9FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電機(jī)漏氫原因分析及處理

詹金援

(中山嘉明電力有限公司，廣東 中山 528449)

0 引言

用氫氣作為發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻氣體，可以降低發(fā)電機(jī)的通風(fēng)損耗及轉(zhuǎn)子表面與氣體摩擦損耗，可以改善絕緣內(nèi)間隙及其他間隙的導(dǎo)熱能力，增強(qiáng)傳熱效果；同時(shí)，與空氣相比，氫氣作為發(fā)電機(jī)的傳熱介質(zhì)，可大大減少電暈(鄰近高壓導(dǎo)電體表面的微弱輝光)引起的電樞絕緣變差現(xiàn)象，能夠延長(zhǎng)絕緣材料壽命。

氫氣作為冷卻介質(zhì)，具有密度小、導(dǎo)熱性能強(qiáng)、可保持機(jī)內(nèi)清潔和故障率低等優(yōu)點(diǎn)，因此在現(xiàn)代大容量發(fā)電機(jī)組中已廣泛使用。氫氣雖是良好的傳熱介質(zhì)，但氫氣的易爆性對(duì)其密封系統(tǒng)提出了嚴(yán)格要求，需保證電機(jī)運(yùn)行性能良好和避免發(fā)生爆炸事故。

1 9FA機(jī)組發(fā)電機(jī)氫氣密封系統(tǒng)概況

某電廠#3，#4機(jī)組(S109FA機(jī)組)發(fā)電機(jī)為390H型氫冷發(fā)電機(jī)，是哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司制造的全氫氣冷卻三相隱極式同步發(fā)電機(jī)，其總體結(jié)構(gòu)為密封式，機(jī)座內(nèi)的氫氣通過(guò)裝在轉(zhuǎn)子上的2個(gè)旋漿式風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)循環(huán)，把來(lái)自轉(zhuǎn)子和定子的熱量輸送到定子機(jī)座兩端的4臺(tái)氣-水換熱器進(jìn)行冷卻。

#3，#4發(fā)電機(jī)氫氣密封裝置的密封油來(lái)自汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)，分別進(jìn)入發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)側(cè)和集電環(huán)側(cè)的密封瓦，經(jīng)中間油孔沿軸向間隙流向氫氣側(cè)和空氣側(cè)，建立起密封瓦與軸頸之間的油膜，起到密封、潤(rùn)滑和冷卻的作用，然后分成兩路回油，一路流向密封瓦的氫氣側(cè)，一路流向密封瓦的空氣側(cè)。流向機(jī)內(nèi)的密封油回到氫側(cè)回油擴(kuò)容箱；流向機(jī)外的密封瓦空氣側(cè)回油與#7，#8軸承潤(rùn)滑油回油混在一起，進(jìn)入軸承箱后匯流入6.45 m處的潤(rùn)滑油隔氫箱進(jìn)一步除氫后回到主油箱。

在結(jié)構(gòu)裝配上，集電環(huán)側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)的密封瓦均由氫氣側(cè)和空氣側(cè)兩部分組成，為便于拆裝，密封瓦分為上、下兩半環(huán)，裝配在發(fā)電機(jī)端蓋內(nèi)腔中的軸承密封座內(nèi)，擰緊上、下兩半環(huán)密封瓦連接螺栓后徑向和軸向均用彈簧箍緊，而密封瓦座上、下均設(shè)有定位銷(xiāo)，以防止密封瓦切向轉(zhuǎn)動(dòng)，但可讓密封瓦隨轉(zhuǎn)子軸頸上下浮動(dòng)。從氫氣差壓裝置來(lái)的壓力密封油(壓力高于發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣壓力0.054 MPa左右)，經(jīng)密封座與密封瓦之間的油腔，流入密封瓦與轉(zhuǎn)軸之間的間隙，沿徑向形成油膜，隔絕了氫氣側(cè)的氫氣，防止氫氣向空氣側(cè)泄漏。但為了維持H2約98%的純度，允許少量H2持續(xù)地從2個(gè)(汽端、勵(lì)端和集電流器端)密封排油擴(kuò)容箱釋放出去并排入大氣。

2 發(fā)電機(jī)漏氫過(guò)大缺陷概述

#3，#4機(jī)組自建成投運(yùn)以來(lái)，一直存在漏氫量過(guò)大的問(wèn)題(從隔氫箱排空管出口可檢測(cè)出過(guò)量氫氣)，每天補(bǔ)氫量30～40 m3(名義工況，下同)，期間經(jīng)過(guò)幾次小修，均沒(méi)有徹底消除這一影響機(jī)組安全運(yùn)行的缺陷。尤其是2013年9月，#3機(jī)組在停機(jī)后盤(pán)車(chē)狀態(tài)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)氫氣壓力大幅下降現(xiàn)象，氫壓從01：00的311 kPa，下降到07:00的199 kPa，僅僅相隔6 h，氫氣泄漏約88 t?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端軸承箱有油煙冒出，就地檢測(cè)#7，#8軸承油擋處危險(xiǎn)氣體濃度為100%爆炸下限。經(jīng)過(guò)應(yīng)急處理后，發(fā)電機(jī)漏氫量約30 m3/d，發(fā)電機(jī)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度均在合格范圍內(nèi)，勉強(qiáng)能夠維持機(jī)組運(yùn)行。

3 漏氫原因分析

3.1 密封油管道系統(tǒng)設(shè)備故障

密封油系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)密封油控制單元、氫氣分離器、密封油浮子油箱及浮子閥、輔助氫氣分離器及氫氣分離器油水探測(cè)器等組成，其密封油壓的穩(wěn)定性由差壓控制閥維持。如果浮子油箱浮球閥出現(xiàn)卡澀故障而不能靈活調(diào)節(jié)開(kāi)度，就會(huì)造成浮子油箱的油位過(guò)低，從而使浮子油箱至循環(huán)密封油箱的“U形油封段”遭到破壞，導(dǎo)致氫氣通過(guò)浮子油箱直接通過(guò)循環(huán)油箱進(jìn)入潤(rùn)滑油系統(tǒng)(主油箱排煙風(fēng)機(jī)出口處可檢測(cè)到過(guò)量氫氣)。另外，如果差壓控制閥出現(xiàn)故障而造成油氫差壓過(guò)低，也會(huì)導(dǎo)致密封油壓力富余量不足而無(wú)法將氫氣封閉在發(fā)電機(jī)內(nèi)，從而出現(xiàn)氫氣泄漏現(xiàn)象。

3.2 密封瓦烏金、軸頸表面磨損，動(dòng)靜間隙過(guò)大造成動(dòng)壓油膜形成不佳

密封瓦與軸頸的動(dòng)靜間隙受制于油氫差壓等級(jí)和油膜形成條件，9FA機(jī)組的密封瓦與軸頸的動(dòng)靜間隙為：空側(cè)徑向總間隙為0.22～0.40 mm，氫側(cè)徑向總間隙為0.10～0.27 mm，相應(yīng)的油氫差壓范圍為(0.055±0.020) MPa。因#3，#4機(jī)組密封油的油氫壓差均已調(diào)到0.054 MPa，若密封瓦烏金與軸頸表面磨損，造成動(dòng)靜間隙成倍增大，勢(shì)必降低密封油對(duì)氫氣的密封能力。另外，磨損后粗糙的表面也不利于動(dòng)態(tài)油膜形成后的穩(wěn)定性，進(jìn)一步影響密封油對(duì)氫氣的密封效果。

3.3 密封瓦座與電機(jī)端蓋結(jié)合面密封油路不暢或螺栓緊力不足

密封瓦座安裝問(wèn)題往往被檢修維護(hù)人員忽視，但其安裝不當(dāng)極易引起氫氣泄漏缺陷。密封瓦座與發(fā)電機(jī)端蓋之間的密封油槽，若在安裝過(guò)程中被涂膠或異物堵塞，則會(huì)造成結(jié)合面缺乏密封油的隔絕屏障而導(dǎo)致氫氣外泄。若密封瓦座的緊固螺栓緊力不足出現(xiàn)間隙，發(fā)電機(jī)內(nèi)部的氫氣也會(huì)通過(guò)結(jié)合面往外泄漏。

3.4 發(fā)電機(jī)端蓋及氫氣系統(tǒng)管道泄漏

(1)發(fā)電機(jī)端蓋靠螺栓固定，若螺栓緊力不足或端蓋注膠密封欠佳，均會(huì)造成發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣沿著端蓋法蘭面向外泄漏。

(2)氫氣系統(tǒng)管道法蘭、閥門(mén)及發(fā)電機(jī)本體各孔蓋的法蘭面嚴(yán)密與否，與氫氣泄漏與否緊密相關(guān)。

3.5 發(fā)電機(jī)氫-水冷卻器泄漏

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)額定氫壓是0.414 MPa，氫冷器的供水壓力一般控制在0.380 MPa以下。正常工作時(shí)，氫氣的壓力是大于冷卻水壓的，當(dāng)氫-水交換器內(nèi)換熱管出現(xiàn)漏點(diǎn)時(shí)，氫氣會(huì)泄漏至閉式水系統(tǒng)而造成發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓下降。

4 處理措施

針對(duì)#3，#4機(jī)組漏氫量大的問(wèn)題，利用2臺(tái)機(jī)組的大修機(jī)會(huì)，對(duì)發(fā)電機(jī)密封系統(tǒng)的各個(gè)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了處理。

4.1 密封油管道系統(tǒng)問(wèn)題

對(duì)密封油控制單元、氫氣分離器、密封油浮子油箱及浮子閥、輔助氫氣分離器、絕緣過(guò)熱監(jiān)測(cè)裝置及氫氣分離器油水探測(cè)器進(jìn)行認(rèn)真檢查，并對(duì)相關(guān)密封件進(jìn)行更換。

4.2 密封瓦問(wèn)題

密封瓦已出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象，動(dòng)靜間隙超標(biāo)，做更換處理。新密封瓦與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸動(dòng)靜間隙調(diào)整為：空側(cè)徑向總間隙為0.26 mm，氫側(cè)徑向總間隙為0.12 mm。

4.3 密封瓦座問(wèn)題

密封瓦座與發(fā)電機(jī)端蓋裝配問(wèn)題是重點(diǎn)，也是極易被疏忽的問(wèn)題，#3，#4機(jī)組發(fā)電機(jī)氫漏點(diǎn)就在此部位(此次修前發(fā)電機(jī)充壓查漏證實(shí)此處為泄漏點(diǎn))，前幾次小修因?yàn)闆](méi)有徹底解體檢查此部位，當(dāng)時(shí)雖然更換了密封瓦并進(jìn)行軸頸拋光處理，但漏氫量仍然大大超標(biāo)。為了徹底解決漏氫難題，對(duì)密封瓦座法蘭結(jié)合面進(jìn)行檢測(cè)校正，基于發(fā)電機(jī)端蓋沒(méi)法上機(jī)床檢測(cè)校正，為了降低其法蘭密封面不平行度對(duì)密封效果的影響，在裝配時(shí)適當(dāng)在端蓋法蘭內(nèi)外緣涂上薄薄一層專(zhuān)用密封膠，涂膠時(shí)切忌堵塞密封油槽，保持密封油槽的暢通，讓密封油充滿(mǎn)油槽加強(qiáng)密封瓦座的密封效果。

4.4 發(fā)電機(jī)端蓋及氫氣系統(tǒng)管道問(wèn)題

檢查清理發(fā)電機(jī)端蓋密封槽，組裝時(shí)對(duì)端蓋進(jìn)行充分注膠，防止部分密封槽出現(xiàn)密封膠量不足的缺陷。對(duì)氫氣系統(tǒng)管道進(jìn)行加壓查漏，消除“絕緣過(guò)熱監(jiān)測(cè)設(shè)備”等處的漏點(diǎn)。

4.5 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸(密封瓦處)問(wèn)題

#3機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸(密封瓦處)進(jìn)行微弧冷焊處理，#4機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸(密封瓦處)進(jìn)行拋光處理，修后標(biāo)準(zhǔn)：軸頸橢圓度、錐度及同軸度不大于0.015 mm，粗糙度Ra不大于1.6 μm。

5 處理效果

經(jīng)上述處理后，進(jìn)行發(fā)電機(jī)氣密封性試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)充壓(干燥的儀用空氣)至0.414 MPa，關(guān)閉所有與發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的閥門(mén)，24 h后壓力降到0.412 MPa，達(dá)到優(yōu)秀水平。正式啟機(jī)運(yùn)行，時(shí)至今日，2臺(tái)機(jī)組已運(yùn)行3～5個(gè)月，其漏氫量穩(wěn)定在8 m3/d以下，效果理想。

6 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)電機(jī)系統(tǒng)相對(duì)龐雜，氫油系統(tǒng)涉及的設(shè)備也比較多，無(wú)論充氫管道、閥門(mén)、監(jiān)測(cè)儀器等哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)漏點(diǎn)，都會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)氫壓下降，但這些外部管道系統(tǒng)容易在線(xiàn)查漏，處理起來(lái)比較簡(jiǎn)單；而發(fā)電機(jī)汽端與勵(lì)端的密封組件在軸承箱內(nèi)，位置隱蔽且又是氫氣泄漏的薄弱環(huán)節(jié)，處理起來(lái)相對(duì)棘手，因此檢修裝配過(guò)程務(wù)必細(xì)心謹(jǐn)慎，杜絕安裝質(zhì)量造成的漏氫缺陷。

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