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影响氢冷机组氢气纯度的几项因素分析及处理 2008-04-23 12:15:19作者：来源：网络浏览次数：64文字大小：【大】【中】【小】简介：氢冷系统在发电机中的应用，使大容量、高效率的发电机的出现成为可能。但发电机氢冷系统的采用也带来了一系列的问题，其中最为突出的是氢气湿度和氢气纯度的问题。氢气湿度高，易造成氢冷发电机护环的损坏和定子 .氢冷系统在发电机中的应用，使大容量、高效率的发电机的出现成为可能。但发电机氢冷系统的采用也带来了一系列的问题，其中最为突出的是氢气湿度和氢气纯度的问题。氢气湿度高，易造成氢冷发电机护环的损坏和定子线圈端部绝缘的击穿；而氢气纯度低，则会直接影响发电组的安全运行。嘉兴发电厂发电机氢冷系统中氢气湿度的维持靠的是采用在线吸附干燥的方式来进行，干燥装置采用上海化工院生产的吸附式干燥器，产品氢气的露点一般均能维持在20以下。氢气纯度的维持则靠双流环密封瓦，通过氢侧密封油平衡阀跟踪空侧密封油压以维持双流环间尽量少的空、氢侧密封油串流，以防止氢气纯度的下降。发电机氢气纯度的下降是一个比较综合性的问题，与很多因素都或多或少的有着一定的关系。 嘉兴发电厂1号机组在1996年大修后一直出现氢气纯度偏低的现象，以下粗浅地分析一下影响发电机氢气纯度的一些因素以及处理方法。1 影响发电机氢气纯度的因素11影响氢气纯度的直接原因嘉兴发电厂空、氢侧密封油的设置（典型的二流环式密封）是防止氢气外泄的作用，空、氢侧密封油油路的分开是为了防止氢气受到含空气和湿气较多的空侧密封油的污染。其主要是靠氢侧密封油压通过粗调氢侧密封油泵出口再循环阀使空、氢侧密封油压基本一致，同时通过调节氢侧密封油平衡阀下部顶针顶起高度，从而使密封瓦处的空、氢侧密封油压力达到平衡，以使密封瓦中间环处的空、氢侧密封油串流量达到一个较小的水平（通常是在10 cm水柱以内，其中表示氢侧密封油压高、表示空侧密封油压高）。来保持发电机内H2的干度和纯度。当密封瓦处的空、氢侧微差压调整好后，由于平衡阀平衡点已经设定好，当空侧密封油压改变时平衡阀自动跟踪调节氢侧密封油压使空、氢侧微差压保持不变。当氢侧密封油平衡阀调节不灵敏时，会造成氢侧密封油压过高或过低，使中间环处的空、氢侧密封油平衡被破坏，使空、氢侧密封油之间的串流增大。当氢侧油压过高时，氢侧密封油通过中间环流至空侧密封油当中，氢侧密封油箱油位下降，为维持氢侧密封油箱油位，空侧密封油自动补油至氢侧油箱，这样，富含空气和湿气的油使氢侧油受到污染，特别是在消泡箱内扩容时会将其中的空气和湿气基本上全部释放，使氢气纯度下降。当氢侧密封油压过低时，空侧密封油直接进入氢侧油，回至消泡箱，扩容并释放空气和湿气，使氢气品质恶化。综上分析可知：影响发电机内氢气纯度的直接原因是空、氢侧密封油的串流，而影响串流的因素有以下几方面原因。12平衡阀调节失灵对H2纯度的影响造成氢侧密封油平衡阀调节不灵敏的主要原因是调节阀的卡涩以及平衡阀信号室内有杂物。由于密封瓦处空、氢侧密封油压压差仅几个mmH2O，油路或信号管稍有堵塞或杂质均会使平衡阀调节不灵敏现象的发生。13密封瓦间隙对氢气纯度的影响发电机轴与密封瓦之间间隙对串流量的影响如下式所示：Qdpc3（12l）（1） 其中Q密封油间的串流量p空、氢侧密封油微差压 d转子轴径 c中间环和轴间的间隙 透平油的动力粘度 l中间环长度 由上式可见，密封油间的串油量与密封瓦中间环与轴的间隙成三次方关系，间隙越小，氢气越容易密封，空、氢侧密封油间的串流量也会越小。但密封瓦与发电机轴之间的间隙是一个比较难协调的矛盾，由于密封瓦是浮动在轴上的，该间隙太小，极容易引起发电机两侧轴承振动的增大。该间隙太大，不但引起串流量的增加，同时由于空侧密封油流量大，流阻小，空侧油直接通过中间间隙流至氢侧油处，会造成氢侧油的虚假油压，此时虽然空、氢侧密封油微差压计上显示空、氢侧密封油已达到较好的平衡，但实际上密封瓦中间环的串流量还是很大。14密封油温度对氢气纯度的影响密封油温度对氢气纯度的影响主要表现在密封油温度的改变使密封瓦与轴之间的间隙改变，从而使油的串流量改变。油温改变对间隙的影响关系式如下：c1sealdt（2）c2rotor dt cc1c2其中c间隙改变量seal密封瓦线形膨胀系数 rotor轴线形膨胀系数 d轴径 t温度改变量 同时油温的改变使得油的动力粘度改变，油的流动特性改变使油的串流量改变。15氢侧供油管路节流对氢气纯度的影响氢侧密封油供油管路的意外节流造成氢侧油供油不足，密封瓦氢侧油腔内油压无法正常建立，使得中间密封环空、氢侧密封油压无法达到平衡，从而使空侧密封油向氢侧密封油中串流。但不同的节流点表现出来的现象是不同的，由于空、氢侧密封油微差压管路取样点是取在发电机端盖处的，在取样点前出现节流时，表现在调节氢侧油母管压力时空、氢侧密封油微差压计上反映迟钝。当取样点后有节流时，调节氢侧密封油压，则微差压计上的动作幅度会很大。16平衡阀信号管管路有节流时对氢气纯度的影响平衡阀时刻处于跟踪空侧密封油压调节氢侧密封油压，使得空、氢侧密封油压基本一致，因此平衡阀信号管内一直有微量油流动。当管路中有节流时，会造成油压信号传递失真，平衡阀调节滞后，影响调节品质，使空、氢侧间的串流增加，氢气纯度下降。17排烟风机的运行以及氢冷器泄漏对氢气纯度的影响排烟风机出力不足或不运行会造成更多的空气和湿气溶入空侧密封油中，这样极少量的串油量就会使氢气纯度出现较大的下降。排烟风机出口管疏油不畅是使排烟风机出现出力不足的重要原因。氢冷器的泄漏或渗漏主要造成氢气湿度的恶化，但由于物理交换的不可避免性，水中的空气会析出，氢气纯度势必下降。2 1号机组氢气纯度低缺陷的分析与处理21问题的出现1号机组在1996年大修后一直出现氢气纯度较低的现象，但故障现象并不明显，通过氢气正常泄漏和补充发电机氢气纯度基本上能维持在上海电机厂要求的95以上。在1997年10月份1号机组小修后，氢气纯度的下降速度较多，为维持发电机氢气纯度在95以上，每天都要进行排补氢的工作，排补氢量达到平均每天40个标准m3以上。不但增加了汽机房运行的不安全性，还增加了汽机巡检人员的工作量，同时，也造成了大量的氢气被排放掉，既造成能源的浪费，也使制氢站的工作量大大增加。22问题的分析及初步处理就现场的现象来看，1号机组氢侧油箱排油管温度很高，基本与油箱温度持平，而补油管温度基本为环境温度，由此可以判断密封瓦处存在较大的串流，使得氢侧密封油箱油位高，自动排油阀打开连续排油。励端空、氢侧密封油微差压为147196 kPa（1520 cmH2O）（空侧高），汽端为26463136 kPa（2732 cmH2O）（空侧高），这也反映了空、氢侧密封油压的不平衡。氢侧密封油温53、空侧密封油温52、空侧密封油母管压力05 MPa、氢侧密封油母管压力051MPa、油氢差压84 kPa、氢干燥装置出口氢气露点68左右，排烟风机运行正常，基本能排除氢冷器泄漏和排烟风机对其的影响。同时对汽、励端氢侧密封油平衡阀信号管进行了在线清洗，无节流及堵塞现象。而且主要由于汽端空、氢侧密封油压力无法平衡，对汽端氢侧密封油平衡阀及信号室进行了清洗，未能收到效果，更换汽端氢侧密封油平衡阀也未能收到成效。这样也就排除了平衡阀调节不灵敏造成氢气纯度低的可能性。 从日常调整的现象来看，当抬高氢侧密封油母管压力时，励端平衡阀微差压计反映明显，升幅较大，而汽端则反映迟钝。这一点说明有可能汽端氢侧密封油供油管存在意外节流。另外，发电机两侧密封瓦进油处空侧密封油压分别为汽端033 MPa、励端037 MPa，相差较大，这一点说明汽端密封瓦间隙磨损较大，泄油量较大，油压偏低。在某种程度上也会反映在汽端密封油微差压计反映迟钝上，因为泄油量大了，母管压力虽然改变了，但通过平衡阀节流调节后的改变量并不大，泄流快了，取样点处压力自然就不大变化了。由于这两种情况均可能出现，但又无法在线处理，因此决定采用下述临时措施以减缓氢气纯度的下降速度。具体措施如下：将油氢差压调整至70 kPa左右运行，抬高氢侧密封油母管压力至055 MPa，适当降低密封油供油温度至空侧50、氢侧51 。此时汽端空、氢侧密封油微差压在17642254 kPa（1823 cmH2O）（空侧高）、励端空、氢侧密封油微差压在0196 kPa（2cmH2O）左右。这样氢气纯度的下降有了一定的好转，每天平均的排补氢量在20个标准m3左右。在随后的1号机中修过程中对1号机发电机两侧密封瓦块进行了检查，其中汽端密封瓦间隙超标（比标准超出一倍），励端密封瓦间隙合格。氢侧密封油供油管无堵塞和节流现象。更换汽端密封瓦瓦块后，运行情况正常，汽、励端空、氢侧密封油微差压均在0196 kPa（2 cmH2O）左右，氢气纯度合格并维持在98左右。 3 改进建议此次氢气的下跌虽然是由于密封瓦间隙的磨损引起的，但这与系统布置上的不合理性有着一定的关系，由于空侧密封油采用的是供油总管调节油压。当两个密封瓦块与轴的间隙出现较大偏差时，两侧压力不平衡或者无法平衡的现象就会出现，氢气纯度就会下降。因此，如果空侧密封油汽、励端均接入一路调节站，两侧油压更容易达到平衡，也就不会产生上述现象了；密封瓦处的空、氢侧密封油压的平衡是反映在平衡阀微差压计上的，但微差压计的信号管取样点在发电机端盖处，并不能真正反映瓦块中间环处