如何解決氫冷汽輪發(fā)電機(jī)的內(nèi)漏油問(wèn)題

如何解決氫冷汽輪發(fā)電機(jī)的內(nèi)漏油問(wèn)題摘要導(dǎo)致氫冷汽輪發(fā)電機(jī)內(nèi)漏油故障的直接原因或主要原因是氫側(cè)密封油回油不暢或不能回油。壓差閥、平衡閥跟蹤性能的好壞并不會(huì)直接導(dǎo)致漏油故障的發(fā)生。解決漏油問(wèn)題并不十分困難，關(guān)鍵在于更新觀念、找準(zhǔn)原因、定準(zhǔn)措施，才能藥到病除。關(guān)鍵詞汽輪發(fā)電機(jī)氫冷密封油內(nèi)漏油問(wèn)題眾所周知，大容量汽輪發(fā)電機(jī)大多采用氫冷方式。凡采用氫冷方式的發(fā)電機(jī)就必須相應(yīng)設(shè)置軸封裝置即油密封裝置，用于密封轉(zhuǎn)子與端蓋之間的動(dòng)、靜間隙，阻止氫氣外泄。這是國(guó)內(nèi)外通行的、成熟的及唯一的密封手段。值得注意的是，根據(jù)運(yùn)行部門反映相當(dāng)一部分氫冷機(jī)組自投入使用之日起，其密封油漏人機(jī)內(nèi)的問(wèn)題即內(nèi)漏油簡(jiǎn)稱漏油就隨之而來(lái)并且普遍存在。內(nèi)漏油不僅是資源及能源的浪費(fèi)，而且會(huì)污染電機(jī)絕緣、降低機(jī)內(nèi)氫氣純度、增加機(jī)內(nèi)氫氣濕度，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅；同時(shí)，漏人機(jī)內(nèi)的油經(jīng)排污管排出廢棄后還會(huì)造成環(huán)境污染。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真解決好內(nèi)漏油問(wèn)題。然而令人遺憾的是，由于有關(guān)單位及有關(guān)人員，甚至包括相當(dāng)一部分專家，對(duì)此問(wèn)題及其產(chǎn)生的原因并沒有一個(gè)正確及清晰的了解，10多年來(lái)，只停留在“造成內(nèi)漏油的原因是壓差閥和平衡閥跟蹤不好”這一原始的、模糊的、甚至是錯(cuò)誤的概念上，與之相應(yīng)的措施也不可避免地局限在“解決壓差閥和平衡閥的跟蹤性能”這一低級(jí)手段上。因此，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、汲取教訓(xùn)、去偽存真、有的放矢，已成為當(dāng)務(wù)之急。本文以運(yùn)行實(shí)例為依據(jù)，在認(rèn)真調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對(duì)此問(wèn)題及其產(chǎn)生的原因進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，意在澄清事實(shí)，達(dá)到對(duì)癥下藥、根除頑疾之目的。1油密封裝置及其密封油系統(tǒng)分類11油密封裝置分類氫冷汽輪發(fā)電機(jī)的油密封裝置按其核心部件密封瓦的型式分為盤式油密封和環(huán)式油密封2類。前者大多用于100MW及以下容量的中小機(jī)組，后者則廣泛用于大容量機(jī)組。環(huán)式油密封裝置又根據(jù)其密封瓦的結(jié)構(gòu)及供油方式的不同又可劃分為單流環(huán)式油密封和雙流環(huán)式油密封2種。理論上，單流環(huán)因?yàn)橹挥?道密封油會(huì)使機(jī)內(nèi)氫氣與機(jī)外空氣易于接觸混合，從而導(dǎo)致運(yùn)行中機(jī)內(nèi)氫氣純度下降較快；而雙流環(huán)因?yàn)閾碛?道密封油，不僅提高了其可靠性，也會(huì)使機(jī)內(nèi)氫氣與機(jī)外空氣不易接觸混合，從而減低機(jī)內(nèi)氫氣純度下降的速度。但實(shí)際情況并非完全如此。雙流環(huán)式油密封又根據(jù)其密封瓦的結(jié)構(gòu)及數(shù)量不同而分為雙流單環(huán)和雙流雙環(huán)2個(gè)品種。雙流單環(huán)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)油量的需求相對(duì)較大，但其對(duì)安裝精度要求較高；雙流雙環(huán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但其對(duì)油量需求較小，對(duì)安裝精度要求較低，而且隨動(dòng)性最佳，特別易于與平衡閥配合保持氫側(cè)油壓與空側(cè)油壓最大限度地平衡曾有表計(jì)指示兩側(cè)油差壓為0。12密封油系統(tǒng)分類密封油系統(tǒng)按單流環(huán)式油密封和雙流環(huán)式油密封分為單流式和雙流式兩大類型；按其核心部件壓差閥的不同及其工作方式的不同又可劃分為阻流增壓式采用活塞式壓差閥和泄流泄壓式采用波紋管式壓差閥兩大流派。活塞式壓差閥又分為靜止活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式2種；波紋管式壓差閥又分為硅青銅波紋管、不銹鋼波紋管和橡膠波紋管等種類。早期國(guó)產(chǎn)氫冷機(jī)組均采用靜止活塞式壓差閥及其阻流增壓式密封油系統(tǒng)，而引進(jìn)機(jī)組及近期采用引進(jìn)技術(shù)制造的國(guó)產(chǎn)機(jī)組均采用波紋管式壓差閥及其泄流泄壓式密封油系統(tǒng)。因此，兩者又分別被稱為國(guó)產(chǎn)型密封油系統(tǒng)及引進(jìn)型或引進(jìn)技術(shù)型密封油系統(tǒng)。目前，已有數(shù)臺(tái)配有國(guó)產(chǎn)型密封油系統(tǒng)的機(jī)組改造為引進(jìn)技術(shù)型密封油系統(tǒng)，而且大有盲目形成趨勢(shì)的可能。2發(fā)電機(jī)內(nèi)漏油故障分類近來(lái)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)某機(jī)組發(fā)生漏油故障后，運(yùn)行人員只能籠統(tǒng)地報(bào)告機(jī)組漏油，而漏油故障的表現(xiàn)形式、故障原因則難以講清楚，因而處理措施也就無(wú)從談起。如果按漏油的表現(xiàn)形式、產(chǎn)生原因或影響因素等進(jìn)行分類，就會(huì)指導(dǎo)運(yùn)行人員在發(fā)生故障的第1時(shí)間及第1現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)的觀察和必要的試驗(yàn)或驗(yàn)證，從而有針對(duì)性地提出處理措施或防范措施，進(jìn)而使處理漏油問(wèn)題規(guī)范、有序地進(jìn)行。內(nèi)漏油故障按其表現(xiàn)形式分為以下幾類。21穩(wěn)態(tài)漏油在任何時(shí)間及任何工況下均存在連續(xù)漏油現(xiàn)象，這是最為嚴(yán)重也最為復(fù)雜的一種。22暫態(tài)漏油僅在某一段時(shí)間或某一工況下發(fā)生連續(xù)或間斷漏油的現(xiàn)象，這是較為復(fù)雜的一種。23低氫壓漏油在機(jī)內(nèi)氫壓低于01MPA、008MPA、005MPA甚至更低的工況下發(fā)生連續(xù)或間斷漏油的現(xiàn)象，這是暫態(tài)漏油故障之一。24置換過(guò)程漏油在發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)由空氣狀態(tài)轉(zhuǎn)為氫氣狀態(tài)或由氫氣狀態(tài)轉(zhuǎn)為空氣狀態(tài)的置換過(guò)程中發(fā)生連續(xù)或間斷漏油的現(xiàn)象而且與低氫壓漏油情況極為類似，這是最易于發(fā)生也最為常見的一種情況，也是暫態(tài)漏油故障之一。25霧狀漏油密封油在其循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中特別是在轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)作用下，其中一部分可能在油擋內(nèi)形成霧狀也稱為油煙，而最末一級(jí)油擋與轉(zhuǎn)子風(fēng)扇負(fù)壓區(qū)彼此相鄰，一部分密封油可能以霧狀進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)并構(gòu)成穩(wěn)態(tài)漏油故障之一。3發(fā)電機(jī)內(nèi)漏油故障的原因分析31壓差閥、平衡閥跟蹤性能差能否造成內(nèi)漏油要回答此問(wèn)題，就要分析壓差閥、平衡閥跟蹤性能差會(huì)造成什么結(jié)果，且該結(jié)果是否與漏油故障有關(guān)。311壓差閥壓差閥的作用是調(diào)節(jié)控制密封油壓與機(jī)內(nèi)氫壓之間始終保持在規(guī)定范圍內(nèi)的壓差即油壓高于氫壓。當(dāng)機(jī)內(nèi)氫壓變化時(shí)，壓差閥應(yīng)調(diào)節(jié)密封油壓自動(dòng)跟蹤氫壓的變化。如果壓差閥跟蹤性能不好，就會(huì)導(dǎo)致氫油壓差偏離規(guī)定范圍。以前，相當(dāng)一部分專家想當(dāng)然地認(rèn)為，只要?dú)溆蛪翰钭兇蟛⒊^(guò)006MPA，就會(huì)發(fā)生漏油。然而，多臺(tái)引進(jìn)機(jī)組或引進(jìn)技術(shù)制造的國(guó)產(chǎn)機(jī)組，設(shè)計(jì)規(guī)定其氫油壓差額定值為0084MPA誤差范圍為00740U0094MPA，證明上述觀點(diǎn)顯然不對(duì)。此后，仍有相當(dāng)一部分專家認(rèn)為，氫油壓差大于0094MPA時(shí)就會(huì)發(fā)生漏油。筆者認(rèn)為，從理論上講，壓差增加意味著油的流量增加，而任何循環(huán)裝置的回油容量均大于進(jìn)油容量且有裕度早期生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)機(jī)組例外，油量增加顯然不會(huì)導(dǎo)致漏油；從實(shí)踐上講，某電廠1臺(tái)600MW機(jī)組在試運(yùn)過(guò)程中氫油壓差曾分別達(dá)到010，012，O14，016，019MPA，卻沒有發(fā)生漏油。由此可見，壓差增大是不會(huì)引起漏油故障的。那么壓差減小就更不會(huì)引起漏油了，當(dāng)然，壓差過(guò)小低于O017MPA時(shí)會(huì)導(dǎo)致密封破壞，氫氣逸出，但這與本議題無(wú)關(guān)。312平衡閥平衡閥的作用是調(diào)節(jié)控制雙流式密封油系統(tǒng)氫側(cè)密封油壓與空側(cè)密封油壓之間始終保持在規(guī)定范圍內(nèi)的壓差，以確保兩路油互竄量很小，其差值越小表明其精度越高。當(dāng)機(jī)內(nèi)氫壓變化引起空側(cè)油壓發(fā)生變化時(shí)，平衡閥應(yīng)調(diào)節(jié)氫側(cè)密封油壓自動(dòng)跟蹤空側(cè)密封油壓的變化。如果平衡閥跟蹤性能不好，就會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)油壓差偏離規(guī)定范圍變大當(dāng)原來(lái)的空側(cè)油壓高于氫側(cè)油壓時(shí)，壓差增大意味著空側(cè)油向氫側(cè)油的竄油量增大，進(jìn)而增加氫側(cè)密封油箱的排油次數(shù)；而當(dāng)原來(lái)氫側(cè)的油壓高于空側(cè)油壓時(shí)，壓差增大意味著氫側(cè)油向空側(cè)油的竄油量增大，進(jìn)而增加氫側(cè)密封油箱的補(bǔ)油次數(shù)。這2種情況均不能直接導(dǎo)致漏油故障的發(fā)生。32漏油原因分析筆者認(rèn)為，導(dǎo)致漏油故障的直接原因是氫側(cè)密封油回油不暢或不能回油。321低氫壓或低氣壓漏油的原因低氫壓漏油的原因是氫側(cè)油不能回油，不能回油的原因是不能排油導(dǎo)致油箱滿油。自動(dòng)排油的機(jī)理正常氫壓下，當(dāng)油位升高需要排出時(shí)，浮球式或電磁式排油閥應(yīng)自動(dòng)打開，較高的氫壓可將多余的油量壓出油箱；而低氫壓下，盡管油位升高會(huì)使排油閥自動(dòng)打開，但由于沒有足夠的氫壓將油壓出油箱，所以就不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排油。可見此工況下需要進(jìn)行手動(dòng)排油。手動(dòng)排油的機(jī)理是在油箱底部與空側(cè)油泵人口處設(shè)置1條管路及1個(gè)手動(dòng)常閉閥門，在低氫壓工況打開此閥，靠空側(cè)油泵的較大的吸力將多余的油量排出。當(dāng)氫壓較低且油箱油位升高時(shí)，如果沒有低氫壓排油管未設(shè)計(jì)或雖有低氫壓排油管但其未打開未操作，同時(shí)自動(dòng)排油目的地的高度約9M比油箱高度約15M高，那么，油箱不但不能排油，甚至可能補(bǔ)油，從而導(dǎo)致滿油，進(jìn)而導(dǎo)致氫側(cè)油不能回油，只能漏入機(jī)內(nèi)。需要說(shuō)明的是，油箱油位升高分為正常和非正常2種情況。正常升高的原因有2條一是空側(cè)油與氫側(cè)油在正常精度范圍內(nèi)竄油空側(cè)高于氫側(cè)；二是氫壓低使平衡閥偏離其最佳工作區(qū)，導(dǎo)致其跟蹤性能嚴(yán)重下降，加大空側(cè)向氫側(cè)竄油量。非正常升高的原因也有2條一是平衡閥本身精度差；二是自動(dòng)補(bǔ)油閥因失靈不能關(guān)閉，導(dǎo)致不間斷補(bǔ)油。322置換過(guò)程漏油的原因置換過(guò)程漏油的原因與低氫壓或低氣壓漏油的原因相同，因?yàn)闊o(wú)論是置換充氫還是置換排氫都必須經(jīng)過(guò)低氫壓或低氣壓過(guò)程。置換過(guò)程與低氫壓或低氣壓工況的區(qū)別在于前者是不可避免的而后者是可以控制或避免的。323暫態(tài)漏油的原因3231氫壓正常，但自動(dòng)排油閥因失靈不能打開排油，導(dǎo)致油箱滿油。排油閥失靈的情況有1浮球閥因浮球滲漏或機(jī)構(gòu)卡澀不能打開。2電磁閥因吸力不夠或線圈燒損不能打開。3232在油箱油位正?；蛴臀惠^高需要排油的情況下，油箱油位信號(hào)器因失靈而指示錯(cuò)誤，誤導(dǎo)運(yùn)行人員錯(cuò)誤地向油箱連續(xù)補(bǔ)油，導(dǎo)致油箱滿油。油位信號(hào)器失靈的情況有1信號(hào)器浮子因滲漏不能正確浮起指示。2油箱內(nèi)浮子無(wú)限位而油箱外磁珠有限位，當(dāng)浮子浮得過(guò)高時(shí)磁珠與浮子脫離吸引而下降導(dǎo)致錯(cuò)誤指示。324霧狀漏油的原因霧狀漏油的機(jī)理及可能性尚屬推測(cè)，目前還沒有直接的或有力的證據(jù)加以證實(shí)。其主要原因可能是由于內(nèi)油擋的間隙過(guò)大及回油不暢。325穩(wěn)態(tài)漏油的原因穩(wěn)態(tài)漏油的主要原因是回油不暢。除霧狀漏油外，另有3種穩(wěn)態(tài)漏油3251回油管因存在死彎，增加了回油阻力，只能使一部分油回到油箱而另一部分油則漏入機(jī)內(nèi)。3252回油容量過(guò)小回油孔存在縮頸，此種情況曾經(jīng)多次在多臺(tái)早期生產(chǎn)的200MW機(jī)組上發(fā)生。3253油箱回氫管內(nèi)因存油形成“氣封”，導(dǎo)致不能正常回氫，從而使油箱內(nèi)氫壓逐漸升高對(duì)回油形成氣堵。然而，此種漏油的機(jī)理及可能性同樣尚屬推測(cè)，目前還沒有直接的或有力的證據(jù)加以證實(shí)。4解決措施及改進(jìn)意見41解決穩(wěn)態(tài)漏油即回油不暢的具體措施411解決回油容量過(guò)小問(wèn)題。這對(duì)國(guó)產(chǎn)100MW機(jī)組及早期生產(chǎn)的200MW機(jī)組尤為重要。盡可能將其端蓋氫側(cè)回油孔縮頸擴(kuò)大是必要的和最佳的選擇。412檢查并消除氫側(cè)回油管存在的死彎。這是一個(gè)簡(jiǎn)便易行的手段。413回氫管存油問(wèn)題。這是一個(gè)目前既不能檢查又不能處理的問(wèn)題。必須在設(shè)計(jì)上進(jìn)行改進(jìn)，例如在回氫管上增加1個(gè)放油閥門而且該閥門兩邊必須各設(shè)置1個(gè)隔離閥門。這樣改進(jìn)后，就可以做到既能檢查又能排出回氫管內(nèi)的存油。414油擋間隙是否過(guò)大，只能在解體時(shí)檢查并處理，同時(shí)要靠安裝質(zhì)量來(lái)保證。42解決暫態(tài)漏油即不能回油的具體措施應(yīng)著重消除密封油箱補(bǔ)、排油環(huán)節(jié)及其油位信號(hào)裝置存在的一系列影響其可靠性的缺陷。尤其要解決諸如信號(hào)器浮子滲漏、浮球閥浮子滲漏以及信號(hào)器浮子無(wú)限位等一系列低級(jí)缺陷。對(duì)于置換過(guò)程、低氫壓工況以及同時(shí)存在的排油目的地比油箱高的問(wèn)題，除必須設(shè)置低氫壓排油管及排油閥外，運(yùn)行人員必須認(rèn)真正確地操作閉鎖自動(dòng)閥同時(shí)手控手動(dòng)閥。當(dāng)然，為實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程包括低氫壓工況及置換過(guò)程的全面自動(dòng)化以滿足各電廠逐步減少運(yùn)行人員的趨勢(shì)，應(yīng)對(duì)密封油箱的手動(dòng)補(bǔ)排油環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，具體方案如下421將低氫壓手動(dòng)排油閥改為自動(dòng)排油閥浮球式或電磁式，同時(shí)取消或保留原自動(dòng)排油閥。這是一種最為簡(jiǎn)單的方案。其缺點(diǎn)是低氫壓時(shí)的排油速度過(guò)快。422將密封油箱安裝位置改在6M平臺(tái)，將排油目的地由氫油分離箱回油口的U形管處約10M高改為汽輪機(jī)主油箱處油位約3M，同時(shí)適當(dāng)加大回油管的管頸減小排油阻力，使其在低氫壓情況下靠油位差的驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排油。這是一種較為簡(jiǎn)單的方案。其缺點(diǎn)是低氫壓時(shí)的排油速度較慢。423為克服排油速度較快或較慢的缺點(diǎn)，可保持原設(shè)計(jì)不變，將手動(dòng)排油閥改為1個(gè)或2個(gè)自動(dòng)閥，其打開條件由低氫壓和油位高2個(gè)信號(hào)共同控制。424關(guān)于油箱容積的選擇。目前使用的油箱容積分為大約08M3、小約O3M32種，國(guó)產(chǎn)設(shè)計(jì)原為大油箱，引進(jìn)技術(shù)為小油箱。顯然，小油箱對(duì)各部件或裝置的精度要求是非常高的，匹配不當(dāng)將會(huì)經(jīng)常造成油箱滿油或缺油。針對(duì)暫態(tài)漏油問(wèn)題而言，油位由正常高度升高到報(bào)警高度以及繼續(xù)升高到滿油狀態(tài)的時(shí)間，將因油箱容積的加大而延長(zhǎng)或因油箱容積的減小而縮短，所以，大容積顯然要比小容積好。因此，應(yīng)當(dāng)采用大油箱甚至進(jìn)一步加大容積。同時(shí)將油箱立式安裝，頂部改為可拆卸的全端式法蘭蓋，以便于檢查或檢修油箱內(nèi)部。43對(duì)密封油系統(tǒng)進(jìn)行改造應(yīng)注意的問(wèn)題實(shí)踐證明，活塞式壓差閥及其所代表的阻流增壓式密封油系統(tǒng)與波紋管式壓差閥及其所代表的泄流泄壓式密封油系統(tǒng)兩者均發(fā)生過(guò)漏油故障，同樣散裝式密封油系統(tǒng)與集裝式密封油系統(tǒng)兩者也均發(fā)生過(guò)漏油故障。如果片面地認(rèn)為后者是前者的換代產(chǎn)品，將前者改造為后者就能完全徹底地解決漏油問(wèn)題，那是一種極其錯(cuò)誤和極不負(fù)責(zé)的行為，應(yīng)當(dāng)迅速果斷地加以糾