350 MW汽轮发电机组密封油系统漏泄原因分析及预防措施

商建波

(大唐长春第三热电厂,长春 130103)

轴端密封是氢冷技术应用的关键问题。为了达到有效密封,油压应高于氢压,同时油流也起到冷却与润滑密封瓦的作用。在正常运行时,发电机密封油系统可有效地密封发电机内氢气,但控制或操作不当,可造成密封油进入发电机。含水的油滴容易在发电机端部线棒绝缘和端部绑扎结构表面构成击穿放电通道,也会使氢气介电性能恶化,造成绝缘下降,威胁发电机的安全;密封油的泄漏和空、氢侧的窜油,将润滑油中的水分析出到氢气中,增大了机内氢气的湿度,氢湿度的增高,也使电机的通风损耗加大,运行效率降低;空、氢侧的窜油使润滑油中溶解的空气通过油交换进入发电机氢气系统中,导致氢气纯度降低,氢气补排频率高,影响了机组的经济运行。

大唐长春第三热电厂1、2号发电机均为QFSN-350-2型,密封油系统于 2010年出现密封油箱油位不稳,机组检修后在启动过程中出现发电机大量进油的严重事故。导致此次事件的主要原因为：密封油投入时,氢侧密封油位的补油浮子动作开启,向油箱补油,油位升高至高油位时补油浮子拒关,密封油箱满油,由回氢管进入发电机,最终造成发电机进油达1 t左右。

1 密封油系统及原理

1、2号发电机系统由密封油泵、冷油器、过滤器、油封箱、油-气压差阀、油压平衡阀及连接管道、阀门等构成。汽轮发电机密封油系统为集装式,由氢气侧和空气侧 2个各自独立又互有联系的油路组成,它们同时向双流环式密封瓦供油。空侧密封油回路由汽机润滑油系统回油提供工作油源,氢侧密封油泵从氢侧回油箱取得油源。

采用了“双流环式密封瓦”装置油密封,安置于发电机两端盖内侧,通过轴颈与密封瓦之间的油膜阻止氢气外逸。双流即在环型密封瓦的内径乌金面上有 2道轴向排列环形油槽,分别为空侧和氢侧密封油槽,槽内充满密封油。它们是各自独立的油路,平衡阀使2路油压维持均衡,严格控制了2路油的互相串流。密封瓦环绕于轴颈,可以在轴颈上随意径向浮动,但为防止其随轴转动,在密封瓦上装有圆键,使其定位于密封座内。空、氢侧密封油分别通过压力油管供应到空侧油腔及氢侧油腔,空侧油腔中的密封油从垂直油道进入密封瓦的空侧油槽,形成空侧油膜,然后从左侧出油;氢侧油腔中的密封油从斜向油道进入密封瓦的氢侧油糟,形成氢侧油膜,然后从右侧出油。由于空、氢侧油槽中的油压相等,油流在2个油槽之间的空间保持相对静止,在密封瓦中间区段处就没有油的交换,避免了由于油的吸附作用造成氢气泄漏、纯度降低。

空侧密封油压力由压差阀自动跟踪机内氢气压力调节,使得密封瓦处的空侧密封油压始终高出发电机内氢压 0．084 M Pa。氢侧密封油压力由平衡阀调整汽、励密封瓦内氢侧油环内压力与空侧油环压力差不大于 490 Pa。

2 发电机进油原因分析

2．1 氢侧回油箱油位控制不当

由于氢侧回油箱油位控制不当,因满油而溢入发电机内,也可能是因为密封瓦配油槽处油压过高直接流入发电机内,因而氢侧回油箱的液位控制及密封油压力的调整是2个至关重要的问题。

发电机氢侧回油箱内装有 2个上浮球阀,一个连接空侧密封油油路中滤网的出口,为油箱的补油阀,另一个连接空侧密封油泵的进口,为油箱的排油阀。一般情况下,2个浮球阀的上、下手动干预顶针退出,通过浮球实现液位的自动控制。当氢侧回油箱液位高时,浮球将排油阀打开,使多余的油排到空侧油路,再由空侧回油箱回到主油箱;当氢侧油箱油位低时,浮球将补油阀打开,使空侧油补入。而当浮球阀失去自动调节作用时,则可通过浮球阀的上、下手轮实现补、排油阀的强开、强关。在氢压较低的情况下,氢侧回油箱在某一液位时,浮球的位置相同,但由于排油的压差(约为氢压减去空侧油泵进口压力)较低或补油的压差(约为空侧油滤网出口油压减去氢压)较高,使得排油量减少甚至不能排出,而补油量增大会使氢侧回油箱油位保持在较高位置。因此,当氢压较低时,氢侧油箱将保持在满油的油位,甚至可能出现消泡箱满油,使得发电机存在进油的危险。

2．2 氢侧回油箱油位自动控制失灵

氢侧回油箱油位自动控制失灵,补油阀开启在某一开度卡住或排油阀在较高油位时不能自动开启,在空侧密封油压稍高于氢侧密封油压时,密封瓦处的油向氢侧窜流而导致氢侧回油箱的满油,直至消泡箱满油,最后进入发电机。

2．3 密封油压自动控制失灵

密封油压自动控制失灵,致使密封瓦处油压过高直接窜入发电机,这种情况往往出现在系统已运行较长时间后的退氢过程中。密封油系统正常运行时,由于发电机内氢压较稳定,空侧密封油的差压调节阀开启在一定开度基本不变,氢侧密封油的平衡阀也开启在一定开度基本不变。若维持时间较长,差压调节阀或平衡阀均可能卡涩。正常运行时氢压额定值为 0．30 MPa,则空侧密封油压为0．384 M Pa,氢侧油压与空侧油压基本相同(空侧密封油压高于氢侧密封油压 0．001 M Pa)。

发电机退氢前的降氢压过程中,因氢压降低,空侧主差压调节阀需缓慢开大,以降低空侧油压;氢侧平衡阀需缓慢关小,使氢侧油压相应下降。假设氢压由0．30 MPa降至 0．05 MPa,若空侧调节阀卡涩,则此时氢压 0．05 M Pa,空、氢侧密封油压仍为0．384 MPa,因氢侧油压与氢压相差过高 (约为0．378 MPa),油可能从氢侧配油槽直接冲刷到档油板而进入发电机。若氢侧平衡阀卡涩,则此时氢压0．05 MPa,空侧油压为 0．124 M Pa,氢侧油压仍为0．383 MPa,同样也可因油氢差压过高致使氢侧油进入发电机内。

2．4 风扇前的负压区为油、油烟及水汽漏入发电机提供动力

国产350 MW发电机几乎都采用压入式通风方式,即冷风是被风扇压入发电机内部风路的,这种通风方式必然在发电机内(密封瓦以内)风扇前形成负压区,虽然发电机端盖上的油封结构设有甩油槽、油档和回油腔,但毕竟负压区的形成为油、油烟、水汽漏入发电机提供了动力。流经密封瓦后的氢侧回油中含有油烟和水汽,这些烟、汽在压力油中被压缩成气泡,以泡沫的形式混杂在液体中,在回油腔(消泡箱)突然扩容、降压,释放出油中的气泡,然而由于回油腔容积不足等原因,造成压力油不能充分降压,油中泡沫不能充分释放,在回油管路形成气塞,使油不能通畅地循环。

3 防止发电机进油的措施

3．1 发电机退氢时缓慢降氢压

发电机退氢时氢压缓慢下降,可以使差压调节阀及平衡阀能及时跟踪调节,以保证合适的油氢差压。若发现密封油油氢差压或空、氢侧密封油差压不正常,则应停止降氢压,并手动干预差压调节阀或平衡阀。

3．2 保证液位报警装置起作用

与发电机进油有关的液位报警装置有 2个,一个是消泡箱的油位高报警,另一个是浮子式油水继电器检漏器的高液位报警。当消泡箱液位较高时,发电机仍未进油,但已存在进油的危险。若此时报警装置能正常报警,则运行人员可及时强开氢侧回油箱的排油阀,强关氢侧回油箱的补油阀;若油位仍上升还可直接开启消泡箱的放油阀,并迅速检查相关参数,做出相应的处理,即可避免发电机的进油。

浮子式油水继电器检漏器接于发电机的最低位置,若发电机内进入油或水,流至液体检漏器内,到一定高度即发出高液位报警,运行人员可以从底部放出油或水,再做出相应的处理。此时发电机内已进入少量的油或水,但如果情况能得到控制,则不影响机组的正常运行。

3．3 加强降氢压过程的监视工作

在降氢压的过程中,除监视密封油油氢差压、空氢侧密封油差压、氢侧回油箱及消泡箱的油位以外,还应注意观察空、氢侧密封油泵出口油压及主油箱油位的变化。发电机内氢压下降,密封瓦处空、氢侧密封油压均随之下降,此时主差压调节阀应逐渐开大,空侧密封油泵出口油压应下降。平衡阀应逐渐关小,氢侧密封油泵出口油压应上升,直至保持在其出口安全门的动作值以下。密封油系统启动前系统充油由主油箱供给,系统检修时放油也放入主油箱。若密封油进入发电机,主油箱的油位也将下降,所以监视主油箱油位的变化,可以初步判断出发电机是否进油及进油量的多少。

4 结束语

发电机运行时进油,将危及发电机的安全;停机后退氢时进油,将延长机组的停运检修时间。扩大氢侧回油箱的容积,使回油能充分降压,彻底析出油中的气泡,合理布置回油管路,注意坡度和转角处,尽量避免有起伏和死角,消除回路中的气堵现象,为回油的畅通创造条件。密封油系统操作时严格执行操作票制度,提高检修质量,保证差压阀、平衡阀、补排油浮子阀动作灵活、可靠、平稳。只要多观察、细分析、精心操作,发电机进油是可以避免的。