发电机氢气系统泄漏的分析及处理.doc

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，氢气作为发电机的主要冷却介质。某发电厂330 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 55460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016 rffn，空侧上的径向间隙为0。08 rffn，即主要为氢侧回油。发电机机身自由容积为60 m3，正常运行时保持机内相对氢压027030 MPa，每天最大泄漏量(转化为标准大气压状态)为10 m3，电机运行时密封处正常油流量为3 000 Lh，发电机运行时密封进油温度为40，油氢压差为005 MPa。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。27030 MPa，氢纯度97以上，最低不得低于96。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10。当氢压降低至027MPa或氢纯度低于96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11 发电机氢气直接向大气泄漏的分析及处理该厂2台330 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121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2007年1月份漏氢量呈显著增加趋势，补氢间隔由正常时的7280 h缩短为4865 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7280 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。12 发电机氢气经密封油系统的泄漏分析及处理121 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。122 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28 kPa报警，低于25 kPa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2006年4月22日10：15，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。13 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。14 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。2006年3月28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 rain后氢压下降较快，值班人员分析后退出3号冷却器，89 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12 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21 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。2006年11月某日，该厂1号发电机氢气纯度只能维持在958959。经对系统进行检查发现：密封油真空油箱真空度在一8O kPa左右，而正常运行真空度应在一93 kPa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958 959慢慢提升到了967969。22 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51 Pa。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(247O Pa)。经过以上处理后发电机内氢气纯度由967969上升为971-981。23 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04 Pa，而氢侧回油仅为02 Pa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