QFR480發(fā)電機(jī)進(jìn)油原因分析及防范措施

楊旭濤

(江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213011)

圖1 QFR480發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)

0 引言

QFR480發(fā)電機(jī)是M701F4型燃汽輪機(jī)配套的全氫冷發(fā)電機(jī)，采用帶平衡腔室的單流環(huán)式密封瓦，其密封油系統(tǒng)配置真空凈油裝置,由2臺(tái)交流主密封油泵、1臺(tái)直流事故密封油泵供油；密封油回油管路上配置了循環(huán)密封油箱、帶有旁路的浮子式排氫調(diào)節(jié)油箱。該系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，在運(yùn)行方式切換及控制調(diào)整不當(dāng)時(shí)極易造成發(fā)電機(jī)進(jìn)油，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)絕緣腐蝕、老化；同時(shí)，發(fā)電機(jī)進(jìn)油往往伴隨機(jī)組潤(rùn)滑油箱油位突降，威脅機(jī)組安全。本文收集國(guó)內(nèi)同類(lèi)型機(jī)組發(fā)電機(jī)進(jìn)油案例并進(jìn)行分析，提出故障排除方法。

1 密封油系統(tǒng)流程概述

機(jī)組密封油系統(tǒng)如圖1所示。密封油是由潤(rùn)滑油提供的，真空油箱內(nèi)的油經(jīng)密封油泵升壓后進(jìn)入發(fā)電機(jī)兩側(cè)的單流環(huán)密封瓦，單流環(huán)密封瓦由空、氫側(cè)2道密封瓦組成，因此進(jìn)入密封瓦的油流分成2股，形成了氫側(cè)密封油回油和空側(cè)密封油回油。氫側(cè)回油經(jīng)消泡箱排至排氫調(diào)節(jié)油箱，空側(cè)回油與發(fā)電機(jī)軸承潤(rùn)滑油回油匯集后進(jìn)入循環(huán)密封油箱，在循環(huán)密封油箱中擴(kuò)容分離氣體后大部分油回至潤(rùn)滑油箱，另一部分油作為真空油箱的補(bǔ)油與排氫調(diào)節(jié)油箱的排油匯合后進(jìn)入真空油箱，形成了密封油循環(huán)[1]。

排氫調(diào)節(jié)油箱上部設(shè)置有回氫管與發(fā)電機(jī)相通，在發(fā)電機(jī)氫壓作用下，排氫調(diào)節(jié)油箱內(nèi)的浮子閥排油順暢，并維持油位防止跑氫。在發(fā)電機(jī)無(wú)壓力的情況下，由于排氫調(diào)節(jié)油箱與循環(huán)密封油箱有65 kPa的壓差，同時(shí)管道流動(dòng)存在阻力會(huì)引起排氫調(diào)節(jié)油箱出口排油不暢，為避免氫側(cè)回油不暢，在發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體壓力低于65 kPa時(shí)，必須將氫側(cè)回油由排氫調(diào)節(jié)油箱切換至旁路觀察窗進(jìn)行排油。

2 發(fā)電機(jī)進(jìn)油案例及分析

2.1 案例1

某廠發(fā)電機(jī)進(jìn)行氫氣置換，當(dāng)發(fā)電機(jī)氫壓泄至70 kPa時(shí)，將排氫調(diào)節(jié)油箱切至旁路運(yùn)行后，發(fā)電機(jī)發(fā)生進(jìn)油事故，造成潤(rùn)滑油箱油位下降12.8 mm，估算發(fā)電機(jī)進(jìn)油約330 L。故障象征見(jiàn)表1。

表1 案例1故障象征

由故障象征可以看出，操作人員在發(fā)電機(jī)壓力下降至73 kPa、排氫調(diào)節(jié)油箱油位開(kāi)始上升時(shí)，將氫側(cè)回油切換至旁路觀察窗。據(jù)操作人員反映，切換時(shí)旁路觀察窗內(nèi)無(wú)油，且旁路觀察窗進(jìn)油門(mén)S-79關(guān)閉、出油門(mén)S-80在開(kāi)啟位置，切換操作完成后真空油箱油位開(kāi)始下降(如圖2所示)，操作人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)真空油箱油位低報(bào)警和消泡箱液位高報(bào)警，直至40 min后發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)漏液監(jiān)測(cè)裝置液位高報(bào)警，此時(shí)發(fā)電機(jī)已經(jīng)進(jìn)油。結(jié)合上述異常象征分析，真空油箱油位持續(xù)下降，表明真空油箱補(bǔ)油不暢，操作人員在切換旁路時(shí)，觀察窗內(nèi)沒(méi)有油而存在一段氣體，但未引起重視；打開(kāi)觀察窗進(jìn)油門(mén)S-79后，在真空油箱補(bǔ)油管內(nèi)形成氣阻，一方面影響了真空油箱補(bǔ)油，另一方面影響了氫側(cè)回油，導(dǎo)致氫側(cè)回油不暢，最終造成發(fā)電機(jī)進(jìn)油。

圖2 案例1故障曲線(截圖)

2.2 案例2

某廠機(jī)組檢修后進(jìn)行發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)。在密封油系統(tǒng)投運(yùn)后發(fā)電機(jī)充壓至69 kPa，氫側(cè)回油切換至排氫調(diào)節(jié)油箱后，發(fā)電機(jī)發(fā)生進(jìn)油事故，造成潤(rùn)滑油箱油位下降30 mm，估算發(fā)電機(jī)進(jìn)油大約750 L。故障象征見(jiàn)表2。

表2 案例2故障象征

由故障象征可以看到，該次事故中真空油箱油位在整個(gè)故障期間均正常(如圖3所示)。其補(bǔ)油正常，但消泡箱液位高報(bào)警表明氫側(cè)回油不暢，操作人員在約90 min后發(fā)現(xiàn)該報(bào)警，但為時(shí)已晚，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)漏液監(jiān)測(cè)裝置液位高報(bào)警表明發(fā)電機(jī)已進(jìn)油。

2.3 原因分析及處理方法

通過(guò)案例1和2可以看到，兩起發(fā)電機(jī)進(jìn)油事故均發(fā)生在發(fā)電機(jī)密封油氫側(cè)回油方式改變，因發(fā)電機(jī)壓力變化氫側(cè)回油的排氫調(diào)節(jié)油箱進(jìn)行切換操作時(shí)，消泡箱液位高報(bào)警表明氫側(cè)回油不暢，通過(guò)故障象征可區(qū)分出發(fā)生氣阻的不同部位，進(jìn)而采取不同的處理方法。

圖3 案例2故障曲線(截圖)

案例1在排氫調(diào)節(jié)油箱至真空油箱的補(bǔ)油管路發(fā)生氣阻，其象征為真空油箱油位下降，結(jié)合消泡箱液位高報(bào)警，此時(shí)應(yīng)緩慢開(kāi)啟真空油箱補(bǔ)油旁路閥S107，利用真空油箱的負(fù)壓破壞補(bǔ)油管氣阻，使補(bǔ)油恢復(fù)暢通。需要注意的是，真空油箱正常補(bǔ)油經(jīng)補(bǔ)油閥及油箱內(nèi)噴嘴后進(jìn)入油箱，流量較小，而補(bǔ)油旁路管直接接至油箱內(nèi)，開(kāi)啟補(bǔ)油旁路閥補(bǔ)油流量偏大，故操作該閥時(shí)需緩慢進(jìn)行，真空油箱油位恢復(fù)正常后即可關(guān)閉補(bǔ)油旁路閥。

案例2發(fā)生的故障，真空油箱油位正常，單純的消泡箱液位高報(bào)警，操作人員采取發(fā)電機(jī)泄壓并將排氫調(diào)節(jié)油箱切換至旁路操作，切換過(guò)程中排氫調(diào)節(jié)油箱油位瞬間波動(dòng)后消泡箱液位高報(bào)警復(fù)歸。上述現(xiàn)象表明，氫側(cè)回油不暢發(fā)生在消泡箱至排氫調(diào)節(jié)油箱管路且產(chǎn)生了氣阻，切換操作使排氫調(diào)節(jié)油箱進(jìn)油管內(nèi)氣體發(fā)生了擾動(dòng)，積聚的氣體通過(guò)旁路觀察窗至真空油箱補(bǔ)油排走，使得排氫調(diào)節(jié)油箱油位瞬間有波動(dòng)，而氣阻現(xiàn)象消除后消泡箱液位恢復(fù)正常。該處理方法的缺點(diǎn)是，可能在真空油箱補(bǔ)油管路產(chǎn)生新的氣阻現(xiàn)象，即發(fā)生案例1的情況。正確的處理方法是，緩慢開(kāi)啟排氫調(diào)節(jié)油箱上方的排放閥S-81，降低排氫調(diào)節(jié)油箱壓力，利用發(fā)生氣阻管路前后的壓差同樣可消除氣阻現(xiàn)象。

3 密封油氫側(cè)回油不暢的防范措施

本文列舉的發(fā)電機(jī)進(jìn)油案例，均發(fā)生在發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體壓力不高的時(shí)段，要么是發(fā)電機(jī)泄壓至零的過(guò)程，要么是在發(fā)電機(jī)內(nèi)初始建壓期間，且不是設(shè)備原因造成的。因此，要針對(duì)密封油系統(tǒng)投運(yùn)、發(fā)電機(jī)開(kāi)始充壓及排氫調(diào)節(jié)油箱與旁路觀察窗切換操作等方面采取措施，防止由于氫側(cè)回油不暢造成發(fā)電機(jī)進(jìn)油。

密封油系統(tǒng)開(kāi)始投運(yùn)時(shí)，可用差壓閥的旁路閥對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行緩慢充油，待密封油差壓建立正常后再投入差壓閥，防止投運(yùn)初期氫側(cè)回油量突增造成消泡箱出口處排油不暢[2-3]。

密封油系統(tǒng)閥門(mén)配置應(yīng)正確。正常運(yùn)行時(shí)，排氫調(diào)節(jié)油箱的回氫閥S-127應(yīng)常開(kāi)，確保發(fā)電機(jī)與排氫調(diào)節(jié)油箱壓力平衡；旁路觀察窗進(jìn)油門(mén)S-79常開(kāi)、出油門(mén)S-80關(guān)閉，旁路觀察窗需保持可見(jiàn)油位。

根據(jù)QFR480發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)設(shè)備布置特點(diǎn)，發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體壓力低于65 kPa時(shí)，無(wú)論是排氫調(diào)節(jié)油箱還是旁路觀察窗，其滿(mǎn)油位是正常的，此時(shí)氫側(cè)回油由發(fā)電機(jī)兩端13.0 m平臺(tái)處的消泡箱至0 m的排氫調(diào)節(jié)油箱仍能克服位于6.5 m層的循環(huán)密封油箱至排氫調(diào)節(jié)油箱之間的高程差，流至真空油箱，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，氫側(cè)回油管內(nèi)油位不高于循環(huán)密封油箱的液面高度。盡管如此，考慮油管道及排氫調(diào)節(jié)油箱浮子閥的流動(dòng)阻力，為安全起見(jiàn)，在發(fā)電機(jī)壓力偏低時(shí)，仍需通過(guò)旁路觀察窗對(duì)氫側(cè)回油進(jìn)行直排操作。此時(shí)應(yīng)有專(zhuān)人就地監(jiān)視旁路觀察窗油位，隨發(fā)電機(jī)氣體壓力下降，當(dāng)排氫調(diào)節(jié)油箱出現(xiàn)滿(mǎn)油位時(shí)，開(kāi)啟旁路觀察窗出油門(mén)S-80。同理，隨發(fā)電機(jī)壓力上升，旁路觀察窗出現(xiàn)可見(jiàn)油位時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉旁路觀察窗出油門(mén)S-80。這樣，排氫調(diào)節(jié)油箱與旁路觀察窗的切換操作，優(yōu)化為只需操作旁路觀察窗出油門(mén)S-80即可。

在密封油投運(yùn)，發(fā)電機(jī)充、泄壓，旁路觀察窗投退操作期間，均要嚴(yán)密監(jiān)視消泡箱液位高報(bào)警。該報(bào)警預(yù)示著氫側(cè)回油不暢，一旦出現(xiàn)報(bào)警，結(jié)合案例1和2的處理方法，迅速采取措施，消除管路氣阻現(xiàn)象。因此，保證消泡箱液位開(kāi)關(guān)動(dòng)作可靠非常重要，建議在機(jī)組檢修時(shí)對(duì)2只消泡箱液位開(kāi)關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)。

另外，從案例1和2故障象征可以看到，發(fā)電機(jī)漏液檢測(cè)裝置均存在報(bào)警延遲。原因在于2個(gè)漏液檢測(cè)裝置均安裝在遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)本體的位置，取樣管細(xì)而長(zhǎng)，管道布置沒(méi)有坡度，一旦發(fā)電機(jī)漏液，漏液將很快充滿(mǎn)整個(gè)漏液取樣口，缸內(nèi)氣體不能及時(shí)排出，便在漏液檢測(cè)管道內(nèi)形成氣阻，漏液不能順利流到檢測(cè)油缸，造成報(bào)警失效。因此，需放大取樣管管徑，增加取樣管道布設(shè)坡度，保證油流通暢，使取樣管內(nèi)不形成氣阻。

4 結(jié)束語(yǔ)

一般氫冷發(fā)電機(jī)進(jìn)油有兩個(gè)方面原因：密封瓦配油槽處油壓過(guò)高或密封瓦間隙大，壓力油流入發(fā)電機(jī)；密封油氫側(cè)回油不暢，消泡箱滿(mǎn)油而溢入發(fā)電機(jī)。氫側(cè)回油因與發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣直接接觸，氫側(cè)回油管內(nèi)是油、氣混合物，在發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體壓力偏小造成氫側(cè)回油壓差過(guò)低的情況下，由于密封油流量波動(dòng)、系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生改變等影響因素，在回油管入口和水平管段的小空間內(nèi)極易產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象。本文通過(guò)QFR480發(fā)電機(jī)進(jìn)油兩個(gè)案例分析引起氫側(cè)回油不暢的原因，根據(jù)管道產(chǎn)生氣阻位置不同而采取不同的處理方法，并提出防范措施，希望同類(lèi)型機(jī)組在進(jìn)行密封油系統(tǒng)投運(yùn)和發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)能有所參照。