某660 MW汽輪發(fā)電機(jī)組漏氫量超標(biāo)原因分析及處理

顧一明

(江蘇射陽港發(fā)電有限公司，江蘇射陽224346)

射陽港發(fā)電有限責(zé)任公司5號(hào)機(jī)組為超超臨界660 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)選用東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的QFSN-660-2-22三相同步汽輪發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)采用水-氫-氫冷卻方式，即定子線圈直接水冷，轉(zhuǎn)子線圈直接氫冷，轉(zhuǎn)子本體及定子鐵心氫冷，定子出線氫內(nèi)冷。發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)采用閉式氫氣循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)漏氫量為13～19 m3/d。密封油系統(tǒng)采用單流環(huán)密封油系統(tǒng)，密封油路分別進(jìn)入汽輪機(jī)側(cè)和勵(lì)磁機(jī)側(cè)的密封瓦，經(jīng)中間油孔沿軸向間隙流向空氣側(cè)和氫氣側(cè)，形成了油膜起到了密封潤滑作用，然后分兩路（氫側(cè)、空氣側(cè)）回油，保證發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣不外漏。機(jī)組于2011年8月5日結(jié)束168試運(yùn)行投入商業(yè)運(yùn)行。在機(jī)組分段調(diào)試、168試運(yùn)行及投入商業(yè)運(yùn)行初期，發(fā)電機(jī)漏氫超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重，日漏氫量在40～50 m3/d期間，最大日漏氫量達(dá)到80 m3/d以上。為穩(wěn)定機(jī)組安全運(yùn)行及防范設(shè)備事故，機(jī)組運(yùn)行中被迫臨時(shí)降氫壓運(yùn)行，最高氫壓由0.45 Mpa降至0.38 MPa，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。在發(fā)電機(jī)負(fù)荷不變的情況下，隨著發(fā)電機(jī)氫壓下降，定子鐵心溫度有上升的趨勢。文中分析了機(jī)組漏氫量超標(biāo)原因，并給出了處理辦法。

1 漏氫原因分析

1.1 發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣循環(huán)機(jī)理及漏氫

發(fā)電機(jī)采用徑向多流式密閉循環(huán)通風(fēng)（如圖1所示），定子鐵心沿軸向分為13個(gè)風(fēng)區(qū)，6個(gè)進(jìn)風(fēng)區(qū)和7個(gè)出風(fēng)區(qū)相間布置。安裝在轉(zhuǎn)軸上的2個(gè)軸流式風(fēng)扇（汽、勵(lì)端各1個(gè)）將氫氣分別鼓入氣隙和鐵心背部；進(jìn)入鐵心背部的氫氣，沿鐵心徑向風(fēng)道冷卻進(jìn)風(fēng)區(qū)鐵心后，進(jìn)入氣隙；少部分氫氣進(jìn)入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)風(fēng)道，冷卻轉(zhuǎn)子繞組；其他大部分氫氣再折回鐵心，冷卻出風(fēng)區(qū)鐵心，最后從機(jī)座風(fēng)道進(jìn)入冷卻器；被冷卻器冷卻后的氫氣進(jìn)入風(fēng)扇前，進(jìn)行再循環(huán)。

整個(gè)定子出線裝配采用氫氣冷卻，冷卻風(fēng)路如圖2所示。氫氣從銅導(dǎo)電桿上端的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入導(dǎo)電桿內(nèi)管，在底部轉(zhuǎn)入雙層銅管的環(huán)形空間，通過上部一特殊接頭排入過渡引線，再由固定過渡引線的空心瓷套管排入出線罩的夾層風(fēng)道后進(jìn)入內(nèi)外端蓋間的低壓風(fēng)區(qū)。

發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣泄漏的途徑較多且復(fù)雜，基本可分為2種：一是間接漏氫，主要指由于設(shè)備故障引起發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣系統(tǒng)竄入其他系統(tǒng)中造成的漏氫，如氫系統(tǒng)進(jìn)入密封油系統(tǒng)、定冷水系統(tǒng)、封閉母線外殼等處；另一是直接漏氫，主要指因安裝、制造不良產(chǎn)生法蘭結(jié)合面、閥門內(nèi)漏等造成氫氣直接漏入到大氣中。間接漏氫復(fù)雜且非常隱蔽，一般情況下不易查找，要靠輔助儀器、儀表檢測，再通過分析判斷、排查，最終確定漏點(diǎn)；直接漏氫可通過漏氫檢測儀、鹵素檢測儀、肥皂水等簡單的檢漏方法找到漏點(diǎn)。

1.2 現(xiàn)場漏氫主要原因的確定

（1）發(fā)電機(jī)密封瓦故障。2010年8月15日運(yùn)行人員通過漏氫檢漏儀檢測到發(fā)電機(jī)空氣抽出槽排油煙風(fēng)機(jī)出口含氫量較大，氫壓0.38 Mpa時(shí)達(dá)到17%，將密封油氫氣差壓值由0.056 Mpa升至0.075 Mpa，風(fēng)機(jī)含氫量下降為5%左右，初步判斷密封瓦的密封性能不能滿足要求。隨后在跟蹤檢測過程中發(fā)現(xiàn)，隨著發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓升高，風(fēng)機(jī)出口含氫量也明顯升高，在發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓0.41 Mpa時(shí)，風(fēng)機(jī)出口含氫量上升至67%左右，按照階段時(shí)間內(nèi)的漏氫量測算，每天泄漏量達(dá)85 m3/d左右,可見密封瓦故障是造成發(fā)電機(jī)漏氫的主要原因之一。

（2）氫系統(tǒng)閥門、法蘭檢查。氫氣干燥器排放門、氣體置換排放總門、浮子油箱排空門、供氫安全門、供氫減壓閥接頭、發(fā)電機(jī)絕緣過熱監(jiān)測裝置進(jìn)口管道排污門、C氫冷器底部排污門、氫氣干燥進(jìn)口管道外接臨時(shí)閥門（空氣置換用）均存在不同程度的漏氫現(xiàn)象。

（3）發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)故障。人工檢測和在線儀表檢測定冷水箱上部空間含氫量為0，基本排除發(fā)電機(jī)定子線圈故障的可能性。

（4）定子引出線套管泄漏。根據(jù)在線漏氫儀表檢測裝置顯示數(shù)據(jù)為0及其他表計(jì)綜合分析，基本排除此處漏氫的可能性。

（5）氫冷器銅管泄漏。通過分析在線漏氫儀表顯示數(shù)值，排除其漏氫可能性。

（6）發(fā)電機(jī)本體結(jié)合面法蘭檢查。在發(fā)電機(jī)氫冷器法蘭周圍，檢測到A、B角附近的含氫量分別為12%，15%，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)密封膠條有不同程度老化。

（7）轉(zhuǎn)子滑環(huán)下導(dǎo)電螺釘或中心孔堵板密封不嚴(yán)，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。

經(jīng)過對(duì)可能造成發(fā)電機(jī)漏氫量超標(biāo)原因進(jìn)行逐一排查，最終確定發(fā)電機(jī)密封瓦間隙過大、氫冷器法蘭漏氫是造成該發(fā)電機(jī)漏氫量超標(biāo)的主要原因。

2 漏氫超標(biāo)處理方法及效果

2.1 機(jī)組運(yùn)行中漏氫超標(biāo)處理

（1）加強(qiáng)發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力的監(jiān)視，保證機(jī)組運(yùn)行中氫壓規(guī)定范圍，達(dá)低限值時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)氫。

（2）加強(qiáng)發(fā)電機(jī)線圈溫度的監(jiān)視，若溫度超限，應(yīng)限負(fù)荷運(yùn)行。

（3）保持廠房屋頂通風(fēng)機(jī)運(yùn)行，以便及時(shí)排出集聚在屋頂?shù)臍錃?，防止局部達(dá)爆炸濃度極限。

（4）保持汽機(jī)油系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)和發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)防爆風(fēng)機(jī)工作正常，及時(shí)抽出漏入油系統(tǒng)中的氫氣，發(fā)現(xiàn)其工作不正常應(yīng)及時(shí)切換至備用風(fēng)機(jī)。

（5）如果氫氣泄漏集聚在某個(gè)區(qū)域，檢測出氫氣濃度在爆炸范圍，應(yīng)杜絕附近的一切火種，包括打手機(jī)、使用對(duì)講機(jī)、啟停設(shè)備等，打開門窗，加強(qiáng)通風(fēng)，盡快讓集聚的氫氣散發(fā)。

（6）在發(fā)電機(jī)和氫管道附近區(qū)域需要?jiǎng)踊?，必須辦理動(dòng)火工作票，工作前必須檢測區(qū)域范圍內(nèi)氫氣濃度，必要時(shí)采取通風(fēng)措施。

（7）氫氣壓力降低時(shí)，注意發(fā)電機(jī)密封油壓、油氫差壓、回油擴(kuò)大槽油位等參數(shù)的變化趨勢，防止發(fā)電機(jī)進(jìn)油。

（8）補(bǔ)氫時(shí)操作氫氣系統(tǒng)閥門應(yīng)均勻緩慢，防止補(bǔ)氫速度過快，導(dǎo)致高速氫氣流摩擦發(fā)生爆炸。

（9）氫氣系統(tǒng)操作或檢查時(shí)應(yīng)使用銅制工具，以防發(fā)生火花；使用鋼制工具時(shí)應(yīng)涂上黃油；禁止穿化纖衣服，鞋底禁止釘釘子；

（10）定期試驗(yàn)備用交、直流密封油泵，保證其在異常情況下能及時(shí)、正常投入運(yùn)行；必要時(shí)適當(dāng)提高油氫差壓值，以減少泄漏量；

（11）氫氣泄漏引發(fā)火災(zāi)或爆炸應(yīng)按《運(yùn)行規(guī)程》破壞真空緊急停機(jī)處理，現(xiàn)場要備足CO2，以便事故排氫用。

2.2 發(fā)電機(jī)主要漏氫點(diǎn)處理方法及效果

（1）密封瓦解體檢查及處理。2011年9月18日至27日停機(jī)停運(yùn)期間，對(duì)發(fā)電機(jī)密封瓦進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)汽測、勵(lì)側(cè)密封上、下瓦均有深度為0.2 mm的劃痕，如圖3所示，同時(shí)密封瓦和軸頸間隙均超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

處理辦法?？紤]到密封瓦打磨工藝較復(fù)雜，時(shí)間較長，將汽端、勵(lì)端密封瓦全部更換，更換后的新密封瓦間隙均符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如表1所示）。

表1 密封瓦間隙尺寸 mm

（2）內(nèi)漏閥門。分別進(jìn)行更換閥門，或者加裝二次門，其中發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)測裝置進(jìn)口排污門解體檢查發(fā)現(xiàn)閥芯上沾有一小塊焊渣，清理打磨后正常。

（3）利用機(jī)組停運(yùn)期間更換A、B、C、D氫冷器法蘭墊片，并刷涂耐油硅酮密封膠。

（4）為防止發(fā)電機(jī)底部油水長期聚集造成相關(guān)法蘭密封片產(chǎn)生油水腐蝕，一方面，加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)氫冷器底部的定期排污，另一方面針對(duì)耐油硅酮密封膠老化造成新的漏點(diǎn)，利用停機(jī)期間，對(duì)發(fā)電機(jī)外連接管道法蘭密封墊片全部進(jìn)行更換，徹底消除了漏點(diǎn)。

（5）處理后的效果。發(fā)電機(jī)主要漏氫點(diǎn)經(jīng)過處理后，在機(jī)組投運(yùn)前后進(jìn)行了發(fā)電機(jī)氣密封性試驗(yàn)。2011年9月28日至30日期間，汽輪發(fā)電機(jī)組盤車狀態(tài)下（1.5 r/min），發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果平均值為8 m3/d。2011年10月15日至19日，汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行后（3 000 r/min），發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果平均值為15 m3/d（如圖4所示）。

圖4 發(fā)電機(jī)漏氫治理前后比較

采取相關(guān)措施后，發(fā)電機(jī)的漏氫量得到明顯改善，達(dá)到了制造廠家的設(shè)計(jì)要求，滿足了機(jī)組安全運(yùn)行。需要說明的是機(jī)組啟停前后的數(shù)值差反映了發(fā)電機(jī)密封瓦由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換過程中泄漏量的變化，雖然機(jī)組啟動(dòng)后發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)泄漏量有所增加，但仍在廠家合同規(guī)定允許范圍內(nèi)。

2.3 后期運(yùn)行防范措施

（1）從密封瓦的磨損量來看，主要原因是在機(jī)組調(diào)試及試運(yùn)行期間，潤滑油及密封油系統(tǒng)雜質(zhì)較多造成的，所以運(yùn)行中必須加強(qiáng)汽輪發(fā)電機(jī)組的油質(zhì)監(jiān)視，定期取樣化驗(yàn)分析，同時(shí)要保證在線油處理裝置無故障情況下不得退出運(yùn)行。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行發(fā)電機(jī)大修后氣密性實(shí)驗(yàn)、氫氣冷卻器氣密（或水壓）試驗(yàn)和回裝后的整體氣密試驗(yàn)等氣密試驗(yàn)，不合格嚴(yán)禁機(jī)組啟動(dòng)。

（3）對(duì)密封瓦和瓦座裝配的間隙嚴(yán)格把關(guān)，控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

（4）建立監(jiān)測漏氫、排查漏氫點(diǎn)的定期工作制度，發(fā)現(xiàn)漏氫量大時(shí)及時(shí)查找原因，對(duì)發(fā)現(xiàn)的漏點(diǎn)要采取有效措施進(jìn)行封堵，防止漏點(diǎn)進(jìn)一步擴(kuò)大而導(dǎo)致機(jī)組被迫停運(yùn)。

（5）運(yùn)行人員應(yīng)熟悉氫氣防火防爆知識(shí)和滅火技能，提高事故異常情況的應(yīng)急處理能力。

3 結(jié)束語

為保證氫冷發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，避免由于氫氣外泄引起爆炸等重大事故，正常運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)檢查、維護(hù)、氫氣泄漏量定期測算及排查工作，由于系統(tǒng)較為復(fù)雜，在發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)漏氫量增大等異常情況時(shí)，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)檢查和分析，從可能的情況逐一排查，找到漏氫的真正原因并加以預(yù)防和處理。解決氫氣泄漏的關(guān)鍵是提高安裝檢修工藝水平，保證密封瓦、閥門及附屬配件的產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)油質(zhì)監(jiān)督。

[1]陶蘇東.電氣設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2006.