关于我厂发电机氢气纯度下降的原因分析

1、发电机氢气纯度下降的原因分析内蒙古磴口金牛煤电有限公司 张鹏摘要我厂两台350空冷机组，#2机在C级检修后于2013年5月2日正常启动，启动后出现正常运行氢气纯度降低较快的问题，文中对这个问题的原因进行了分析，结合生产实际探讨了解决问题的方法。并对密封油系统的调整和维护进行了介绍。我厂两台350MW空冷机组，发电机是哈尔滨电机厂生产水氢氢冷却方式的QFSN-350-2型汽轮发电机，即定子绕组为水冷却，转子绕组为氢气内部冷却，铁芯为氢气冷却。配套使用的是YKG-350-5YH型密封油系统。一、YKG-350-5YH型密封油系统的结构和性能轴端密封油结构如图本系统为集装式，与发电机的双流环式轴封(

2、密封瓦)装置相对应。汽轮发电机密封瓦内有两个环形供油槽，从供油槽出来的油仍分成两路沿着轴向通过密封瓦内环和轴之间的径向间隙流出，其油压高于发电机内的氢气压力，从而防止氢气从发电机漏出。在密封瓦内设有两个供油槽，形成独立的氢侧和空侧的密封油系统。当这两个系统中的供油压力平衡时，油流将不在两个供油槽之间的空隙中串动。密封油系统的氢侧供油将沿着轴朝发电机一侧流动，而密封油系统的空侧供油将沿着轴朝外轴承一侧流动。由于这两个系统之间的压力平衡，油流在这两条供油槽之间的空间内将保持相对静止。由于正常情况下密封瓦中的空侧和氢侧密封油具有几乎相同的压力，空侧和氢侧密封油各自保持相对独立的状态进行循环。机组在运

3、行中密封油系统中的氢侧密封油与发电机机内的氢气相接触，密封油系统部件工作不正常或运行调整不当，参数控制不好均能够引起发电机氢气纯度低。二、发电机氢气纯度降低的原因分析1、空侧与氢侧密封油压差值大发电机空侧与氢侧密封油在密封瓦中的压力不平衡，会引起油流窜动，若空侧密封油压高于氢侧密封油压，则含有大量空气的空侧密封油向氢侧密封油窜油，此时窜到氢侧的空侧密封油将随氢侧密封油一起回到发电机的氢侧回油腔(即消泡箱)，然后经氢侧回油管，返回到氢侧密封油箱中，在此过程中一部分空侧密封油内所含的空气直接析出进入发电机内。同时空侧向氢侧窜油也一定程度的排挤了氢侧油，使氢侧的进油减少，这将加大油污染。若氢侧密封油

4、压高于空侧密封油压，则氢侧密封油向空侧密封窜油，此时将使回到氢侧密封油箱中的油量减少，油位降低，为了保证系统安全运行，将自动向氢侧密封油箱中补油。这样就将含有大量空气的空侧密封油补进了氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加。发电机机内的氢气与密封油系统中的氢侧密封油相接触，氢侧密封油中若溶解有大量的空气，空气便会进入氢气区域，污染机内氢气。使氢气湿度增大，纯度降低。调整前，空侧密封油泵出口压力0.57MPa，氢侧密封油泵出口压力0.83MPa，通过调节空侧密封油泵出口再循环阀和氢侧密封油泵出口再循环阀保持空侧密封油泵出口压力0.55MPa，氢侧密封油泵出口压力0.57MPa，这时油氢差压涨

5、到75KPa，氢侧密封油箱油260mm。为了判断是否有氢侧密封油往空侧串，缓慢关闭氢侧密封油箱补油手动门，这时氢侧密封油箱油位急剧下降，说明氢侧密封油箱一直处于补油状态，通过综合分析系统，判断可能由于氢侧密封油泵出口的排油手动门没关严导致，就地手动关闭，门并未动，且泵出口压力没有明显变化，为了确定是否关严，就地手动开启氢侧密封油泵出口的排油手动门冲刷了一下，然后关闭，氢侧密封油泵出口压力由开门前的0.57 MPa上涨到0.81MPa，立即调整氢侧密封油泵再循环，维持氢侧密封油泵出口压力0.57MPa，就地平衡表稳定后，油氢差压上涨到82KPa，就地平衡表有偏向。微调空侧密封油泵出口再循环阀后，

6、就地平衡表指示0位附近，这时油氢差压86.5KPa，油位250mm，观察一段时间后，就地平衡表及氢侧密封油箱油位指示稳定，DCS氢油差压86.5±1KPa波动。机组参数调整前调整后机组负荷310MW310MW氢侧密封油箱油位190mm250mm平衡表指示位置左侧向右偏10，右侧向左偏20左侧向右偏7，右侧向左偏12空侧密封油泵出口压力0.57MPa0.55MPa氢侧密封油泵出口压力0.83MPa0.57MPa发电机氢侧密封油冷却器出口温度3535发电机空侧密封油冷却器出口温度3535发电机励端氢侧回油温度55.2752.6发电机汽端氢侧回油温度52.6649.45发电机氢气压力0.2

7、99MPa0.299MPa发电机氢气纯度95.96%95.96%氢油差压49KPa87KPa2、氢侧油箱中的自动补排油阀故障氢侧回油控制箱剖面图1-端盖垫片 2-端盖螺母 3-端盖 4-密封圈 5-针杆 6-针杆手轮 7-密封螺母 8-填料 9-法兰 10-螺栓螺母11-垫片 12-轴销 13-环销 14-枢销 15-浮子杠杆 16-浮子 17-连杆 18-连接杆19-导杆 20-螺栓 21-箱体 22-螺栓螺母 23-杆 24-节流阀座 25-衬垫 26-底部针阀法兰 27-螺栓螺母 28-密封螺母 29-针杆 30-密封圈 31-填料 32-阀门 33-阀门垫片 34-锁紧螺母 35-锁紧

8、垫圈 36-定位杆氢侧油箱中的自动补排油阀故障导致在氢侧油箱中的空侧和氢侧油大量交换，使含有大量空气的空侧回油进入氢侧油箱。一方面在氢侧油箱中直接析出空气而直接进入发电机；另一方面其作为氢侧油在密封瓦中析出空气进入发电机。浮球阀因各种原因不能正常开启或关闭，这样将导致密封油系统中自动补排油的功能失常。有以下三种情况：1）排油阀出现故障处于常排状态，则系统为了氢侧密封油箱油位的稳定，就会不断地将含有大量空气的空侧密封油补入氢侧密封油箱，此时补油阀将进行连续补油。2）补油阀出现故障，处于常补状态，系统就会不断地将含有大量空气的空侧密封油补入氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加，此时排油阀将进

9、行连续排油。一旦排油阀故障不能正常排油，会导致氢侧密封油箱满油，进而消泡箱油位高，会造成发电机进油的事故。3）补排油阀都失去了正常的功能，此时发电机密封油系统中的氢侧密封油箱则处于一个连续补排油的动态平衡状态，将大量含有空气的空侧密封油补进了氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加。补、排油阀上的针杆在机组正常运行时，要用手轮退到位，针杆的作用是调整补、排油量平衡，在补、排油故障时控制补、排油量。为了排查是否由于自动补排油阀故障导致在氢侧油箱中的空侧和氢侧油大量交换，就地手动缓慢关闭排油手动门，观察氢侧密封油箱油位并无变化，所以不是排油阀处于常排状态，就地手动缓慢关闭补油手动门，观察氢侧密封

10、油箱油位也无变化，所以不是补油阀处于常补状态。3、差压阀工作不正常密封油系统维持氢、油差压的任务是由差压阀来完成的，氢、油差压阀工作不正常不仅会污染油质，而且会造成发电机漏氢。比如因为密封油系统的差压阀全关后漏流大，导致空侧密封油压低，而氢侧密封油压感应空侧油压自动用平衡阀调整油压，密封油压低导致漏氢。用旁路强行提高油压使得空侧向氢侧窜油，氢侧密封油中带空气，造成氢气纯度下降。大型机组要求差压阀具有良好、灵敏的跟踪性能和富余的调节范围。如果差压阀工作不正常将可能出现密封油直接进入发电机内的现象。同时由于差压阀工作的不正常会引起平衡阀也做出相应的跟踪调整从而加速了空、氢侧的窜油。调整氢侧密封油泵

11、和空侧密封油泵再循环门时，氢侧差压阀动作没有空侧差压阀灵敏，氢侧差压阀跟踪缓慢，不能及时跟踪氢气压力，有卡涩现象，导致氢油差压不能维持稳定，在补排氢操作时，差压波动大，排氢前的压力与补氢后的压力不一致，差压就不会维持原有氢油差压。4、油氢差压过高或过低油氢差压是指空侧密封油与氢气的差压。由于氢侧密封油是跟踪空侧密封油的，因此当油氢差压过高或过低时时必然会使氢侧油压上升或降低。当氢侧油压过高时，氢侧密封油将直接通过油挡进入发电机内。 调整前油氢差压50KPa调整后维持油氢差压87KPa。5、平衡阀工作失常350MW发电机运行中要求平衡调节阀调节精度达到±5.1Pa，而该阀的装配精度相当

12、高，如果油中含有杂质、水分等，则极易造成阀卡涩，工作失常。调节空、氢侧密封油压主要是通过以下手段来完成。氢侧密封油压先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、氢侧密封油窜流量达到一个较小的水平（通常是在±5CM水柱以内）。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

13、破坏，使空、氢侧密封油之间的窜流增大。窜流增加将使氢侧密封油进入空气，引起发电机氢纯度下降。密封油系统的平衡阀跟踪不好空、氢侧密封油压差要求不大于100Kp，要特别注意的一个问题是平衡阀空侧、氢侧压力取样管中的压力损失。压损不同会得到不同的值，同时引起平衡阀的不赞成调整。引起空、氢侧窜油。就地两侧平衡表显示并不是同时指示0位，向相反方向偏移，说明两侧平衡阀并不能同步工作，未能找到解决办法。6、氢侧油管路供油不足氢侧油管比空侧油管径要小的多，氢侧油管很容易发生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窜流。

14、节流严重时会使进入氢侧密封瓦形成油膜的油过少，会破坏油膜的形成，从而直接造成氢气与空侧油相接触形成气体交换。导致氢气污染。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。而在油泵出口压力上氢侧油泵压力会大大高于空侧油泵压力。就地观察，并未发现此现象。7、发电机密封油含水超标从系统设置可以知道，发电机密封油系统首次启动时其油来自汽轮机润滑油系统。而在正常运行中，密封油和主机轴承的回油是在一起的，只不过是一

15、部份进入密封油而另一部份进入主机油箱。密封油中带水，在密封瓦处蒸发形成水蒸汽进入发电机使氢气纯度下降，湿度增加。轴封回汽不畅 、轴封供汽压力太高和冷油器泄漏都有可能引起润滑油含水量大，发电机氢气纯度下降。经过排查，轴封回汽顺畅 、轴封供汽压力正常，就地轴封无冒汽，冷油器无泄漏，大班化验的定期油质化验合格。8、二氧化碳置换氢气时未排死角二氧化碳置换氢气时，未能有效排除死角的二氧化碳，启动初期，发电机转速3000，气体混合，二氧化碳影响氢气纯度。置换时已排死角，且机组运行时间13天，二氧化碳气体早已排净，排除这个原因。三、防止密封油对发电机污染的运行措施1、 保证密封瓦与转轴的适合的间隙2、 提高

16、平衡阀的调节精度和运行可靠性，提高平衡阀的调节精度可有效减少空、氢侧密封油的窜动量，防止氢气污染。3、 控制密封油的温度氢气的溶油能力随着密封油温度的升高而增加，机组正常运行中可进行密封油温在标准范围内上、下限之间变动的试验，找出最佳温度点。一般在轴系稳定的情况下，尽量保持密封油温在标准的低限运行（3550），从而达到减少密封油流量，减少发电机进油和降低氢气污染的目的。     4、提高排氢风机的风压 提高氢油分离器排氢风机的风压可提高氢油分离器的负压、减少空侧密封油中的含空气量和含水蒸气量，从而减少因空、氢侧密封油交换对氢气的污染。四、结论调

17、整前，每天需要提纯35次，氢气温度按44.5计算，每天排氢气40m³左右。日期时间氢气纯度（%）是否提纯提纯排掉的发电机内不合格氢气（m³）2013.05.0600:0096.1721.5608:0096.0213:4595.8114:50提纯到96.03%提纯压力变化0.2900.2800.2960.2850.29520:3095.9321:00提纯到96.03%提纯压力变化0.2960.2850.2982013.05.0706：0095.7107:00提纯到95.92%提纯压力变化0.2960.2820.2920.2820.29539.7514：1595.8215:00

18、提纯到96.03%提纯压力变化0.2920.2800.3010.2850.29022：0095.7323:00提纯到95.91%提纯压力变化0.2880.2810.2962013.05.0806:0095.8107:00提纯到96.02%提纯压力变化0.2930.2810.2960.2840.29534.3511:3095.9111:50提纯到96.02%提纯压力变化0.2960.2780.29715:0095.8515：30提纯到96.02%提纯压力变化0.2980.2820.29822:0095.9122：30提纯到96.02%提纯压力变化0.2960.2850.32013.05.0907

19、:0095.8107：10提纯到95.93%提纯压力变化0.2970.2810.29843.10814:4095.8115:00提纯到96.11%提纯压力变化0.2960.2790.2960.2780.29823:0095.9123:20提纯到96.01%提纯压力变化0.2960.2830.2962013.05.1006:3095.8107:00提纯到95.93%提纯压力变化0.2940.2800.29649.1615:0095.7115:30提纯到96.03%提纯压力变化0.2950.2760.2980.2850.29522:4095.8223:00提纯到96.03%提纯压力变化0.2940

20、.2780.2940.2830.2942013.05.1106:3095.9307:00提纯到96.03%提纯压力变化0.2930.2820.29642.4315:0095.8315:20提纯到96.04%提纯压力变化0.2940.2710.29622:3095.8423:00提纯到96.04%提纯压力变化0.2940.2800.2950.2800.2942013.05.1206:3095.9307:00提纯到96.04%提纯压力变化0.2930.2820.29340.4114:5095.7315:10提纯到95.94%提纯压力变化0.2900.2730.29822:3095.7323:00提

21、纯到96.04%提纯压力变化0.2940.2750.2940.2790.2942013.05.1305：4095.8306:20提纯到95.96%提纯压力变化0.2910.2800.29239.7515:1095.7215:30提纯到96.03%提纯压力变化0.2900.2770.3020.29523:0095.8323:20提纯到96.03%提纯压力变化0.2920.2700.2990.2942013.05.1407.0095.9307:00提纯到96.13%提纯压力变化0.2940.2790.2950.2780.29021.5514:4095.9115:00提纯到95.96%提纯压力变化0.2890.29923:0095.964.042013.05.1507：0095.9615:4095:9115:50提纯到95.96%提纯压力变化0.2940.2780.294由上表可以看出， 每天由于提纯需要排掉大量的发电机内纯度不合格氢气，补充合格的氢气。2013.05.14 16：00点接班后进行了调整，到2013.05.15 15：40，氢气纯度由95.96%下降到95.91%，24小时内氢气纯度下降0.05%，极大的降低了氢气纯度下降速度，节省了大量的氢气，同时也减少了排补氢气的操作。20