量进行测量、 分析， 并视情况及时采取相应措 施加 以预防。 1 3 发电机氢气向定子冷却水系统的泄漏 氢气漏向定子冷却水系统主要是由于发电机定 子线圈内漏引起。由于定子冷却水是品质很高的化 学处理水， 对管路的腐蚀很小， 正常情况下管路不会 出现因为腐蚀而发生大量漏氢的事故。但是， 由于 正常情况下要求氢气压力大于定子冷却水的压力， 所以长时间运行的定子冷却水内势必会溶有部分氢 气。此种情况下发生漏氢， 如泄漏严重， 定子冷却水 箱内会有气泡产生， 定子冷却水箱上部燃气测量仪 读数也会明显增大， 并且打开定子冷却水箱上部空 气门用测氢仪测量也会有明显漏氢指示。此种情况 的漏氢应注意时刻保持定子冷却水的水压低于氢气 的压力， 当氢压低时及时补充氢气， 并加强对定子冷 却水箱氢气含量的测量， 一旦含量达到规定值应及 时申请故障停机。对此种缺陷的彻底消除只能选择 停机处理。 1 4 发电机氢气向氢气冷却器冷却水系统的泄漏 由于氢气冷却器冷却水多采用主机循环水， 水 质差， 对冷却器铜管腐蚀性较强， 所以此种情况的漏 氢很容易发生。2 0 0 6 年 3 月 2 8日该电厂 1 号发电 机运行人员曾投用过一直处于备用状态的 3 号冷却 器， 投运 5 ra i n 后氢压下降较快， 值班人员分析后退 出3 号冷却器， 8 9 h 后氢压下降速度才回至正常 值。由此分析氢气冷却器泄漏的特点如下： 氢气冷却器泄漏多发生在氢冷器内水压变化 阶段。这是由于投运或退出氢气冷却器时由于水压 的变化将对冷却器内铜管造成冲刷， 从而进一步增 大泄漏点 。 此种泄漏的漏氢量不是相对恒定的值。 为使氢冷器内冷却铜管时刻充满水， 而避免产 生“ 金属一水一气” 三相严重腐蚀现象， 氢冷器的冷 却水均采用出口门控制的方法， 即备用冷却器冷却 水的出口门关闭。在刚刚退出冷却器时漏氢量是渐 渐降低的， 因为氢气向冷却水泄漏， 而冷却水出口是 关闭的， 进口连接循环泵， 冷却器在1 2 m平台， 所以 整体上看冷却水管路可近视为“ ” 型， 当顶部被氢气 充满后 ， 泄漏量 自 然会减少。为保证机组的正常运 行， 针对此种情况的漏氢， 可以直接打开备用的冷却 器水侧“ 兀 ” 型管顶部的放空气门进行氢气含量的测 定， 通过对测量值的分析， 便可判断该冷却器在投运 前是否有泄漏。当发现某台氢气冷却器泄漏时， 应 加强对冷却水水压及氢压的监视， 确保氢压大于水 压， 严防发电机进水造成事故。 2 发电机氢气纯度降低的分析及处理 2 1 密封油真空油箱真空度对氢气纯度的影响 密封油真空油箱是密封油进入发电机进行密封 的最后一个储油装置， 也是作为净化密封油的最后 维普资讯 2 0 0 7年第6期 广西电力 一 道防线， 它是利用油箱内的高度负压使密封油中 含有的空气、 湿气及烟气析出， 从而降低密封油内杂 质对氢纯度的影 响。因此 ， 密封油真空油箱 内真空 度直接影响着氢气纯度。 2 0 0 6 年 1 1 月某 日， 该厂 1 号发电机氢气纯度 只能维持在 9 5 8 9 5 9 。经对系统进行检查 发现 ： 密封油真空油箱真空度在 一8 o k p a左右 ， 而 正常运行真空度应在 一9 3 k p a 以上。于是对真空 泵进行解体检查， 发现真空泵内间隙过大， 泵无法抽 吸出更高的真空。原因为洪水期的工业用水水质 差， 曾多次导致真空泵锈蚀卡死。检修人员为使泵 能运转而不被再次卡涩， 有意调大 了真空泵的间隙， 从而导致了真空泵的效率低下。经改变真空泵冷却 水水源， 使之改为经过处理的化学水， 并调小泵内间 隙， 提高真空泵出力， 使得氢纯度由原来的 9 5 8 9 5 9 慢慢提升到了 9 6 7 9 6 9 。 2 2 主机排烟风机对氢气纯度的影响 主机润滑油箱顶部排烟风机不仅起到保持主油 箱微负压的作用， 更为重要的是它能除去绝大部分 油中溶解的烟气、 湿气， 如果此排烟风机出力不够， 大量的烟气和湿气将依靠密封油真空油箱除杂质 ， 那样势必会增大密封油的杂质含量， 同样会影响氢 气的纯度。如该厂曾出现过排烟风机 出力不够 ， 且 备用排烟风机存在倒转 的情况 ， 由此进一步降低 了 运行排烟风机的出力。经测量发现原因为主油箱上 部真空比设计值高出大约5 1 p a 。于是， 利用停机检 修机会 ， 对排烟风机进行 了检修并对油箱顶部油雾 分离器进行了清洗， 重新调整了蝶阀舌瓣的位置， 使 主油箱上部的真空值为设计值( 2 4 7 o p a ) 。经过 以上处理后发 电机 内氢气纯 度 由 9 6 7 9 6 9 上升为 9 7 1 -9 8 1 。 2 3 其他原因造成氢气纯度的降低的分析 密封油防爆风机出力不够或主机轴封汽压过 高同样也会影响氢气纯度。前者造成油中的杂质不 能除尽 ， 后者则使密封油 中湿气含量增加 。实践证 明， 油中溶有少量的湿气和空气杂质都会造成氢气 纯度的大幅降低。 由于密封油多数与主机润滑油采用同种油质 且相通循环 ， 发电机密封环进 口密封油压为 0 4 p a ， 而氢侧回油仅为 0 2 p a 左右。在此过程中密封油 瞬间降低压力会释放出油中的杂质， 而这些烟气杂 质如果不除去， 尤其是油中的湿气及所携带的烟气 会在密封环出口迅速释放从而导致氢气纯度无法维 持在 9 7 以上。 3结语 综上所述， 采取以下 的预防措施可有效防止发 电机氢气系统异常。 认真做好润滑油及密封油系统的定期维护工 作， 对各台泵的出力定期进行检测， 做好各参数的监 视 、 记录。认真做好运行分析。 确保在线滤油机连续运行。 对发电机的漏氢量要定期进行计算、 分析， 发 现漏氢严重时应及时查找原因， 防止事故扩大。 认真执行发电机底部排污措施 ， 使机内较重 的气液杂质及时排出。 ( 上接第 3 o页) 维持真空在 一9 o 一9 2 k p a 范 围内稳定运行。 在升速、 升负荷过程中密切监视各瓦轴振动 情况 ， 特别是 3 6号瓦轴振的变化情况 。 并网后当3 x轴振增大至 1 1 0 m以上时， 启 动 2台顶轴油泵， 待 3 x轴振回落