600MW汽轮发电机漏氢问题的分析处理

曹凤波 王竟强 詹志远

摘 要：分析了某电厂600MW汽轮发电机密封瓦与轴颈拉伤、磨损及氢气泄漏的原因，得出由于压差阀出现动作不正常且油密封过度磨损造成密封油需求量超出设计值，使密封瓦无法维持正常工作状态的结论，提出现场进行的修复方案。

关键词：汽轮发电机；漏氢；分析

中图分类号：TM311 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）25-0119-02

Abstract： In this paper， the causes of tension， wear and hydrogen leakage of seal bush and journal of 600MW turbogenerator in a power plant are analyzed. It is concluded that the demand for seal oil exceeds the design value due to abnormal operation of differential pressure valve and excessive wear of oil seal. According to the conclusion that the sealing pad can not maintain the normal working state， the repair scheme on the spot is put forward.

Keywords： turbogenerator； hydrogen leakage； analysis

前言

氢冷汽轮发电机具有效率高、温升低的优点，油密封结构是氢冷汽轮发电机特有结构，氢冷汽轮发电机漏氢量的大小直接影响机组的运行安全[1]，且发生氢气泄漏的原因及现象具有多样性。如泄漏可能发生在静止密封结构或动静结合面[2]，静止密封结构泄漏又可能发生在转子结构[3]或定子机座以及冷却水路[4]；现象可能是向机外漏氢，也可能向冷却水路漏氢，也会造成向机内漏油现象[5，6]。上述现象都会危害发电机的运行安全，造成事故隐患。

1 事发梗概

某电厂600MW汽轮发电机组安装完毕启机运行即出现轴系振动值偏大、漏氢量超标问题。机组先后启动三次，都因振动及漏氢指标超出允许值被迫停机。

第一次启动在没有进行完整的发电机整套气密试验情况下即进行，运行期间氢压下降快，最后因轴系振动大而被迫停机。停机期间主要进行了两项工作：轴系加平衡块、发电机更换氢系统外管路全部阀门。

第二次启动发生氢压下降，压差大幅波动现象，空、氢侧密封油压波动，空侧油箱排烟风机出口有氢气排出，氢侧油压励侧比汽侧高0.02-0.04kPa。打开发电机汽、励两端外油档检查发現：汽侧漏氢严重，在密封瓦与轴颈的径向密封面有气、油混合物喷出，励侧没有检测到氢气泄漏。经过调整差压阀，汽端漏氢现象消失，压力可以稳定，在机组启动升速至3000r/min后，带有功负荷100MW时，再次发生汽端漏氢现象，氢压无法维持，被迫打闸停机。

第三次启动盘车没有投入，密封油、润滑油投入的情况下可以维持氢气压力，密封瓦处没有泄漏现象发生。在投入盘车同时密封瓦与轴颈的径向密封面有气、油混合物喷出，励侧没有检测到气体泄漏。差压降从74kPa降至37kPa，氢侧油箱油位突然降低，调整差压阀，增大压差，汽端漏氢现象消失，机内气体压力可以稳定。在机组启动2000r/min暖机过程中再次发生汽端漏氢现象，氢压无法维持，压差上下大幅波动，氢压下降，空、氢侧密封油压波动。空侧油箱排烟风机出口有氢气排出，发电机汽端油档处有氢气泄漏，13.7m平台的就地压力表显示，空侧油压汽端比励端低0.04MPa，汽端空侧油压与膛内气压就地表读数基本一致。在3000转时因氢气泄漏量过大，打闸停机。

2 拆解后检查结果

解体检查密封垫处所有油孔均未出现错位及堵塞现象，励端密封座上所有油孔处绝缘管漏装，油孔处有绝缘漆，个别油孔处的密封垫孔有错位现象。

端盖、中间环、密封座油孔进行了高、低压压缩空气吹扫和气流测试，气体流动性无异常。对密封座油孔进行了进出孔烟气试验，无错开、堵塞、相通现象。密封瓦间隙检查结果空侧密封瓦间隙超标0.45mm，氢侧密封瓦间隙超标0.08mm。油箱自动补排油检查及试验正常。

将平衡阀解体进行清理检查，发现励端平衡阀内杂质很多并有大颗粒，汽端平衡阀内杂质少（曾经清理一次），阀内活动环无划伤、无卡涩现象。

现场对主/备压差阀信号管、汽励端平衡阀信号管进行了压缩空气吹扫和安装位置、走向及接口检查。管路接口正确，管路通畅。

3 原因分析

第一次启动氢压由0.307MPa降至0.189MPa所用时间为5小时10分钟。从下降速率可以看出密封瓦处密封效果在机组达到3000rpm后就开始逐渐变坏，此时密封瓦处已经出现问题，压差阀跟踪可能存在卡涩现象。

第一次拆解后空侧密封瓦对上下瓦结合面进行了研磨，错口修复，重新配销，轴颈采取抛光处理。密封瓦安装后在检查孔拨动密封瓦环，不存在卡涩现象。从第二次及第三次泄漏情况分析，密封瓦异常磨损逐渐形成，拆解后间隙测量及密封瓦、轴颈表面状况证明了这一点。

3.1 密封瓦、轴颈拉伤及磨损原因

无论从系统检查结果，还是密封瓦面的检查，都可以确定机组在启停过程中没有发生氢侧断油的情况；空侧虽然出现压差波动现象，但空侧流量没有出现减小，汽端压差虽然小，但不会造成密封瓦和轴颈的拉伤、磨损。因此，密封瓦和轴颈的拉伤及磨损与密封油系统无关。

密封瓦和密封座在安装和解体时通过专用孔检查，均未出现密封瓦卡涩现象；密封瓦拆出后对密封瓦内径面进行了检查，若在运行中卡涩，密封瓦内径边缘处会出现“倒角”现象，但检查结果没有出现这种情况。可以排除安装质量问题。

据现场了解，机组启动前油循环的时间不足1个月，润滑油管路、密封油管路没有冲洗彻底，供给密封油系统的高压备用油源、低压备用油源没有进行过冲洗。从系统检查空、氢侧过滤器、平衡阀就可以看出杂质很多。从密封瓦和轴颈的磨痕看，圆周方向呈环状，轴向呈锯齿状。产生这种划痕是由于油中的硬颗粒进入瓦与轴颈之间，随着转子的高速旋转将瓦与轴颈研出沟痕，待间隙磨大或颗粒磨碎后随回油溢出。经检查，整个轴系轴颈和轴瓦均出现不同程度的拉伤。

3.2 空侧比氢侧拉伤和磨损严重的原因

密封油系统氢侧由氢侧油箱供油，经密封瓦后回至氢侧油箱，油路相对空侧而言是独立的。空侧主油源由空侧回油箱供油，回油与轴承回油一同至空侧回油箱，由于润滑油油质差造成空侧油源的污染，这是造成空侧比氢侧拉伤和磨损严重的原因。第二次启动时因氢油压差低，现场投入了高备油源以此提高压差，因高备管路没有进行冲洗，大量的杂质进入空侧也是造成异常磨损的关键因素。

3.3 氢气泄漏原因

机组在第一次启动后，现场在未经厂家许可的情况下自行解体压差阀清理，造成压差阀出现连杆不同心，同时大波纹管上的螺母密封不严。压差阀出现动作不正常且油密封过度磨损造成密封油需求量超出设计值，使密封瓦无法维持正常工作状态，从而造成密封瓦氢气泄漏。

3.4 密封瓦影响分析

发电机在一定的氢油压差（0.056MPa以上）下能够有效防止氢气从密封瓦处泄漏，随着密封瓦与轴颈之间间隙的增大，流量随之大幅增加，供油压力降低；当无法维持一定的压差时氢气开始泄漏。密封瓦与轴颈之间间隙过大是造成氢气泄漏的原因之一。

4 修复方案

4.1 油路冲洗

为达到理想的冲洗效果，冲洗分初冲、低压冲洗、高压分段冲洗、收集杂质、阶段判定。做到系统的每一根管路、每一个供油系统都进行循环和判定。过滤器每天清理2遍，大颗粒在沖洗7天后才不再出现，冲洗判定时目测滤网已经无杂质，经过清洗、晾干后用放大镜进行判定。

4.2 轴颈处理

轴颈处理采用微弧焊接工艺进行冷焊处理，这种工艺方法是将电源存储的高能量电能，在电极与金属母材间瞬时高频释放，形成空气电离通道，使高合金电极与母材表面产生瞬间微区高温、高压的物理化学冶金过程，同时在微电场作用下，微区内离子态的电极材料溶渗、扩散到母材基体，形成冶金结合。

4.3 备品密封瓦加工

因拆除的密封瓦超差大，根据经验必须进行更换，使用备品密封瓦进行加工，备品密封瓦预留8mm左右的余量，这给加工带来一定的难度。厂内加工密封瓦使用专用的胎具，现场不具备这样的条件，只能根据实际情况尽可能满足图纸要求。密封瓦加工找正采用实托、轻靠方式，车削采用小进刀量、间隔加工、持续冷却方式加工。找正在0.02mm以内，加工后车床下冷态测量椭圆度为0.04mm，满足使用精度要求。

5 结束语

油密封跟踪控制系统关键部件如压差阀等工作状态以及油密封的动静间隙对油密封系统正常工作至关重要，油路清洁不达标是密封瓦损坏的主要原因，安装过程质量控制同样也是非常关键的。

参考文献：

[1]张顺.600MW汽轮发电机的漏氢治理[J].江苏电机工程，2004（1）.

[2]王殿武，等.防止氢冷汽轮发电机漏油的结构改进[J].山西电力技术，1999（8）.

[3]袁廷.防止氢冷汽轮发电机漏氢的措施[J].西南电力，1988（1）.

[4]李国辉.300MW汽轮发电机内漏氢问题分析[J].中国电力，1998（3）.

[5]沈 伟，等.防止汽轮发电机机内进油的措施和经验[J].电力设备，2003（12）.

[6]任旭，等.氢冷汽轮发电机漏油、漏氢的解决方法[J].中国电力，2000（5）.

[7]卢春燕.600MW发电机漏氢处理及预防措施[J].科技创新与应用，2015（26）：122.