氢气纯度分析.doc

摘要通过对石门电厂2台机组氢气纯度偏低问题的治理，总结了影响氢气纯度的几个主要因素，提出了同类型300MW发电机密封瓦安装的理想间隙以及平衡阀的实际最佳工作精度范围。0引言石门电厂装有2台300MM国产火力发电机组，1995年12月13日1号机组并网发电，2号机组也于1996年9月25日并网成功。2台机组分别于1997年5月和1998年5月进行了一次检查性大修。2号机组大修前曾出现过氢气纯度下降现象，后经调整密封油压后恢复正常。除此之外，2台机组于1998年5月前均未见氢气纯度大幅下降现象，但自1998年9月中旬（15日）开始，2号机组氢气纯度下降较快，每天需排补氢量50m3以上，但氢气纯度仍只能维持在91左右，最低曾降至88以下。其后1号机组也发现了类似情况，但较2号机组要相对稳定一些，虽经多次运行调整仍不见好转，已严重危害到机组的运行安全。对此我们开展了一系列的摸索治理。1氢气纯度化验目前，国内各氢冷发电机组氢气纯度的化验方法一般采用经典的吸收法。由于氢气纯度在线仪表一直无法投用，我厂目前也是采用这一化验手段，经现场多次跟踪分析，发现如下几种因素可能会影响到氢气纯度化验的准确性。a气样采集氢气纯度取样点设计在氢气干燥器的进出口管道上。正常情况下，利用发电机转子上的风扇使干燥器内的氢气形成流动。由于氢气干燥器及管道阀门系统一段时间内存在泄漏而使漏氢量增加，在氢气湿度许可的情况下，运行人员往往将氢气干燥器进口一次门及出口二次门关闭，以便将氢气干燥器隔离开来。因此，化验人员取样时，往往因联络不好而采集到非发电机机内氢样。同时由于气体比重的差异，气样中非氢成分增加了，从而使氢气纯度偏低。另外，化验人员采样时冲洗取样球胆的次数多少会影响到氢气纯度的化验结果。为此，决定对氢气干燥器管阀系统进行一次彻底的消缺，并规定任何情况下，不论氢气湿度如何（运行中我厂氢气湿度一般均在合格范围内），氢气干燥器必须投运，化验人员取样时，也应增加冲洗球胆次数。b化验仪器及环境因素化验仪器可能的影响因素是玻璃旋塞的密封。现场化验中往往会发现样气在被药液充分吸收后其体积会增大25个百分点。究其原因主要是随着化验人员上下移动介液烧杯，当样气出现微负压时外界空气会被吸入。另一种可能就是环境温度的影响。由于氢气取样时样气来自氢气干燥器出口，其温度一般会比较低，而当样气在实验室化验时，其温度会逐渐升至室温水平，从而会使其体积增大，这点在冬季有取暖设施的实验室会更趋明显。c其它因素除上述因素外，还有如化验人员的职业素质、化验用药的时效性等也可能影响氢气纯度化验的准确性。2发电机相关系统由于发电机机内氢气运行中的工作压力一般在270300kPa，外界空气是不可能进去的，因此，影响发电机氢气纯度的原因只可能与发电机相关的气、油、水系统有关。经现场反复多次查找，排除了压缩空气进入发电机内的可能性；而发电机内冷水的工作压力一般在200250kPa之间，运行中很少发现内冷水有超压现象，因此，内冷水进入发电机内的可能性也被排除；这样发电机氢气纯度下降的主要原因只可能出在其密封油系统方面。运行中密封油压一般高于氢气压力6085kPa，而空、氢侧油压差按设计应在平衡阀维持的098kPa以内，但由于平衡阀平衡精度较差，运行中空氢侧油压差一般在1015kPa，大大超过设计值。即使不考虑密封瓦间隙误差，密封瓦处空、氢侧油的串油将大大超出设计允许值。由于空侧密封油与主机润滑油系统相通，受抽油烟机的负压影响，其中会溶解或混有一定量的空气成分；再加上为了消除原抽油烟风机的渗油现象，我们在2号机组大修中对原抽油烟机进行了改造，其抽吸能力也由原来的49147kPa提高到294kPa以上，这样就更加重了空侧油中的含气量。随着空氢侧油的不断串油，氢侧油中的含气量逐步增加，当氢侧油自密封瓦中流出时，其中的气体会从高速旋转着的轴颈表面释放出来，并进入发电机氢气系统，从而使发电机氢气纯度下降，也许这就是造成发电机氢气纯度下降的主要原因。基于上面分析，我们采取了如下对策：a调整密封油系统压力，减少空、氢侧串油量。这部分工作的关键就是要提高平衡阀的平衡精度。为了达此目的，我们对平衡阀多次解体清理调整，但其平衡精度一直无多大改善，无奈之下，我们退出平衡阀自动方式，采用人工手动跟踪调整，但由于系统油压波动，人工调整精度一般只达5kPa，瞬时值最高也只达3kPa，而且调整量大，必须有专人在现场跟踪。针对这一情况，将平衡阀进行更换，并对其信号管进行了如下改造：加大管径，减少弯头数量，使每个平衡阀的空、氢侧信号管从标高到走向基本一致等。经上述处理后，平衡阀的精度提高到了3kPa以内。b调整润滑油系统抽油烟机如前所述，经大修改造后，抽油烟机的出力远远大于设计出力，这势必会导致空侧油中含气量的增加，因此必须将其出力下调。为此，我们在每台抽油烟机出口加装专用“U”形管水位计，以便对抽油烟机的出口挡板进行调整，使出力维持在078098kPa之间。经上述处理后，2号机氢气纯度的下降趋势有所缓解，但仍然下跌。显然，氢气纯度下降的隐患还没根本消除。此时，我们了解到西柏坡电厂采取在发电机密封瓦座上加装引风管，使氢气纯度大改善的信息，立即派人到西柏坡电厂以及哈尔滨电机厂了解情况。经了解，该引风管原非西屋公司设计，而是哈尔滨电机厂对它们生产的某些300MW发电机机内漏油现象而专门设计的（见图1）。为了防止漏油，自发电机高压区引一股高压气至密封瓦座的a区，再自密封油箱引一根管路至发电机的低压区，使密封瓦座的b区氢气形成流动。经过反复讨论研究，我们认为该引风管对氢气纯度的影响不大，但为了防止漏油，我们决定还是加装引风管。为慎重起见，密封油箱至发电机低压区的管道不装，以防氢气纯度更加恶化。经加装引风管后开机证明，我们的分析是正确的，发电机氢气纯度仍无多大改善。3发电机密封装置经上述一系列的治理，发电机的氢气纯度仍无根本改善，再一次进行全面深入的分析，在排除了所有其它可能性以后，认为空、氢侧串油是导致氢气纯度恶化的原因，而影响串油量的因素除了密封油压差以外，另一个主要因素就是密封瓦的密封间隙。哈电300MW发电机对密封间隙的要求是：径向023028mm，轴向019023mm，上述间隙值均大于国产机组的使用间隙值（径向015025mm，轴向013020mm）。2号机组密封瓦间隙在安装阶段就存在轴向间隙超标，其轴向间隙值达03mm，通过查找运行记录发现，我厂2号机组在168h试运期间其氢气纯度一般均只可能维持在96左右，如1996年10月22日11时氢气纯度为98，但至17时纯度就下降到9548，而1号机一般均可维持在98以上，这也可证明发电机密封瓦间隙对氢气纯度有一定的影响。因此，经讨论决定对1号、2号机密封瓦适时进行检查或更换。1999年5月，在1号机扩大性小修中检查发现，其密封瓦的径向间隙最大过033mm；而且2个密封瓦均不同程度地存在变形与碰伤现象，必须换瓦。此外，经讨论我们还决定将密封瓦的径向和轴向间隙均调至015018mm。由于1号机扩大性小修后开机时间仅20h左右，经上述处理后，其氢气纯度虽一直稳定在96左右，但密封瓦的更换效果有待进一步论证。1999年8月6日，利用停机机会，我们又将2号机密封瓦进行了检查更换。2号机于1999年8月21日15时36分并网，23日22时解列，其间前后运行近3d，其氢气纯度在没有补氢的情况下一直稳定在96以上。结合1号机的开机情况，看来困扰我厂近1a的氢气纯度问题已基本得到解决。4结论石门电厂发电机氢气纯度恶化的原因是多方面的，但密封瓦空、氢侧串油是导致这一现象的主要根源，密封瓦的密封间隙以及空、氢侧油压差又是影响串油的2个主要方面，从氢气纯度的治理中可以看出：空、氢侧密封油压差应控制在3kPa以内，密封瓦径向与轴向间隙应控制在015018mm内为宜。影响氢冷机组氢气纯度的几项因素分析及处理刘道远嘉兴发电厂 嘉兴314201 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