发电机氢气纯度低的原因分析

黄龙

摘要：本文先对发电机双流环式密封油系统的结构及工作原理进行了介绍，通过分析发电机氢气纯度低的原因，了解密封油系统结构的不合理因素及其他可能造成该现象的因素，提出解决问题的改进措施，解决技术难题保证氢气纯度在合理范围内。

关键词：双流环式；氢气纯度；密封油系统；结构；措施

1、系统描述：

发电机密封油系统的功能是向发电机密封瓦提供压力略高于氢气压力的密封油，以防止发电机内的氢气从发电机两端轴伸出处向外泄露。密封油进入密封瓦后，经密封瓦与发电机轴之间的密封间隙，沿轴向从密封瓦两侧流出。我厂的密封油系统为集装式，其密封油路为双流环式，双流环密封瓦内有两个环形供油槽，供油槽内的油压始终高于发电机内的氢压，从而防止氢气从发电机内部漏出。这两个油槽在密封瓦内形成了两道油流，两道密封油流由独立的两套油源分别供给。靠发电机侧的为氢侧油，靠大气侧的为空侧油。氢侧供油沿大轴向发电机内侧流动，空侧供油沿大轴向大气外侧流动。由于这两个系统之间的压力在理论上保持相等，油流在两个供油槽之间保持相对平衡，因而油流不会在两个供油槽之间串动。密封油除了供密封瓦起密封作用外，对密封瓦还可以起到润滑降温作用。如图1所示。

氢侧密封油箱上部装有回氢管，该管与发电机消泡箱上部连通。当油箱内氢压高于机内氢压时，氢气可通过回氢管回到发电机机内。

氢侧密封油箱内设有补一排油浮球阀，它能根据油封箱油位的高低变化自动进行补一排油，维持油封箱内油位的相对稳定，如图2所示。

2、运行现状：

目前我厂#2发电机氢气纯度较低，最低至96%，只能通過补排氢的方式维持正常的氢气纯度。从启机时气体置换后氢气纯度的99%左右下降至96%共计用时3.5个月，相对#1机偏快，且异常偏低，如图3所示。

近期#2发电机氢气均是由于纯度低而进行补排氢，补氢次数较为频繁，产生较多的氢气量消耗，如表1所示。#1发电机氢气纯度相对较为正常，都是因氢压低而补氢。#2发电机氢气系统纯度异常偏低，具体原因分析如下。

3、原因分析

3.1氢气来源纯度

我厂氢站氢气由我厂制氢装置自制而来，贮存在氢罐中，纯度达99.99%以上，如表2所示。因此我厂氢气来源纯度是符合要求的。

3.2密封油窜油

我厂发电机密封油系统是双流环式密封，正常情况下，空侧和氢侧油压相等，几乎不会窜油。但若空侧密封油窜至氢侧，则会使空侧油中携带的空气及其他气体混入氢侧，最终影响氢气纯度；若氢侧密封油窜至空侧，氢侧密封油箱油位下降，补油浮球阀开启进行补入空侧密封油，在氢侧密封油箱进行空氢侧油交换，空侧油中的气体最终在发电机内释放影响氢气纯度。2017年底#2机组C修之前，发电机密封瓦间隙较大导致空侧密封油窜至氢侧，发电机氢气纯度异常偏低，补排氢次数频繁。经过调整密封瓦间隙，窜油现象有所好转，但仍然没有得到有效控制，氢气纯度依然偏低。因此，若我厂发电机密封油双流环式密封瓦存在窜油现象，则导致氢气纯度会下降。

3.3密封油箱补排油阀卡涩

氢侧油箱中的自动补排油阀故障导致在氢侧油箱中的空侧和氢侧油大量交换，使含有大量空气的空侧回油进入氢侧油箱。一方面在氢侧油箱中直接析出空气而直接进入发电机；另一方面其作为氢侧油在密封瓦中析出空气进入发电机。

就地自动补油阀、自动排油阀前截止门都在开的状态，自动补、排系统参与工作，但在氢侧油位高时，自动补油阀和自动排油阀未能及时调整油位，两者可能存在常补或者常排的情况，就地液位稳定时关闭氢侧密封油静排手动门观察液位发现液位维持稳定不变，且氢侧密封油箱补、排管路通过温度判断并没有油流过，故可以判断当密封油系统正常运行时，密封油箱补排油阀未有卡涩现象。

3.4排氢速度过快

#2机氢气纯度低，补排氢次数较多，排氢速度如果控制不好就会造成氢压下降较快。发电机两端的消泡箱内压力与氢气压力相等，消泡箱顶部通过迷宫式机械密封防止油进入发电机内。氢压下降较快时，消泡箱内的油烟及空气等气体就会汇入发电机氢气系统，使氢气纯度下降，严重时会导致油进入发电机。机组运行时氢气泄漏率试验表明数据均为2-4m3/24h左右，#2机氢气系统补氢管路一直以来最大速度0.8m3/h，补排氢速度都是在合格范围内；机组运行初期，氢气纯度合格，不会进行排氢操作。因此此因素并非导致氢气纯度较低的根本原因。

3.5空侧密封油排烟风机出力

我厂发电机空侧密封油箱上设两台排烟风机，保持油箱微负压，可以使得密封油回油顺畅，且防止外界气体及杂质返进油箱。做好排烟风机系统运维，防止外界气体及杂质进入密封油系统，导致氢气纯度下降。我厂空侧密封油箱内未设置压力表供监视，无法判断油箱内的压力是否正常，只能通过出口排气及风机运行外观上来判断运行情况，目前从排气口看排气正常。

3.6密封油油质

发电机密封油是来自大机润滑油系统的透平油，分别由空侧密封油和氢侧密封油两路油路为发电机双流环式密封瓦供油。两侧油压通过平衡阀维持压力平衡，油源空、氢侧互相补充。大机润滑油通过#5、#6、#7瓦润滑油回油至消泡箱为空侧密封油供油，整个过程未经过油净化装置进行净化处理，在空侧密封油入口虽设置真空净化装置，但机组投运以来至今尚未使用，因此密封油油质难以保证。据了解发电机密封油采用双环密封的很多电厂其密封油净化装置处于长期投运状态，发电机氢气纯度也长期保持高纯度状态。

化验人员每月都会定期对密封油进行油质化验监督，但并未对油中气体含量进行化验监督，无法确定油中含气量是否合格。若密封油中含气量较多则会直接影响氢气的纯度，因此个人认为此因素是影响氢气纯度的重要因素。