氢气纯度论文

2024-10-27

氢气纯度论文（共4篇）

氢气纯度论文篇1

1 前言

目前, 大功率发电机的冷却一般是通过发电机内的过压氢气作为导热介质, 通过氢气与表面式工业水冷却器交换, 将发电机产生的热量带出。氢冷发电机采用的密封油系统包括两种类型:单流环式和双流环式。国内大部分投产机组采用的是双流环系统, 它是在发电机两端密封瓦处采用空侧油与氢侧油分离的双油流结构, 正常运行状态下空-氢侧各自形成独立的供排油循环回路。密封油系统保证了发电机内部氢气不外泄, 保持氢气纯度与湿度处于合格的范围。但是, 已投运的氢冷双流环发电机普遍存在氢气纯度下降过快的问题, 这会对机组带来两个方面的危害:

1) 发电机的通风摩擦损耗增加, 降低了发电机的效率。若发电机内的氢气压力不变, 氢气纯度每降低1%, 通风摩擦损耗增加约11%。

2) 使发电机内部构件局部过热, 造成绝缘老化、铁芯及金属部件腐蚀, 直接威胁到机组的安全运行。

为了维持和提高发电机内的氢气纯度, 电厂采取的手段多为频繁补排氢气。采用这样的操作手段既影响了发电机正常运行, 增加了补氢工作量, 又带来了安全隐患。下面以某机组为例进行分析。

2 系统结构及工作原理

2.1 双流环密封油系统的构成

流程一 (氢侧油) :氢侧回油箱→油泵→冷油器→平衡阀→汽端、励端氢侧进油口→密封瓦→氢侧回油管→氢侧回油箱。

流程二 (空侧油) :空侧回油箱→油泵 (→差压阀→油泵入口) →冷油器→汽端、励端空侧进油口→密封瓦→空侧回油管→空侧回油箱。

1-转轴;2-氢侧出油;3-空侧出油;4-空侧进油;5-氢侧进油;6-氢侧回油;7-密封瓦

流程三 (事故供油) :主机润滑油箱→调节阀→冷油器→汽端、励端空侧进油口→密封瓦→空侧回油管→空侧回油箱→主机润滑油回油管→主机润滑油箱。

2.2 双流环密封油系统的工作原理

双流环密封油系统是双调节系统, 靠近密封瓦内档 (氢气侧) 的油路叫做氢侧密封油, 靠近密封瓦外档 (大气侧) 的油路叫做空侧密封油。机组正常运行时, 为防止氢气逃出发电机必须保证合理的油氢差压, 密封油系统的调压设定一般为:空侧密封油压力跟踪氢气压力 (保证一定差压) , 氢侧密封油压力跟踪空侧密封油压力 (基本保持一致, 防止空氢侧窜油) 。空侧密封油压力由空侧油泵提供, 回油和其他轴承润滑油一起回入空侧回油箱, 再由空侧油泵打循环;氢侧密封油在密封油系统建立前, 先由空侧油泵向氢侧回油箱补油, 油位正常后, 再由氢侧油泵向密封瓦供油, 而回油先进入消泡箱, 然后再回入氢侧回油箱, 由氢侧油泵打循环。

3 故障情况

机组一直存在着发电机氢气纯度下降过快的问题。将氢气纯度补至97%, 在不到一天时间内氢气纯度即下降至96%, 补氢量为每天40～80m3, 氢气纯度下降率超过1%/d。

3.1 故障分析

由于氢气纯度下降可由在线仪表的非正常使用及取样气体受污染造成, 影响发电机氢气系统纯度的因素主要有以下4个方面:

1) 制氢站来氢的纯度和湿度。

2) 氢气系统存在漏点。

3) 发电机中氢气湿度。

4) 密封油系统。

首先, 对发电机氢气系统进行多点取样人工化验。化验结果与在线仪表显示相同, 表明在线仪表工作正常。其次, 对氢气系统及密封油系统进行多次查找和调整。氢气系统未见漏点且密封油系统主要监测参数正常 (油-氢压差、油-油压差) , 现场运行数据显示氢气露点温度正常且无变化 (对应露点温度为-19℃) , 表明氢气纯度下降的主要污染源是干燥空气。

常规分析一般将注意力集中在差压阀和平衡阀的调整上, 即差压阀工作不正常会导致发电机漏氢 (油-氢压差远小于50kPa) 或发电机进油 (油-氢压差远大于50kPa) ;平衡阀工作不正常会导致密封瓦处空-氢侧窜油。不论是空侧向氢侧窜油还是氢侧向空侧窜油, 都会引起空侧密封油携带的大量空气向氢侧密封油中渗透, 并最终 (间接或直接) 进入发电机, 影响到氢气的纯度及湿度。通过全面分析与检查, 发现双流环密封油系统存在一种油路大循环的故障状态。在该故障状态下, 尽管密封油系统的各项运行参数显示正常, 但是发电机内的氢气纯度却快速下降。

3.2 大循环故障状态流程

双流环密封油系统大循环故障状态的油路流程为: (排油过程) 氢侧回油箱→氢侧密封油泵→冷油器→启动排油阀→氢侧回油箱排油管→空侧回油箱 (或空侧密封油泵入口) → (补油过程) 空侧密封油泵→冷油器→氢侧回油箱补油阀→氢侧回油箱。上述流程在空侧回油箱与氢侧回油箱间建立起一个密封瓦外的大循环过程, 将含有大量空气的空侧密封油引入氢侧回油箱。

3.3 现场分析及处理方案

出现油路大循环的主要原因是未闭紧启动排油阀, 大量氢侧密封油通过此阀进入空侧回油箱 (或空侧密封油泵入口) , 引发空侧油对氢侧回油箱的补油。由于空气在密封油中的溶解度大于氢气在密封油中的溶解度约2% (40～50℃下按容积计分别为10%和8%) , 那么进入氢侧回油箱中的空侧补油会因空氢溶解压差释放出携带的空气, 这些空气再通过氢侧回油箱顶部的回氢管进入发电机, 稀释机内氢气纯度。设计启动排油阀是因为发电机在充氢过程中机内气压较低, 易出现排油不畅及氢侧回油箱油位过高 (严重时发电机进油) , 可以通过启动排油阀将氢侧密封油直接打至空侧回油箱 (或空侧密封油泵入口) , 但在充氢工作结束后应把此阀关闭。针对系统出现的问题采取如下措施:闭紧启动排油阀, 调整运行排油阀开度及空-氢侧油泵功率, 运行建议如下:

1) 在系统变工况 (发电机置换充氢过程) 与稳定工况下均应严格按规范操作, 尤其是在系统状态改变后应及时进行切换调整。

2) 在运行平台装设高精度压力表, 监测密封瓦处空侧密封油压力与氢侧密封油压力, 以真实反映平衡阀的工作状态。

3) 经常检查差压阀和平衡阀的动作情况, 并及时进行调整、清洗或重新整定。

4 结束语

双流环密封油系统大循环故障状态的出现, 一方面会增加运行补氢的工作量和氢气消耗量, 另一方面还会对机组的安全稳定运行构成隐患。由于启动排油阀在设计上存在干扰, 致使无法通过监测系统参数找出氢气纯度下降的真实原因, 以上通过对实际案例的分析及处理, 解释了此类故障发生的机理, 同时也提出了有效的处理方案。

参考文献

[1]涂光瑜汽轮发电机及电气设备[M].北京, 中国电力出版社, 1998.

[2]电力用油、气质量试验方法及监督管理标准汇编[M].北京, 中国电力出版社, 2001.

氢气纯度论文篇2

某发电厂2号发电机系QFSN-600-2YHG型汽轮发电机, 该型号发电机采用的冷却方式是:定子绕组水内冷, 转子绕组氢气内冷, 定子铁芯及其结构件表面氢气冷却。正常运行时额定氢压0.4M Pa, 露点-5℃-25℃, 氢气纯度≥98%。当氢气纯度≤95%时通过排污、补氢来提高氢气纯度。为了防止发电机内的氢气外泄, 采用了双流环式密封瓦, 通过密封油系统的油压进行密封, 以确保汽轮发电机组的安全经济运行。

2 密封油系统的工作原理

发电机内两端油密封装置的设置, 是为了避免在轴端发生氢气泄漏现象的发生。所以通过油密封装置的供油和控制装置来提供密封油和推力油作用于密封瓦。而且由于密封油系统具有压差阀, 所以可以通过其对密封油压进行调整, 这样在密封瓦和转子轴颈之间的间隙处则会在密封油的作用下从而形成一定的密封油流以维持机内的氢气, 将外界的空气与机内的氢气有效的隔绝开来。

通过密封油泵来实现对密封瓦中的空、氢侧密封油的供应, 所以在机组稳定运行时, 应有效的确保氢侧密封油箱内的油位具有较好的稳定性, 不需要对其进行排油和补油操作。这是由于处于密封瓦内的空、氢侧油压并不一定能够做到绝对的平衡, 在这种情况下, 空侧和氢侧的油都会出现窜流的情况, 再加之外部因素的影响, 氢侧密封油箱油位势必会出现一定的变化, 而一旦油位发生变化时, 当处于上升时, 则系统则会将补油阀自动关闭, 而将排油浮球阀开启, 这样氢侧多余的密封油则会通过油管流至空侧密封油尖处, 而在油位下降时, 则会通过开启补油浮球阀和关闭排油阀而确保氢侧密封油箱的油位处于正常水平。

3 影响发电机氢气纯度的因素

对于发电机内氢气纯度下降, 可以排出空气漏入的可能性。因为氢气压力自身就大于大气的压力, 这样外界的空气就没有办法漏入发电机内, 而在发电机运行过程中, 发电机的氢气管路与压缩空气管种也是处于断开的状态, 这样压缩空气也不可能进入到发电机内, 所以氢气纯度下降的原因来自于其他因素的影响。首先, 当对氢气纯度进行测量时, 如果测量结果存在误差, 也会导致氢气纯度的准确性受到影响。当氢气质量不合格时, 氢气纯度也会受到影响。而一旦发电机内氢气温度过大时, 也会导致氢气的纯度下降。其次, 当密封瓦处的空侧和氢侧密封油发生窜流时, 也会导致氢气的纯度受到, 因为一旦油氢压差无法平衡或是工作失常, 另外平衡阀空侧和氢侧压力取样管中的压力损失不同或是密封瓦间隙过大时, 这种情况下都极易导致窜油现象发生, 从而影响氢气的纯度。其次, 当初排浮球油阀发生故障时, 则会导致密封油箱内的空气侧和氢气侧的油存在着大量交换的情况发生, 这样就会导致空侧含有大量空气的密封油流入到氢侧密封油箱内, 从而导致氢气的纯度下降。最后, 当压差阀无法正常工作时, 这时平衡阀会做出相应的调整, 不仅加快了窜油的速度, 而且极易导致密封油直流进入到发电机内。

4 发电机氢气纯度下降的故障、原因和处理

4.1 故障情况

2号发电机出现氢气纯度偏低且经常持续下降的现象, 每两天即需提纯一次 (即通过补、排氢来提高氢气纯度) , 而且也只能维持氢气纯度在报警值95%左右运行, 达不到正常范围 (≥98%) 。既增加了运行人员的劳动强度, 也严重影响了机组的安全经济运行。

4.2 原因分析

4.2.1 通过多次取样分析, 测得制氢站、发电机补氢口氢气纯度、湿度基本一致, 排除了氢气纯度测量不准以及因制氢站来氢质量不合格导致发电机内部氢气纯度下降的可能性;此外, 测得氢气露点均在正常范围以内, 因此, 氢气湿度大引起氢气纯度下降的原因可排除。

4.2.2 联系化学化验密封油油质, 测量密封油含水量为35.95mg/l<100mg/l, 含水量合格, 因此, 发电机密封油含水超标的原因可排除。

4.2.3 通过观察发电机油氢压差变化趋势, 油氢压差稳定在0.09MPa运行, 因此, 油氢差压异常引起氢气纯度下降的原因也可排除。

4.2.4就地检查氢侧密封油箱补、排油管温度, 发现补、排油管温度均较高, 基本与油箱温度持平, 初步判断氢气纯度下降系发电机空、氢侧密封油窜流引起, 于是, 采取了以下措施:一是适当降低发电机油氢压差, 以减少空侧油通过密封瓦窜至氢侧油的流量。二是关小氢侧密封油箱补、排油手动门 (只保留了微小开度) , 以减少氢侧密封油箱内空、氢侧密封油的交换。

但即使处理完成后, 虽然2号机氢气纯度下降的速度有一定程度的缓解, 但下降的趋势并没有得到有效的控制, 并没有从根本上对氢气下降的隐患进行排除。在这种情况下, 只能再对其进行详细的检查, 在这次检查中, 发生氢侧密封油箱的补油管和排油管的温度仍处于较高的状态, 所以对氢侧密封油箱初排油手动门进行了相关的调整试验, 通过试验数据分析出, 导致氢气纯度下降的直接原因是由于没有合理的对补排油浮球阀进行定位, 由于补油浮球阀的定位偏高, 而排油浮球阀的定位偏低, 这样在补、排油过程中, 特别是从空侧密封油泵向氢侧补油过程中, 由于空侧密封油泵内有大量的空气溶解其中, 这样就导致氢侧内有空气渗入, 从而导致氢气纯度下降。

4.3 处理

利用2号机停机机会对氢侧密封油箱进行了解, 检查发现, 排油浮球与排油阀之间的连杆长度以及补油浮球与补油阀之间的连杆长度完全偏离设计长度 (偏短) , 造成油位低时, 排油阀未能完全关闭, 油位高时, 补油阀未能完全关闭, 使得油位处于正常范围时补、排油阀均处于开启位置。所以, 对补、排油浮球阀连杆长度进行了重新调整: (1) 将补油浮球与补油阀之间的连杆长度调长了8mm, 使氢侧密封油箱油位在-30mm左右时 (以油箱中心为0位) , 补油浮球阀停止补油。 (2) 将排油浮球与排油阀之间的连杆长度调长了7mm, 使氢侧密封油箱油位在+30mm左右时 (以油箱中心为0位) , 排油浮球阀停止排油。

通过重新调整后, 2号发电机氢气纯度的下降问题得到了有效的解决, 氢气纯度一直处于较高的状态下运行, 有效的确保了发电机组运行的稳定性和高效性, 为电厂经济效益的实现奠定了良好的基础。

5 结束语

在电厂发电机运行过程中, 由于导致发电机氢气纯度下降的因素较多, 所以需要对其各种原因进行深入的分析, 并在实际工作中针对出现故障情况查找出根本的原因, 并对其进行排除, 使氢气纯度下降的问题得到有效的解决, 确保发电机稳定的运行。

摘要：随着经济发展速度的加快, 人们用电量的增加, 有效的推动了电力行业的发展。发电机作为电厂重要的运行设备, 其在长时间运行过程中极易发热, 所以利用氢气冷却器来达到降温的作用, 确保发电机能够稳定的运行。但在发电机运行过程中, 有许多因素都会对氢气的纯度带来较大的影响。文章从密封油系统的工作原因原理入手, 对影响发电机氢气纯度的因素进行了分析, 并进一步对发电机氢气纯度下降的故障、原因和处理进行了阐述。

关键词：氢冷发电机,密封油,氢气纯度,浮球阀,处理

参考文献

[1]莫宗宝, 徐超, 龙潇.氢冷发电机氢气湿度超标的原因分析[J].电站辅机, 2011 (2) .

[2]郭志海.密封油系统异常运行情况的分析及处理[J].电力安全技术, 2011 (5) .

氢气纯度论文篇3

氢气由于其散热能力强, 摩擦损失低的特点被广泛应用于大型发电机的冷却[1]。秦山第二核电厂1&2号机组两台650MW汽轮发电机采用水氢氢冷却方式, 即定子绕组水内冷, 定子铁心及端部结构件氢气表面冷却、转子绕组气隙取气氢内冷的冷却方式。氢气冷却可有效降低发电机绕组热损耗从而提高发电效率, 但氢气纯度过低会给发电机稳定运行带来安全隐患。所以, 必须在线检测发电机氢气纯度并控制氢气纯度在合理范围内。

1 氢气纯度检测

1.1 氢气纯度检测重要性

氢冷发电机氢气纯度保持在96%-98%为最佳工况, 如果机内氢气纯度过高 (高于98%) , 氢气消耗量会增大, 从经济角度讲不合理, 如果氢气纯度过低 (低于95%) , 会使发电机效率降低, 同时机内气体含氧量相应增加, 混合气体安全系数降低, 容易与有关气体形成爆炸性混合气体, 不安全[2]。秦山第二核电厂1&2号机组主发电机正常运行及事故处理导则[3]规定, 当发电机氢气纯度低于96%时应通过小直径管线进行发电机氢气充排操作, 直至将氢气纯度恢复到98%以上为止, 因此, 发电机氢气纯度的在线检测是非常必要的。此外, 发电机氢气置换操作时, 对氢气纯度进行在线检测, 利于运行人员对整个置换过程的掌控和最终置换结果的判断, 保证人员和设备安全。

1.2 氢气纯度在线检测装置

目前, 常用气体纯度在线检测装置根据工作原理分为:基于测量混合气体密度计算气体纯度和利用混合气体导热特性计算混合气体纯度两大类。秦山第二核电厂1&2号机组发电机气体纯度仪是基于离心风机叶轮理论的密度式气体纯度在线检测装置, 该装置由特殊设计的风机、压差变送器、压力计组成, 仪器实际测量的是风机产生的压差, 由于此压差与气体密度有关, 而气体密度又直接与气体成分成比例, 故只要测出风机压差就等于测出气体成分, 其工作原理为, 由离心式风机叶轮理论[4], 流体在封闭叶轮内旋转运动时, 叶轮进出口差压与叶轮转动角速度平方和流体密度成正比关系, 纯度风机进出口压差可表示为:Δp=ρ× (u22-u12) /2, 式中ρ为流经纯度风机气体密度;u1、u2为纯度风机叶轮进、出口圆周速度。对于一个固定转速的纯度风机, u1、u2均为常数, 因此通过测量纯度风机运行时进出口压差, 可得到纯度风机取样处气体密度ρ。汽轮发电机内气体可近似于理想气体混合物, 通过理想气体状态方程将纯度风机取样处气体密度折算成标准状态下密度, 根据标准状态下氢气与混杂气体物理特性计算出某一气体组份纯度。正常运行时发电机内混杂气体主要为空气, 根据氢气和空气物理性质可计算出氢气纯度, 然而当混杂气体中含有水蒸气时, 可通过参数设置功能将混杂气体物理参数调整至低于空气物理参数, 以得到精确氢气纯度, 这些参数出厂时已设置好, 运行过程中无需调整。

2 影响发电机氢气纯度途径

可能影响发电机氢气纯度的途径有:氢站来氢纯度、压缩空气漏入、发电机密封油系统。秦山第二核电厂1&2号机组拥有利用水电解生产氢气的制氢系统, 但制氢系统运行成本高, 安全性不好, 该系统已封存, 现采用外购氢气方式, 所购氢气为纯氢, 纯度达到99.99%以上, 故氢站来氢不会导致氢气纯度下降;发电机正常运行时压缩空气供发电机管线是隔离的, 压空管线上装有盲板, 对氢气纯度也不会造成影响;影响氢气纯度的重点在密封油系统。

秦山第二核电厂1&2号机组汽轮发电机采用双环双流式油密封瓦, 密封瓦内有空、氢两个环状配油槽。密封油系统提供的氢侧密封油流向氢侧配油槽, 空侧密封油流向空侧配油槽, 然后沿转轴轴向穿过密封瓦内径与转轴之间的间隙流出, 如果空、氢侧油路供油压力在密封瓦处相等, 两股油流就不会在两条配油之间间隙窜流, 机组正常运行时运行人员控制氢侧密封油压比发电机内氢压高0.084MPa, 发电机氢气额定压力为0.5MPa.a, 所以常压空气无法直接进入[5]。密封油系统中空气进入发电机的途径主要是氢侧密封油携带的空气释放到发电机氢气中, 而密封油双回路的独立运行, 保证了氢侧油携带空气量很小, 然而下面情况会影响发电机氢气纯度:

(1) 平衡阀不平衡导致空、氢侧窜油。在各种影响因素中, 平衡阀空、氢侧压力不平衡导致空氢侧油流互窜是影响发电机氢气纯度的主要因素。发电机空侧密封油以氢压作为调节依据, 通过差压阀使其比氢压高0.084MPa, 而氢侧密封油则通过平衡阀跟踪空侧密封油压, 使两者油压相等, 保持差压在±100mm·H2O范围内。然而, 当空侧油压高于氢侧油压时, 含空气的空侧密封油在密封瓦处将流向氢侧, 而氢侧密封油同发电机氢气是直接接触的, 从空侧过来的含空气的密封油同发电机氢气接触将造成氢气纯度下降, 氢气湿度增加。反之, 当氢侧油压高于空侧油压时, 会引起氢侧油流向空侧, 在氢侧回油箱油位低时通过补油浮子阀开启从空侧向氢侧补油, 同样会造成氢气纯度下降, 湿度增加。

(2) 当氢侧油箱排油浮球阀或补油浮球阀或空氢侧连通阀之中任何一个有内漏, 氢侧密封油回路中管线或者排污阀有漏油现象等, 都会导致氢侧油箱油位不稳定, 氢侧油箱油位不稳定会导致空、氢侧窜油, 从而导致氢气纯度下降, 湿度增加。

(3) 密封油温度高低直接决定油中携带气体量的大小, 所以在实际机组运行中还要控制好密封油温度, 秦山第二核电厂1&2号机组空、氢侧密封油温严格控制在42到50℃之间。

3 结论

氢冷发电机氢气纯度保持在合理范围内可保证设备与人员安全, 提高电厂经济效益。气体纯度仪在线检测能提供持续可靠的氢气纯度数据, 电厂运行人员应掌握影响氢气纯度的主要途径, 保证氢冷发电机安全稳定运行。

摘要：秦山第二核电厂1&2号机组两台汽轮发电机为水氢氢冷却方式, 鉴于氢气纯度对氢冷发电机安全运行的重要性, 介绍了氢气纯度合理控制范围及氢气纯度在线检测装置工作原理, 并结合电厂实际, 指出影响氢气纯度的主要途径为发电机密封油系统的运行。

关键词：氢气纯度,在线检测,密封油

参考文献

[1]丁勇富, 陈恳.发电机氢气纯度下降原因分析及处理[J].电站系统工程, 2009 (5) :39-40.

[2]韩玮, 周霈捷, 刘飞.大型汽轮机发电机内氢气纯度的分析与检测装置优化[J].应用科技, 2000 (3) :6-7.

[3]主发电机正常运行及故障处理导则[S].秦山第二核电厂 (内部资料) .

[4]郭立君.泵与风机[M].北京:中国电力出版社, 1997, 5.

氢气纯度论文篇4

该机组自2013年6月168小时试运行以来, 一直存在运行中发电机氢气压力变化不大而氢气纯度大幅度下降的问题, 最大时纯度下降值达到3%/每天, 平均每天通过补氢和排氢3~4次来维持发电机氢气纯度在95%以上, 补氢量每天达到30~50m3, 制氢站制氢设备需要连续不断的运行, 这对机组的安全运行构成潜在威胁, 同时也造成了一定的经济损失。

1 氢气的特性

在标准状况下, 氢气是一种无色、无味和无嗅的气体, 其密度是世界上已知密度中最小的, 仅为空气的1/14, 具有最大的扩散速度和很强的导热性, 导热率比空气大7倍。氢气泄漏后会迅速向高处扩散。当空气中所含氢气的体积占混合体积的4%~75.6%时, 遇火极易产生爆炸。氢气易燃烧、燃烧时火焰没有颜色, 肉眼不易观察。氢气普遍作为一种性能优越的冷却介质应用在现代大型汽轮发电机组中。

2 氢气纯度低的危害

氢气纯度不合格, 导致冷却效率降低, 造成机内构件局部过热, 将会直接影响机组的安全。因为发电机运行中产生的热量, 致使发电机的转子、定子等各部件的温度升高, 为了保证发电机内构件在其允许温度范围内工作, 必须及时将其产生的热量带出。由于氢气的导热性较空气高, 如果氢气中混入空气, 氢气纯度不合格, 冷却效率下降, 那么机内的热量将不能及时被带出, 必然使机内构件局部过热, 严重时导致绝缘材料损坏, 直接影响机组的安全。同时, 由于氢气密度是世界上已知密度最小的, 所以随着氢气纯度下降, 混合气体的密度变大, 导致发电机的通风摩擦损耗增加, 发电机效率降低。如果氢气纯度下降至爆炸范围内 (一般为4%~75.6%) , 在一定的条件下可能会引起发电机内氢气爆炸。此外, 氢气纯度下降后要采取补排氢的方法, 来保持纯度在合格范围内。频繁补排氢操作会对运行机组的安全构成潜在威胁, 也造成了一定的经济损失。综上, 为使机组能够安全、经济、稳定地运行, 严格地保证发电机内氢气的纯度是十分必要的。

3 氢气纯度下降的原因分析

引起氢气纯度下降的原因可以归为以下几类:氢气纯度化验误差、与氢气相连接的系统出现问题、密封油系统异常。

3.1 氢气纯度化验的方法

一般人工进行取样化验, 使用奥式氢气纯度分析仪手动分析比较可靠, 其能够反映出氢气纯度变化的大体趋势, 但由于取样管长度和死角存在的问题, 导致了氢气的取样由于取样管容积的存在而相对滞后, 而且氢样容易受到污染, 用奥式分析仪手动分析进行反算读数容易出现偏差和精确数位少等不足。

应用在线氢气纯度检测仪后弥补了这方面的不足。在线氢气纯度检测仪的测量元件为热电阻, 检测电路是一个电桥平衡电路。测量元件热电阻要进行定期校验, 因为热电阻受到污染会影响表面导热系数, 从而影响到检测精度。在线氢气纯度检测仪的使用实现了氢气纯度的实时监测, 由于其测量准确、测量精度比较高, 在氢气系统安全运行中发挥了巨大的作用。大多电厂均采用了手动测量分析和在线监测相结合的方法。

正常运行中该厂采用人工取样化验和在线氢气纯度检测仪两种方法监视氢气纯度, 同时在氢气纯度快速下降的问题未被解决之前, 每班使用便携式纯度仪测量一次氢气纯度, 两台便携式氢气纯度仪同时测量, 偏差不大于0.3%, 如有偏差过大, 应重新测量。避免了由于取样管长度和死角等导致的氢样相对滞后, 及用奥式分析仪手动分析进行反算读数时出现偏差和精确数位少等问题。

3.2 与氢气相连接的系统

与氢气系统密切相关的系统有:氢站母管的来氢、压缩空气的软连接、二氧化碳气瓶的连接、密封油系统。氢站来氢的纯度一般都可达到99%以上, 制氢纯度方面基本没有问题;压缩空气在正常运行中, 与氢气系统连接软管断开, 处于隔离状态, 对纯度的影响可以排除;二氧化碳气瓶与氢气系统相连接, 仅为事故排氢准备, 有可能对氢气纯度造成影响, 但其温度较低, 容易监视和发现是否漏气;因而分析氢气纯度下降原因的主要难点还是在密封油系统。

3.3 密封油系统

该机组密封油系统采用双流环式密封瓦, 密封油分空侧和氢侧两个油路将油供给给密封瓦上的两个环状配油槽。如果这两个油路中的供油油压在密封瓦处恰好相等, 就不会出现两条配油槽之间窜油的现象。氢侧油路供给的油沿轴和密封瓦之间的间隙, 流向氢侧并流入消泡箱。空侧油路供给的油沿轴和密封瓦之间的间隙流往轴承侧, 并汇同轴承回油一起进入空侧密封油箱。

发电机内额定氢压力为0.31MPa, 常压下空气不可能进入发电机内部。在密封油系统中, 氢侧密封油携带是空气进入发电机的唯一途径。而空、氢侧双回路结构保证了氢侧密封油携带空气量很少。因而影响氢侧密封油携带空气量增大的原因可能为:发电机空、氢侧密封油大量窜油。初步断定3号机氢气纯度快速下降的原因主要是空氢侧密封油之间大量窜油。

3.3.1 发电机空、氢侧窜油

机组正常运行中若空侧密封油压力大于氢侧密封油压力, 空侧密封油在密封瓦内向氢侧窜油, 空侧密封油夹带的空气等进入氢侧密封油。当氢侧密封油压力大于空侧密封油压力时, 氢侧密封油在密封瓦内向空侧窜油, 这样将引起氢侧密封油箱油位降低, 氢侧密封油箱浮球阀将打开, 空侧密封油泵出口的压力油通过浮球阀补入氢侧密封油箱。因此, 无论空侧密封油压力大于氢侧密封油压力, 还是氢侧密封油压力大于空侧密封油压力, 都将使从轴承回油来的空侧密封油夹带的油烟、水气等通过与氢侧密封油交换而进入氢侧密封油系统, 再通过密封油内油档被发电机吸入发电机内, 造成发电机内氢气污染, 氢气纯度下降, 补氢量增大。

一般影响窜油的因素主要有:平衡阀、差压阀失灵、密封瓦间隙不合格、密封油箱自动补排油异常等。该厂利用机组停运机会针对上述内容进行逐项排查处理。

(1) 机组停运后对密封油系统的两只差压阀和两只平衡阀进行解体检查, 未发现阀内有油泥及可能引起卡涩的杂质等, 阀门动作灵活, 无任何卡涩现象。同时对其进行外观检查无裂纹、砂眼, 压力试验后也未见泄露现象。

(2) 解体发电机5号、6号轴瓦, 未发现磨损情况, 密封瓦间隙和密封瓦两侧的油封齿间隙均在合格范围内。可见密封瓦工作正常, 不会出现因密封瓦间隙不合格而导致空、氢侧窜油的现象。

(3) 排除了差压阀和平衡阀故障及密封瓦间隙不合格的因素后, 导致空、氢侧窜油的原因可能为氢侧密封油箱补排油异常。

密封油箱内装有一套补排油浮球阀, 油箱正常油位应保持在距中心位置一定范围, 而补排油阀在此位置起着自动补排油的作用, 即当油位过高时排油阀的浮球上浮, 阀芯随着往下滑动自动打开, 多余的油从阀体排出, 排到正常区间时阀芯自动关闭, 实现自动控制作用。补油阀的原理同上, 当油位低时补油阀芯打开, 油从阀体流入油箱内, 油箱内的补油浮球上浮, 阀芯跟着往上滑动, 当油位补到一定位置时阀芯自动关闭, 浮球停止上浮, 使油位保持正常。通过对氢侧油箱补排油管路的多日监视观察, 发现补排油管路温度与系统油温基本一致, 说明补排油管路经常有油流经过, 导致管路温度升高, 同时也说明浮子阀可能存在问题, 导致了氢侧油箱大量补排油, 使得空侧密封油中含有的空气混入氢侧密封油箱中。

机组停运后打开密封油箱端盖, 检查发现浮球安装不合理, 导致密封油箱不断地进行自动补油、排油的工作, 致使含有空气的空侧密封油连续不断地进入氢侧密封油箱, 空气直接析出进入发电机, 降低了发电机的氢气纯度。

3.3.2 密封油中严重带水

运行中空侧密封油排烟风机出口隔离门疏水每天放出大量的水, 机组停运后对空侧密封油排烟风机进行检查, 发现出口法兰处挡板未拆除, 使得空侧密封油箱内的油烟和水汽未被及时排出。密封油中带水又是由大机润滑油中带水引起的。

解决油中带水问题, 主要是连续滤油的同时调整轴封用汽, 尽量降低轴封压力, 以真空不下降为标准。必要时对轴封滤网进行清理, 重点对高中压缸两侧轴封盒处的保温进行检查调整, 检查轴封加热器的运行情况, 水封筒是否情况良好解体检查A、B排烟风机及其隔离门和疏水。

4 原因判定

综合以上分析, 认为造成3号机组发电机氢气纯度快速下降的主要原因如下:

(1) 氢侧密封油箱内浮球安装不合理, 导致密封油箱不断地进行自动补油、排油的工作, 致使含有空气的空侧密封油连续不断地进入氢侧密封油箱, 空气直接析出进入发电机, 降低了发电机的氢气纯度。

(2) 空侧密封油排烟风机出口法兰处挡板未拆除, 使得空侧密封油箱内未被及时排出的油烟和水汽, 通过氢侧密封油箱的不断补排油进入氢侧, 影响发电机氢气纯度。

5 处理措施

(1) 浮球设计不合理, 按照厂家要求重新调整安装浮球。

(2) 拆除空侧密封油排烟风机出口法兰处挡板, 空侧密封油排烟风机正常运行。

(3) 严格控制主机润滑油水分含量在100mg/L的合格范围内, 排除油中含水对发电机氢气纯度的影响。