机组氢气纯度频繁下降的原因分析与处理

何 胜 吕鹏飞 陈增春

安徽华电宿州发电有限公司 安徽 宿州 234101

0 引言

某机组采用上海汽轮机有限公司生产的汽轮机及上海电力有限公司生产的600MW发电机。发电机密封油采用双流环结构。小修曾抽发电机转子后，机组氢气纯度频繁下降，并且随着机组启停次数的增加，氢气纯度下降也越来越严重。

1 机组氢气纯度状况

机组大修前氢气纯度也曾频繁下降数月，频繁补排氢，后大修时检查发现汽端密封瓦及大轴轴颈磨损严重，大修时对大轴轴颈磨损进行了焊补修复，对密封瓦进行了更换。励端大轴轴颈磨损稍轻，当时未焊补，大修后机组氢气纯度频繁下降情况消除。机组小修时曾抽发电机转子检查，启动后氢气纯度频繁下降。每天由不到0.1%的速率下降，经大量补排氢方能维持发电机氢气纯度在合格值96%。每日补排氢由每天约20立方米，上升至每天约50立方米。

2 双流环密封油结构特点

图1 密封瓦结构示意图

汽轮发电机双流环密封油系统由空侧和氢侧两个各自独立又互有联系的油路组成，空侧和氢侧密封油同时向发电机两端的双流环式密封瓦供油。来自汽轮发电机组轴承的回油，经空侧密封油泵升压后，通过空侧密封油冷油器、滤网到发电机汽、励端双流环式密封瓦的空气侧油环，空侧密封油压力的控制依靠压差阀的泄油来控制，当发电机内氢气压力变化或空侧密封油压力波动时，压差阀将调整空侧密封油泄油量以维持空侧密封油压力大于发电机内氢气压力约0.084MPa。空侧密封油的回油排至发电机支持轴承的回油系统。氢侧密封油经氢侧密封油泵升压后，通过氢侧密封油冷油器、滤网，再分成两路分别通过发电机汽、励端平衡阀到发电机汽、励密封瓦的氢侧油环中，汽、励端平衡阀的作用是跟踪汽、励端密封瓦内空侧油环内压力，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±490Pa，氢侧密封油回油到密封油箱，密封油箱油位通过空侧密封油泵出口补油或向空侧密封油泵入口排油来控制。

实际运行中很难控制空侧密封油和氢侧密封油压力的平衡。按照双流环密封油设计原理来讲，只有维持密封瓦内空侧密封油与氢侧密封油压力基本相等，减少空、氢侧密封油的交换，才能防止空侧油系统中溶解的空气等进入氢侧密封油系统。在标准状态下密封油中空气的溶解率为Ca（%）：

T-密封油回油温度（℃），以发电机密封油夏季平均回油温度55℃计算，在标准状态下密封油中空气的溶解率为9.61%。

实际情况下密封油从密封瓦间隙喷出后与空气的混合也不可能很充分，并且密封油从密封瓦喷出后回到油箱这一整个过程的时间很短，因而空气在密封油中的溶解远远不能达到饱和的程度，利用空气在密封油中的溶解率公式计算得到的空气溶解量往往要比实际溶解量大得多。据有关资料表明空气在密封油中的实际溶解度只有2.8%，约占理论溶解率的36%左右。但实际运行中由于设备结构等方面很难控制空侧密封油和氢侧密封油压力的平衡。

当空侧密封油压力大于氢侧密封油压力时，空侧密封油在密封瓦内向氢侧窜油，空侧密封油夹带的空气等进入氢侧密封油。当氢侧密封油压力大于空侧密封油压力时，氢侧密封油在密封瓦内向空侧窜油，这样将引起氢侧密封油箱油位降低，氢侧密封油箱浮球阀将打开，空侧密封油泵出口的压力油通过浮球阀补入氢侧密封油箱。因此，无论空侧密封油压力大于氢侧密封油压力，还是氢侧密封油压力大于空侧密封油压力，都将使从轴承回油来的空侧密封油夹带的油烟、水气等通过与氢侧密封油交换而进入氢侧密封油系统，再通过密封油内油档被进入发电机内（油压高于氢压），造成发电机内氢气污染，氢气纯度下降，补氢量增大。

造成空侧密封油和氢侧密封油压力不平衡主要有两个原因，其一是氢侧密封油系统的平衡阀调节精度差。目前平衡阀要求的精度为（±490Pa），在运行中，由于平衡阀活塞和油缸之间间隙较小，稍有杂质可能造成活塞的运动阻力增大，甚至卡死，致使平衡阀调节精度变差，不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡，进而造成氢气污染、增大补氢量增大。造成空侧密封油和氢侧密封油压力不平衡的第二个主要原因是空、氢侧密封油压力的测量误差。机组运行中只有维持密封瓦与转轴之间的油压平衡，才能减少空、氢侧密封油的互相窜动，但由于设备结构的原因，目前只能测量密封瓦上的空、氢侧密封油进油处的压力作为平衡阀的调节信号，因此必然造成测量误差，平衡阀不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡，从而引起发电机补氢量增大。

密封瓦与发电机转子间隙增大的影响。从密封瓦与转轴间沿转轴的轴向方向流向空侧和氢侧的油流称为轴向流动，当空、氢侧密封油压差保持一定时，空、氢侧密封油的交换量与密封瓦的间隙成正比。由于空、氢侧密封油之间不可避免的存在压差，密封油流量的增加将导致空、氢侧密封油的交换量成倍增加，空侧密封油中携带的空气、水分等通过交换进入氢侧密封油中，再通过氢侧密封油与氢气的接触进入到发电机氢气中污染氢气，降低氢气纯度和湿度。

3 氢气纯度频繁下降的原因分析

1）机组小修时汽、励端密封瓦装复未严格执行检修标准，导致密封瓦油档间隙或密封瓦间隙超标、密封瓦大轴磨损（有划痕）也造成密封瓦间隙超标，密封油交换过多。

2）小修时发现密封瓦油档磨损较严重，有倒齿现象存在。

3）发电机氢气纯度下降一般情况下首要原因为空侧密封油油烟及溶解了空气的空侧密封油窜入氢气或氢侧密封油中，空气从密封油中析出造成发电机氢气纯度频繁下降。氢气湿度对其影响极小，并且机组自小修更换氢气干燥器后，氢气湿度始终合格。

4）励端平衡阀卡涩（曾清洗，装复后因筒体部分成椭圆状，并且因平衡阀筒体内间隙很小，故曾经造成卡涩）。目前人工调节氢侧密封油压力预以平衡。

5）机组密封油汽、励端平衡阀氢、空侧油压差值及氢油压差均在正常值内，但空侧密封油排烟风机出口处含氢，测氢仪显示10LEL，换算氢气含量0.4%，说明空氢侧密封油窜油。但随着机组启停次数的增加，励端氢侧密封油油氢差压越来越低（见表1。停机前，励端氢侧密封油油氢差压降至41.8 kPa，与励端空侧密封油油氢差89.9 kPa相差58.1 kPa，表明密封瓦工作状况越来越差，分析密封瓦由于磨损，间隙越来越大，励端氢侧密封油油氢差压越来越低，氢侧密封油泄油量大，密封瓦处空侧密封油压大于氢侧密封油压，向氢侧密封油大量串油，这一点可从氢侧密封油箱排油管道温度始终高于补油管道温度得以验证。氢侧密封油箱补油管道温度一般在30℃左右，而氢侧密封油箱排油管道温度一般在40℃左右。

表1 密封油油氢差压参数记录表

4 针对氢气纯度下降采取的措施

1）机组大、小修时汽、励端密封瓦装复工作应严格执行检修工艺标准，防止密封瓦油档间隙超标。密封瓦及油挡损坏严重应予以更换，防止修复不彻底因小失大。

2）励端大轴轴颈磨损大修时予以修复（密封油窜油，造成氢气纯度下降）。

3）励端平衡阀卡涩应更换新的平衡阀，杜绝粗暴检修。严格按照检修工艺要求，禁止对卡涩平衡阀等采取敲打等野蛮处理手段，造成不正常损坏。

4）目前励端平衡阀卡涩人工调节氢侧密封油压力预以平衡。运行人员加强对平衡阀空、氢侧密封油压差的监视，发现跟踪异常，及时调整氢侧密封油压力。

5）运行人员加强对氢气纯度的监视，当氢气纯度不合格时，及时排氢、补氢直至合格。

5 大修密封瓦检查情况及处理

1）机组大修时，发现机组密封瓦测量间隙超标严重：实测值汽端空侧密封瓦密封间隙0.26～0.34mm，氢侧密封瓦密封间隙0.21～0.30mm；励端空侧密封瓦密封间隙0.10～0.34mm氢侧密封瓦密封间隙0.16～0.39mm。（空侧密封瓦间隙标准：0.17～0.20mm，氢侧密封瓦间隙标准：0.19～0.22mm），两端密封瓦钨金面划伤、磨损严重（见图2、图3）。密封瓦油档变形严重，铜齿歪斜、倒伏，同时励端密封瓦与发电机大轴结合处大轴磨损也较严重，完全验证了氢气纯度下降的原因分析。

图2 拆下的密封瓦局部图

图3 拆下的密封瓦局部图

2）大修处理。通过对密封瓦钨金面进行修复，重新浇铸钨金后，刮研钨金调整密封间隙至间隙下限值。空、氢侧汽端密封瓦安装间隙：0.18mm，空、氢侧励端密封瓦间隙：0.18mm。对密封瓦油档变形铜齿进行认真校正，确保油档铜齿间间隙均匀、铜齿连续完整。对励端密封瓦与发电机大轴结合处磨损用砂纸打磨，保证大轴平滑。

经过处理，开机后，连续一周氢气纯度均维持在97.8%，氢气纯度不再下降。

6 结语

通过对某厂机组氢气纯度频繁下降进行认真细致的原因分析，确定了氢气纯度下降的原因为励端密封瓦及油档与发电机大轴间隙过大，空侧密封油向氢侧密封油大量串油，导致氢气纯度频繁下降，并在机组大修时得到了验证。通过在大修中对空、氢侧密封瓦重新浇铸、刮研，密封瓦油档修复、密封瓦处大轴轴颈打磨处理，以及控制密封瓦安装间隙在合格值，消除了氢气纯度频繁下降现象。

［1］吕鹏飞.宿州发电厂600MW机组空侧密封油中进水原因与处理［J］.热力发电，2010，（4）.

［2］崔力.氢冷汽轮发电机密封油系统存在问题与解决途径［J］.热力发电，1997，（1）.