雙油環(huán)密封油結構汽輪發(fā)電機補氫量大的原因分析.doc

雙流環(huán)密封油結構汽輪發(fā)電機補氫量大的原因分析 雙油環(huán)密封油結構汽輪發(fā)電機補氫量大的原因分析一、簡介1 、氫氣特性氫氣是一種無色、無味的氣體，在標準狀況下的體積質(zhì)量為0.08987g/L。氫氣的分子運動速率最快，從而有最大的擴散速度和導熱性，其導熱能力是空氣的7倍，因此在大型發(fā)電機組中普遍采用氫氣作為冷卻介質(zhì)。另外氫氣較其他氣體的粘度較小，這樣可以降低轉(zhuǎn)子的阻力，從而大大提高發(fā)電機的效率。保持氫氣的純度接近100可最大限度地提高發(fā)電機的效率。氫氣是一種無色、無味的氣體，在標準狀況下的密度是0.08987g/L。氫氣的分子運動速率最快，從而有最大的擴散速度和導熱性，其導熱能力是空氣的七倍，因此在大型發(fā)電機組中普遍采用氫氣來作為冷卻介質(zhì)。另外氫氣較其他氣體的粘度較小，這樣可以降低轉(zhuǎn)子的阻力，從而大大提高發(fā)電機的效率。保持氫氣的純度接近100是對冷卻優(yōu)化的要求，這會最大限度地提高發(fā)電機的效率。然而氫氣與空氣的混合物超過一定范圍（當氫氣濃度在474，而且氫氣的最小著火能量僅為0.02mJ）后會發(fā)生爆炸，所以對于發(fā)電機安全運行來說，保持合格的氫氣純度至關重要。2、雙流環(huán)密封油系統(tǒng)簡介2.1汽輪發(fā)電機密封油系統(tǒng)由空側和氫側兩個各自獨立又互有聯(lián)系的的油路組成，空側和氫側密封油同時向發(fā)電機兩端的雙流環(huán)式密封瓦供油。來自汽輪發(fā)電機組軸承的回油，經(jīng)空側密封油泵升壓后，通過空側密封油冷油器、濾網(wǎng)到發(fā)電機汽、勵端雙流環(huán)式密封瓦的空氣側油環(huán)，空側密封油壓力的控制依靠壓差閥的泄油來控制，當發(fā)電機內(nèi)氫氣壓力變化或空側密封油壓力波動時，壓差閥將調(diào)整空側密封油泄油量以維持空側密封油壓力大于發(fā)電機內(nèi)氫氣壓力0.085Mpa?？諅让芊庥偷幕赜团胖涟l(fā)電機支持軸承的回油系統(tǒng)。氫側密封油經(jīng)氫側密封油泵升壓后，通過氫側密封油冷油器、濾網(wǎng)，再分成兩路分別通過發(fā)電機汽、勵端平衡閥到發(fā)電機汽、勵密封瓦的氫側油環(huán)中，汽、勵平衡閥的作用是跟蹤汽、勵端密封瓦內(nèi)空側油環(huán)內(nèi)壓力，調(diào)整汽、勵密封瓦內(nèi)氫側油環(huán)內(nèi)壓力與空側油環(huán)壓力差不大于50mm水柱,氫側密封油回油到密封油箱，密封油箱油位通過空側密封油泵出口補油或向空側密封油泵入口排油來控制。2.2密封油系統(tǒng)功能2.2.1向密封瓦提供二個獨立循環(huán)的密封油源 2.2.2保證密封油壓力高于發(fā)電機內(nèi)氣體壓力某一個規(guī)定值，并確保密封瓦內(nèi)氫側與空側油壓相等，其壓差限定在允許變動的范圍之內(nèi)。 2.2.3通過熱交換器冷卻密封油，從而帶走因密封瓦與軸之間的摩擦損耗而產(chǎn)生的熱量，確保瓦溫與油溫控制在要求的范圍之內(nèi)。 2.2.4通過濾油器，去除油中雜物，保證密封油的清潔度。 2.2.5通過發(fā)電機消泡箱和氫側回油控制箱，釋放掉溶于密封油中的飽和氫氣。 2.2.6空側油路備有多路備用油源，以確保發(fā)電機安全、連續(xù)運行。 2.2.7利用壓差開關、壓力開關及壓差變送器等，自動監(jiān)測密封油系統(tǒng)的運行。 2.2.8空、氫側各裝有一套加熱器，以保證密封油的運行油溫始終保持于所要求的范圍之中。 2.2.9密封油系統(tǒng)大部分部件集中安裝于一塊底板中，便于運行巡檢和維修。2.3密封油系統(tǒng)原理圖2.4發(fā)電機密封油箱的結構從圖中我們不難看出，1、3是由浮子控制的自動排油閥、補油閥；2、4是強制開啟自動排油閥、補油閥的頂針，它們是在自動排油閥、補油閥失去控制，需強制開啟自動排油閥、補油閥對密封油箱進行強制的排油、補油時，旋轉(zhuǎn)手輪將自動排油閥、補油閥頂起，在正常運行中2、4這兩個手輪應是在旋出退出位置；5、6手輪控制的螺桿是用來在自動補油閥、排油閥故障時，強制關閉自動補油閥、排油閥的，在正常運行中5、6手輪也是在退出位置。（在我廠只有5、6機的密封油箱頂部裝有5、6手輪）三、雙油環(huán)密封油結構汽輪發(fā)電機目前存在的問題目前，國內(nèi)雙流環(huán)密封油結構的氫冷發(fā)電機存在不同程度的補氫量大問題。氫冷發(fā)電機的氫氣消耗除了增加氫氣本身的成本外，還因氫冷發(fā)電機氫氣純度下降而導致發(fā)電機效率低、線圈溫度升高到問題，嚴重影響發(fā)電機的安全經(jīng)濟運行。另外由于設備結構、運行、檢修方面的原因，造成發(fā)電機內(nèi)進油，引起發(fā)電機線圈絕緣下降，給發(fā)電機安全運行帶來隱患。因此，解決雙流環(huán)密封油結構的氫冷發(fā)電機補氫量大的問題十分重要。四、發(fā)電機補氫量大的原因分析1、氫氣純度不合格，將會直接影響機組的安全。如果氫氣純度下降至爆炸范圍內(nèi)，在一定的條件下可能會引起發(fā)電機內(nèi)氫氣爆炸；氫氣純度不合格將導致冷卻效率降低，造成機內(nèi)構件局部過熱；有害氣體的存在還會造成絕緣老化、鐵芯及其金屬部件腐蝕。由于發(fā)電機氫氣額定壓力在為0.3MpPa，所以常壓空氣是進入不到不可能進入發(fā)電機中。在密封油系統(tǒng)中，空氣進入發(fā)電機的唯一途徑是氫側密封油攜帶的空氣釋放到發(fā)電機氫氣中。2、實際運行中很難控制空側密封油和氫側密封油壓力的平衡按照雙流密封油結構密封瓦設計原理來講，只有維持密封瓦內(nèi)空側密封油與氫側密封油壓力基本相等，減少空、氫側密封油的交換，才能防止空側油系統(tǒng)中夾帶的空氣等進入氫側密封油系統(tǒng)。但實際運行中由于設備結構等方面很難控制空側密封油和氫側密封油壓力的平衡。 造成空側密封油和氫側密封油壓力不平衡的第二個主要原因是空、氫側密封油壓力的測量誤差。機組運行中只有維持密封瓦與轉(zhuǎn)軸之間的油壓平衡，才能減少空、氫側密封油的互相竄動，但由于設備結構的原因，目前只能測量密封瓦上的空、氫側密封油進油處的壓力作為平衡閥的調(diào)節(jié)信號，因此必然造成測量誤差，平衡閥不能有效維持空、氫側密封油壓力的平衡，從而引起發(fā)電機補氫量增大。1、平衡閥因素1.1 平衡閥原理：平衡閥分汽端和勵端二只，其信號分別取之于各自密封瓦處的空、氫側油壓，通過空、氫側油壓的變化自動調(diào)節(jié)平衡閥開度的大小，從而使空、氫側在密封瓦處的油壓差始終保持在50mmH2O之內(nèi)。平閥工作失常首先表現(xiàn)在空氫側微差壓計上，其值偏差較大的原因有以下幾點： 1.1.1油質(zhì)臟，活塞被卡住。 1.1.2傳壓管較細，通常應加大到181.5mm左右,以提高平衡閥的工作靈敏度和平衡精度。（于密封瓦處空、氫側密封油壓壓差僅幾個mmH2O，油路或信號管稍有堵塞或雜質(zhì)均會使平衡閥調(diào)節(jié)不靈敏現(xiàn)象的發(fā)生。）1.1.3平衡閥桿間隙、活塞間隙加工或密封不好，存在漏油現(xiàn)象。若是平衡閥桿間隙漏油，那么氫則工作油將進入到氫側信號油室，使氫側信號油壓力升高，造成氫側油壓低于空側油壓，使微差壓計的偏值增大。其影響程度取決于從平衡閥出口至密封瓦之間的氫側供油管產(chǎn)生的阻力壓降、平衡閥桿的漏流間隙以及氫側壓力信號管的通徑等。 1.1.4平衡閥有調(diào)節(jié)能力是有限的，若發(fā)現(xiàn)微差壓計偏差較大，應首先調(diào)節(jié)氫彈側油泵出口旁路閥，使其汽、勵端空氣側的差壓盡可能的達到最小，然后再分別調(diào)節(jié)各自的平衡閥，使空氫側的壓差達到小于500Pa。 1.2由于平衡閥不可能保持空氫側油壓的絕對平衡，因此空氫側密封油發(fā)生竄油將會不可避免。當空側油壓高時，空側油竄到氫側，再經(jīng)密封油內(nèi)油檔被發(fā)電機風扇吸卷，將油中攜帶的空氣釋放到發(fā)電機內(nèi)，同時氫側油箱油位升高，自動排油閥打開排油；當氫側油壓高時，氫側油竄到空側，氫側油箱油位降低，自動補油閥打開，使含空氣量較高的空側油補充到氫側油箱，并進入氫側油循環(huán)，最終將空氣釋放到發(fā)電機內(nèi)。因此無論是氫側還是空側油壓高，都將導致發(fā)電機內(nèi)氫氣受到污染，氫氣純度下降，補氫量增大。尤其是當空氫側密封油存在較大的不平衡時影響更大。停機時，釋放到發(fā)電機內(nèi)的空氣因受重力作用，還將逐漸下沉到發(fā)電機底部，聚集到發(fā)電機死角和低點處，造成發(fā)電機局部將油純度不合格，產(chǎn)生局部氫爆的危險。因此如何盡可能的保持空氫側油壓平衡，是解決該問題的關鍵所在。運行中要求空氫側油壓差在50mmH2O，一般以密封油系統(tǒng)上的調(diào)端和勵端的平衡表為判斷油壓平衡的依據(jù)，輔之以汽輪機運行平臺就地空氫側油壓表。但由于現(xiàn)場壓力表計的誤差，以及平衡表取壓信號存在誤差，往往平衡表調(diào)平衡了，而實際空氫側油壓并沒有平衡。個人覺得調(diào)整平衡閥應以平衡表為粗調(diào)信號，而以氫側油箱補排油管道的溫度為細調(diào)信號。這是因為正常運行時空氫側回油溫度在5060左右，若空氫側油壓比較平衡，就會出現(xiàn)氫側油箱補油和排油量很微小的情況，補排油管道就會是冷的或者微熱。若運行中補油或排油管道很熱，說明氫側油箱在補油或排油，那么空氫側密封油一定存在著較大的不平衡，因此即使是表計平衡了，還是需進一步調(diào)整平衡閥。1.3提高平衡閥的調(diào)節(jié)精度和運行可靠性的措施1.3.1防止平衡閥卡澀，調(diào)節(jié)失靈：檢修后密封油系統(tǒng)運行初期，可采取用平衡閥旁路閥手動調(diào)節(jié)，防止檢修后因系統(tǒng)不清潔造成的平衡閥部件卡澀。1.3.2 采用新型平衡閥：據(jù)悉國內(nèi)某單位研制成功了閥芯連續(xù)旋轉(zhuǎn)的平衡閥，這種平衡閥采用密封油做為動力油推動閥芯以一定速度旋轉(zhuǎn)，可防止密封油中雜質(zhì)造成閥芯卡澀。（有待考證）1.3.3檢修后進行平衡閥調(diào)節(jié)試驗，保證空、氫側密封油壓力平衡：平衡閥的目的是控制密封瓦內(nèi)空、氫側密封油環(huán)內(nèi)的空、氫密封油不交換，基于這個原理，可關閉密封油箱補、排油門，觀察并根據(jù)密封油箱油位變化對平衡閥進行調(diào)整，最終使密封油箱油位基本穩(wěn)定，達到減少空、氫側密封油在密封瓦內(nèi)交換的目的。通過試驗可找出規(guī)律，在機組正常運行中，根據(jù)密封油箱是在補油或排油，微調(diào)平衡閥，同樣可減少空、氫側密封油在密封瓦內(nèi)交換。2差壓閥因素2.1差壓閥介紹：差壓閥的執(zhí)行機構實際上是一個內(nèi)置式波紋筒，波紋筒上部接有發(fā)電機內(nèi)氫氣壓力信號，波紋筒內(nèi)部接有空側密封油泵出口壓力油信號，氫氣壓力和油壓差值的變化造成波紋筒的上下移動，從而帶動下部閥門的移動，氫氣壓力變化時，密封油也相應變化，始終保持油壓大于機內(nèi)氫壓0.084Mpa。但在實際過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)油氫差壓發(fā)生變化，尤其在低氫壓時變化更大，其原因大致有以下幾點： (1)由于產(chǎn)品本身質(zhì)量所造成的。調(diào)試過程中常發(fā)現(xiàn)差壓閥在額定氫壓時調(diào)節(jié)性能較好，而在偏離額定工況時調(diào)節(jié)性能就不是太好，這說明調(diào)節(jié)彈簧的線性不理想，運行過程中要經(jīng)常調(diào)整。 (2)波紋筒破裂。 (3)波紋筒內(nèi)空氣未放盡。因為空氣為可壓縮性氣體，部分吸收了油壓的變化，對調(diào)節(jié)性能影響較大。 (4)腔體內(nèi)雜質(zhì)較多，特別是新建機組，安裝前需對傳壓管仔細清理以保證油質(zhì)的清潔。 3、密封瓦間隙因素3.1發(fā)電機轉(zhuǎn)子與密封瓦之間間隙對串流量的影響如下式所示：Qdpc3（12l）（1） 其中Q密封油間的串流量 p空、氫側密封油微差壓 d轉(zhuǎn)子軸徑 c中間環(huán)和軸間的間隙 透平油的動力粘度 l中間環(huán)長度 由上式可見，密封油間的串油量與密封瓦中間環(huán)與軸的間隙成三次方關系，間隙越小，氫氣越容易密封，空、氫側密封油間的串流量也會越小。但密封瓦與發(fā)電機軸之間的間隙是一個比較難協(xié)調(diào)的矛盾，由于密封瓦是浮動在軸上的，該間隙太小，極容易引起發(fā)電機兩側軸承振動的增大。該間隙太大，不但引起串流量的增加，同時由于空側密封油流量大，流阻小，空側油直接通過中間間隙流至氫側油處，會造成氫側油的虛假油壓，此時雖然空、氫側密封油微差壓計上顯示空、氫側密封油已達到較好的平衡，但實際上密封瓦中間環(huán)的串流量還是很大。因此密封瓦檢修時應嚴格按照標準，保證密封瓦的間隙盡量靠近下限，以減少密封油流量，并保證密封瓦不被磨損；另外就是采用高精度密封油濾網(wǎng)，降低密封油中的顆粒度，從而減少密封油中的微小顆粒與密封瓦及軸頸的相對流動產(chǎn)生的研磨。對于300MW汽輪機（我廠一期為西門子-西屋公司的350MW機組），密封瓦直徑間隙為0.23-28mm（我廠發(fā)電機密封瓦徑向間隙0.230.28mm），當運行中密封瓦間隙從0.15 mm增大到0.28 mm時，密封油流量將大大增加，而由于空、氫側密封油之間不可避免的存在壓差，密封油流量的增加將導致空、氫側密封油的交換量成倍增加，空側密封油中攜帶的空氣、水分等通過交換進入氫側密封油中，再通過氫側密封油與氫氣的接觸進入到發(fā)電機氫氣中污染氫氣，降低氫氣純度。密封油量的增大將會造成靜壓回油管路不暢，發(fā)電機氫側回油腔室（消泡箱）油位升高到超過軸頸最低位置時，將造成發(fā)電機進油。3.2現(xiàn)300MW密封油系統(tǒng)的空氫側密封油均采用刮片式濾網(wǎng)，但實際上這種刮片式濾網(wǎng)只能起算作粗濾網(wǎng)，不能有效過濾掉密封油中的微小顆粒。正是由于密封油流中的微小顆粒與密封瓦及軸頸的相對流動產(chǎn)生的研磨，加劇了密封瓦與軸頸的磨損，導致了運行密封瓦間隙的增大。據(jù)悉國外已淘汰刮片式濾網(wǎng)，國內(nèi)有電廠以過濾精度0.01mm或以下的纖維濾網(wǎng)替代刮片式濾網(wǎng)的運行實例。（有待考證）4、密封油溫度因素4.1密封油溫度對氫氣純度的影響主要表現(xiàn)在密封油溫度的改變使密封瓦與軸之間的間隙改變，從而使油的串流量改變。油溫改變對間隙的影響關系式如下：c1sealdt（2）c2rotor dt cc1c2 其中c間隙改變量 seal密封瓦線形膨脹系數(shù) rotor軸線形膨脹系數(shù) d軸徑 t溫度改變量 同時油溫的改變使得油的動力粘度改變，油的流動特性改變使油的串流量改變。4.3發(fā)電機密封油溫度高密封油的粘度隨油溫的升高而降低，在同樣的流通面積內(nèi)，要維持一定的密封油壓力，當密封油溫度高時，就需要較大流量的密封油。同樣密封油溫度的升高，將導致密封瓦間隙增大，這同樣需要增大密封油流量才能維持一定的密封油壓力。發(fā)電機制造廠一般規(guī)定氫冷發(fā)電機空、氫側密封油溫度正常值在27-50之間。在密封油冷卻水量充足的情況下，為了減小空氫側密封油交換量，可盡量控制密封油溫保持低限運行，原則是發(fā)電機軸承振動不受影響。對于300MW汽輪發(fā)電機集裝式密封油系統(tǒng)，其空、氫側密封油系統(tǒng)的冷油器的出口油溫有一個調(diào)節(jié)門控制，一般維持在42左右。油溫在42時的粘度比27時小，要維持一定的密封油壓，則需要較大的密封油流量。同樣，由于密封油溫的升高，密封瓦的內(nèi)徑將增大，這樣要保證發(fā)電機內(nèi)氫氣不外泄，同樣需要增大密封油流量來維持一定的壓力。因此密封油溫度過高將導致密封油流量增大，按照上邊的分析，同樣會引起發(fā)電機內(nèi)氫氣純度下降。5、排煙風機因素5.1煙風機出力小以及氫冷器泄漏對氫氣純度的影響從300MW汽輪發(fā)電機密封油系統(tǒng)看，空側密封油泵油源取自氫油分離器，氫油分離器的排煙風機主要作用是抽出空側油中的微量氫氣，以免氫氣隨潤滑油回到主油箱。增大氫油分離器排煙風機的出力，使氫油分離器形成大的負壓，使空側油中的空氣會同氫氣一起被抽出，這樣，將減少空側密封油中空氣含量，按照上邊的分析（發(fā)電機氫氣污染主要是空側密封油攜帶的空氣等通過與氫側密封油交換進入氫側密封油，再通過氫側密封油與氫氣交換污染氫氣），將會避免氫氣純度下降過快。5.2氫冷器的泄漏或滲漏主要造成氫氣濕度的惡化，但由于物理交換的不可避免性，水中的空氣會析出，氫氣純度勢必下降。6、氫側供油管路節(jié)流對氫氣純度的影響氫側密封油供油管路的意外節(jié)流造成氫側油供油不足，密封瓦氫側油腔內(nèi)油壓無法正常建立，使得中間密封環(huán)空、氫側密封油壓無法達到平衡，從而使空側密封油向氫側密封油中串流。但不同的節(jié)流點表現(xiàn)出來的現(xiàn)象是不同的，由于空、氫側密封油微差壓管路取樣點是取在發(fā)電機端蓋處的，在取樣點前出現(xiàn)節(jié)流時，表現(xiàn)在調(diào)節(jié)氫側油母管壓力時空、氫側密封油微差壓計上反映遲鈍。當取樣點后有節(jié)流時，調(diào)節(jié)氫側密封油壓，則微差壓計上的動作幅度會很大。7、平衡閥信號管管路有節(jié)流時對氫氣純度的影響平衡閥時刻處于跟蹤空側密封油壓調(diào)節(jié)氫側密封油壓，使得空、氫側密封油壓基本一致，因此平衡閥信號管內(nèi)一直有微量油流動。當管路中有節(jié)流時，會造成油壓信號傳遞失真，平衡閥調(diào)節(jié)滯后，影響調(diào)節(jié)品質(zhì)，使空、氫側間的串流增加，氫氣純度下降。小修或臨停時不具備檢查軸瓦條件時，可采取如下臨時措施：在空側回油管至氫側油箱的管路上增加臨時濾油機，可以緩解氫氣污染的程度，但不能最終解決根本問題。附件：#3機空側密封油油壓波動分析一、 問題提出：2010年7月18日發(fā)電部提出異常：“3號發(fā)電機2號液位監(jiān)測器（發(fā)電機出線）每次排污均有大量油，7月13日執(zhí)行定期工作有兩紙杯油，7月17日執(zhí)行定期工作有1紙杯油”。原因分析為1）密封瓦漏油。2）發(fā)電機勵端空側油壓波動（0.57-0.63）。我們隨即對密封瓦滲漏油及發(fā)電機空側密封油油壓波動的原因進行了分析。二、 原因分析 密封瓦滲漏油的原因有：1）密封瓦間隙過大，氫側密封油沿著大軸進入發(fā)電機；2）空側密封油油壓波動劇烈，在調(diào)整油氫壓差過程中有部分油進入發(fā)電機；3）其他原因。 發(fā)電機空側密封油油壓波動的原因有：1）空側密封油泵出口壓力波動；2）差壓閥調(diào)節(jié)性能不好；3）差壓閥氫壓或油壓信號管有輕微堵塞或信號管內(nèi)存有空氣；4）由于其他原因?qū)е虏顗洪y氫壓或油壓信號管壓力真實波動。1、 我們首先調(diào)閱了異常出現(xiàn)當天空側密封油壓的SIS曲線。（見下圖）由圖得知：發(fā)電機空側密封油壓確實有波動，而且是有規(guī)律性的波動。（一天內(nèi)空側密封油油壓升高2次，隨后油壓開始緩慢下降，油壓升高時間分別為7月17日10:20左右與7月18日0:00左右。通過下面的補排氫時間數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)發(fā)電部在7月17日10:27補氫29立方米，7月17日23:59補氫11立方米，補氫時間與空側油壓升高時間正好吻合。）2、 隨后我們調(diào)閱了發(fā)電機空側油壓、發(fā)電機膛內(nèi)氫壓及油氫差壓的SIS數(shù)據(jù)曲線進行分析。(如下圖。時間：7月1日至現(xiàn)在)由圖得知：發(fā)現(xiàn)空側油壓隨發(fā)電機膛內(nèi)氫壓有規(guī)律的波動。當發(fā)電機膛內(nèi)氫壓升高時，差壓閥調(diào)整空側油壓隨之升高，以保持油氫差壓；當膛內(nèi)氫壓降低時，差壓閥調(diào)整空側油壓隨之降低，以保持油氫壓差。許昌龍崗發(fā)電