发电机提高氢气纯度降低湿度原因分析及防范措施

2020-08-11杨玉新

中国电气工程学报 2020年4期

摘要：国华宁东电厂两台330MW直接空冷机组，自投产后相继出现了发电机氢气湿度大，氢气纯度低等问题，文中对此类问题的原因进行分析，结合生产实际探讨了解决问题的方法。并对密封油系统的调整和维护进行了介绍。

关键词：氢气纯度;氢气湿度;原因分析;防范措施

国华宁东发电厂两台330MW直接空冷机组，发电机是上海汽轮机厂生产水氢氢冷却方式的QFSN-330-2型汽轮发电机。配套使用的是09Q042—3型密封油系统。自投产后不同程度出现了氢气湿度大、氢气纯度低等问题。针对这些问题，我们进行了认真的分析，反复进行了调试。

正常情况下密封瓦中的空侧和氢侧密封油具有几乎相同的压力，空侧和氢侧密封油各自保持相对独立的状态进行循环。机组在运行中密封油系统中的氢侧密封油与发电机机内的氢气相接触，密封油系统部件工作不正常或运行调整不当，参数控制不好均能够引起发电机氢气湿度大、纯度低。

1 发电机氢气湿度大、纯度低的原因分析

1.1 空侧与氢侧密封油压差值大

发电机空侧与氢侧密封油在密封瓦中的压力不平衡，会引起油流窜动，若空侧密封油压高于氢侧密封油压，则含有大量空气的空侧密封油向氢侧密封油窜油，此时窜到氢侧的空侧密封油将随氢侧密封油一起回到发电机的氢侧回油腔（即消泡箱），然后经氢侧回油管，返回到氢侧密封油箱中，在此过程中一部分空侧密封油内所含的空气直接析出进入发电机内。同时空侧向氢侧窜油也一定程度的排挤了氢侧油，使氢侧的进油减少，这将加大油污染。

若氢侧密封油压高于空侧密封油压，则氢侧密封油向空侧密封窜油，此时将使回到氢侧密封油箱中的油量减少，油位降低，为了保证系统安全运行，将自动向氢侧密封油箱中补油。这样就将含有大量空气的空侧密封油补进了氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加。发电机机内的氢气与密封油系统中的氢侧密封油相接触，氢侧密封油中若溶解有大量的空气，空气便会进入氢气区域，污染机内氢气。使氢气湿度增大，纯度降低。

1.2 氫侧油箱中的自动补排油阀故障

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。

浮球阀因各种原因不能正常开启或关闭，这样将导致密封油系统中自动补排油的功能失常。

1.3 差压阀工作不正常

密封油系统维持氢、油差压的任务是由差压阀来完成的，氢、油差压阀工作不正常不仅会污染油质，而且会造成发电机漏氢。

1.4 油氢差压过高或过低

油氢差压是指空侧密封油与氢气的差压。由于氢侧密封油是跟踪空侧密封油的，因此当油氢差压过高或过低时时必然会使氢侧油压上升或降低。当氢侧油压过高时，氢侧密封油将直接通过油挡进入发电机内。

1.5 平衡阀工作失常

330MW发电机运行中要求平衡调节阀调节精度达到±490Pa，而该阀的装配精度相当高，如果油中含有杂质、水分等，则极易造成阀卡涩，工作失常。

1.6 氢侧油管路供油不足

氢侧油管比空侧油管径要小的多，氢侧油管很容易发生节流造成氢侧油供油不足，密封瓦氢侧油腔内油压无法正常建立，使得中间密封环空、氢侧密封油压无法达到平衡，从而使空侧密封油向氢侧密封油中窜流。

1.7 发电机密封油含水超标

从系统设置可以知道，发电机密封油系统首次启动时其油来自汽轮机润滑油系统。而在正常运行中，密封油和主机轴承的回油是在一起的，只不过是一部份进入密封油而另一部份进入主机油箱。密封油中带水，在密封瓦处蒸发形成水蒸汽进入发电机使氢气纯度下降，湿度增加。

1.8 发电机启动升负荷或低负荷操作

氢气冷却器冷却水量调整控制不当或冷却水温过低，流量过大，导致氢温过低产生凝露。内冷水系统机内接头和氢冷器微细渗漏也可能导致机内氢气湿度增大。

1.9 排烟风机的运行以及氢冷器泄漏对氢气纯度的影响

排烟风机出力不足或不运行会造成更多的空气和湿气溶入空侧密封油中，这样极少量的串油量就会使氢气纯度出现较大的下降。排烟风机出口管疏油不畅是使排烟风机出现出力不足的重要原因。氢冷器的泄漏或渗漏主要造成氢气湿度的恶化，但由于物理交换的不可避免性，水中的空气会析出，氢气纯度势必下降。

2 #2机组氢气纯度低原因分析及处理

2.1 问题的出现

宁东公司#2机组在大修后本次A修中打开密封油氢侧油箱检查，并对氢侧油箱排油浮子位置上调了10mm，未进行其他的工作。发电机密封瓦在翻瓦检查后试验期间发现有漏点。正常运行中发现氢气纯度下降速度较快，为维持发电机氢气纯度在96% 以上，每天都要进行排补氢的工作。不但增加了汽机房运行的不安全性，还增加了运行人员的工作量，同时，也造成了大量的氢气被排放掉，既造成能源的浪费，也使制氢站的工作量大大增加。

2.2 问题的分析及初步处理

就现场的现象来看，#2机组氢侧油箱排油管温度很高，基本与油箱温度持平，而补油管温度基本环境温度，由此可以判断密封瓦处存在较大的串流，使得氢侧密封油箱油位高，自动排油阀打开连续排油。氢侧密封油温53℃、空侧密封油温52℃ 、空侧密封袖母管压力0.47 MPa、氢侧密封油母管压力0.5MPa、油氢差压82 kPa、氢干燥装置出口氢气露点-50℃左右，排烟风机运行正常，基本能排除氢冷器泄漏和排烟风机对其的影响。

从日常调整的现象来看，提高氢侧密封油母管压力时，励端、汽端平衡阀差压表反映明显，幅度变化较大，随后保持0位置。降低油氢差压调整至70 kPa左右运行，抬高氢侧密封油母管压力至0.6 MPa，仍无明显效果。最后关闭密封油强制排油门，维持密封油箱油位在35cm，这样氢气纯度的下降有了一定的好转，基本2-3天补排氢一次。

3 防止发电机氢气纯度、湿度降低的技术防范措施

3.1 保证制氢站补向发电机的氢气纯度和湿度达到要求，干燥器能正常投入，保进入储氢罐的氢气湿度（用美国CENER-ALEASTERN公司产D-2 型露点仪检测），常压下湿度不大于2 g/m3，露点≤-50℃。

3.2 制氢站的储氢罐最好划分成常用罐和备用罐分组运行。常用罐做正常补氢用，每天排污放水1 次，备用罐供紧急情况下使用，每3 天排污放水1 次，在向补氢系统供氢前应测试氢气湿度、纯度达到标准。

3.3 对补氢系统进行必要的完善，在机前补氢管道、输氢管道最低适当增加排污放水点，在向发电机补氢前，先进行输氢母管的排污放水，并测定母管氢气纯度、湿度合格才能向发电机内补氢。

3.4 防止密封油带水。轴封系统经常处于最佳状态下运行，既要保持汽轮机真空不受影响，又要不让轴封蒸汽进入油中。检修时，轴封间隙必须调整合理。

3.5 保证发电机氢气干燥器正常投运，干燥器自动排水正常。发电机氢气湿度在-5℃～-25℃范围内。

3.6 油净化装置按规律定期投运，每周一投运，周五停运，确保油中含水量不大于100mg/L。

3.7 排油烟（油汽）系统正常运行，轴承室内保持一定的微负压。

3.8 轴封供汽系统正常运行，并保证其在工况变化时，具有良好的跟踪性能。每当发生较大的变工况，如机组启动、停运过程或较大幅度变负荷时，保证轴封进汽压力自动调节正常。

3.9 机组运行中经常监视各回油窥视窗有无水珠和汽雾。每月取一次油样对油中含水情况进行分析，当油中含水超标时，应对油箱进行放水排污并连续投入润滑油净化装置运行，必要时投入临时滤油机进行滤油。

3.10 切实控制好发电机的运行风温和水温，一般进风温度40～46℃，内冷水温45～50℃为佳。

3.11 机组启动时，为防止机内湿度过高，可按氢压0.1 MPa，内冷水压0.05 MPa 控制，但必须注意内冷水回路中不得发生断水现象，氢气冷却器冷却水先不投入运行，待机组并网带初始负荷再投入氢冷器自动调节装置，提高氢压和内冷水压，以避免低温状态下氢气凝露。