S109FA氫冷發(fā)電機(jī)漏氫量大的原因及對(duì)策

羅以勇

(中山嘉明電力有限公司，廣東中山528437)

在大容量的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組中，隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增大，其發(fā)熱量也急劇增加，出于對(duì)發(fā)電機(jī)制造體積、散熱效果、維護(hù)管理等方面的優(yōu)化考慮，目前大型發(fā)電機(jī)中除水電機(jī)組外普遍采用氫氣作為冷卻介質(zhì)。該介質(zhì)具有密度小、換熱性能好的優(yōu)點(diǎn)，其冷卻能力是空氣的7倍，但它的易爆性對(duì)容納它的密封系統(tǒng)提出了嚴(yán)格的要求。

某臺(tái)額定功率為397.8 MW燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組屬于全氫冷，即其定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組及鐵芯均采用氫內(nèi)冷的冷卻方式。該發(fā)電機(jī)組的氫氣額定壓力為0.414 MPa，氫氣由安裝在轉(zhuǎn)子兩端的風(fēng)扇強(qiáng)制循環(huán)，并通過設(shè)置在定子機(jī)座上部的四組氫氣冷卻器進(jìn)行冷卻。氫氣系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)定子外殼、端蓋、氫氣冷卻器、密封瓦以及氫氣管路等全封閉氣密結(jié)構(gòu)組成。雖然發(fā)電機(jī)采取了各種措施防止氫氣泄漏，但由于其整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又處于隨時(shí)運(yùn)行振動(dòng)與可能的操作之中，因而發(fā)電機(jī)漏氫現(xiàn)象仍然時(shí)有發(fā)生。從某種意義上而言，漏氫是絕對(duì)的，不漏是相對(duì)的，所能做到的是將氫氣的泄漏量保持在一個(gè)正常的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。其允許的具體標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 發(fā)電機(jī)氫氣在不同工況下的泄漏標(biāo)準(zhǔn)(0.5≥PN≥0.4 MPa)

某機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)補(bǔ)氫量驟然增加，補(bǔ)給的次數(shù)也明顯增多，經(jīng)計(jì)算一天漏氫量為60 m3。為何驟然間漏氫量會(huì)變得這么大?隨后在排空管檢測時(shí)，檢測儀報(bào)警并指示含氫量為25%，當(dāng)即試用塑料袋封堵，塑料袋隨即脹滿，說明漏氫量很大。

1 發(fā)電機(jī)漏氫的危害

(1)將引起發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力下降，冷卻效果變差，發(fā)電機(jī)各部分溫升增加，從而影響發(fā)電機(jī)出力，嚴(yán)重時(shí)將縮短發(fā)電機(jī)壽命。

(2)氫氣外漏后，將上升聚集到所在空間頂部的某一處。由于氫氣為易爆氣體，聚集的氫氣會(huì)構(gòu)成重大安全隱患，隨時(shí)有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。

(3)若氫氣泄漏量大，將迫使本應(yīng)時(shí)斷時(shí)續(xù)的制氫工作不間斷地進(jìn)行，造成較大浪費(fèi)。

(4)造成氫氣濕度過大或發(fā)電機(jī)進(jìn)油，損壞發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組絕緣，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)相間或?qū)Φ囟搪肥鹿省?/p>

2 發(fā)電機(jī)漏氫原因分析

2.1 發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)浮子油箱浮油閥故障

GE公司S109FA發(fā)電機(jī)的密封油系統(tǒng)圖如圖1所示。如果浮子油箱浮油閥出現(xiàn)故障，使得浮子油箱的油位過低，浮子油箱至循環(huán)密封油箱的“油封段”遭到破壞，導(dǎo)致氫氣通過浮子油箱直接進(jìn)入循環(huán)密封油箱，進(jìn)而進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)。在這種情況下，通過主油箱排煙風(fēng)機(jī)出口處能檢測到氫氣，并且還能通過浮子油箱油位進(jìn)行輔助判斷。因此，維持浮子油箱油位穩(wěn)定具有重要意義。

圖1 發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)圖

2.2 發(fā)電機(jī)密封瓦磨損或密封瓦卡澀造成漏氫

發(fā)電機(jī)密封瓦磨損或密封瓦卡澀造成密封瓦的間隙變大，使得該密封瓦處的密封油壓力不足，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)漏氫，并通過密封瓦漏至外端軸承室。在這種情況下，主機(jī)潤滑油箱內(nèi)部以及潤滑油排煙風(fēng)機(jī)出口就有可能檢測到氫氣。

2.3 發(fā)電機(jī)密封油控制單元的油氫差壓控制閥調(diào)節(jié)出現(xiàn)異常

當(dāng)油氫差壓控制閥調(diào)節(jié)出現(xiàn)異常，使得油氫差壓比較低時(shí)，密封油的供油壓力不足以將氫氣封閉在軸線以內(nèi)，導(dǎo)致氫氣泄漏;或者運(yùn)行的密封油系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致密封油壓力急劇地下降，在備用直流密封油泵聯(lián)啟的這個(gè)空隙，因油氫差壓低導(dǎo)致氫氣泄漏。

2.4 發(fā)電機(jī)密封瓦支座、發(fā)電機(jī)端蓋、人孔等密封不嚴(yán)

發(fā)電機(jī)密封瓦支座、發(fā)電機(jī)端蓋、人孔等密封不嚴(yán)，都有可能造成發(fā)電機(jī)氫氣泄漏。當(dāng)密封瓦支座密封不嚴(yán)時(shí)，氫氣通過密封瓦漏至外端軸承室，則空側(cè)回油就會(huì)進(jìn)入大量的氫氣，主機(jī)潤滑油箱內(nèi)部、排煙風(fēng)機(jī)處就有可能檢測到氫氣。由于發(fā)電機(jī)每天啟停，發(fā)電機(jī)振動(dòng)對(duì)端蓋的密封性能產(chǎn)生影響，且端蓋靠螺栓固定，長期振動(dòng)會(huì)使螺栓變松，端蓋注膠密封不嚴(yán)而造成氫氣泄漏。其次，端蓋注膠使用時(shí)間有限，使用一段時(shí)間之后也會(huì)出現(xiàn)老化的情況，進(jìn)而導(dǎo)致氫氣泄漏。

2.5 發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器內(nèi)管子有漏點(diǎn)

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)額定氫壓是0.414 MPa，氫氣冷卻器的供水壓力應(yīng)控制在0.36 MPa以下。正常工作時(shí)，氫氣的壓力是高于冷卻水壓力的。這種情況下，當(dāng)氫氣冷卻器內(nèi)水管出現(xiàn)漏點(diǎn)，氫氣就會(huì)泄漏至閉式水系統(tǒng)中。這些漏氫對(duì)氫氣冷卻器的虹吸作用將產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致其換熱效率出現(xiàn)下降，氫氣壓力在不斷降低的同時(shí)，冷氫溫度也在不斷升高。遇到這種情況，可以通過氫氣冷卻器放氣點(diǎn)、膨脹水箱的排氣口、閉式水泵入口濾網(wǎng)的排氣口處檢測氫氣的濃度，也可以對(duì)閉式水的含氫量進(jìn)行化驗(yàn)分析。

2.6 發(fā)電機(jī)密封性能變差

發(fā)電機(jī)密封系統(tǒng)比較龐大且比較復(fù)雜，連接的管道和設(shè)備也比較多，如果氫氣管道、端蓋密封圈等某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)漏點(diǎn)，氫壓將會(huì)出現(xiàn)下降。其中包括氫氣管道閥門、端蓋密封圈、法蘭、表計(jì)(特別是氫氣純度檢查系統(tǒng))、安全閥內(nèi)漏、排放總閥內(nèi)漏等。

2.7 發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)有關(guān)排放閥門誤開啟或者誤動(dòng)作

發(fā)電機(jī)氫氣純度檢測儀排放閥開啟過大、發(fā)電機(jī)絕緣過熱監(jiān)測裝置動(dòng)作，或者取樣電磁閥誤帶電(包括其旁路閥門誤開啟)、發(fā)電機(jī)油水探測器排放閥誤開，氫氣干燥器排放閥誤開等，這些原因均會(huì)導(dǎo)致氫氣泄漏且漏氫量大。

3 發(fā)電機(jī)漏氫量大的查找過程

首先，結(jié)合氫冷發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)總結(jié)漏氫部位，歸納起來有兩部分:一是氫冷發(fā)電機(jī)內(nèi)部本體結(jié)構(gòu)部件的漏氫;二是發(fā)電機(jī)外部附屬系統(tǒng)的漏氫。氫冷發(fā)電機(jī)本體結(jié)構(gòu)部件的漏氫涉及四個(gè)系統(tǒng):(1)發(fā)電機(jī)密封瓦及氫側(cè)回油管接頭的油系統(tǒng);(2)浮子油箱;(3)發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器的循環(huán)水系統(tǒng);(4)發(fā)電機(jī)人孔、端蓋、二次測量引出線端口、出線套管法蘭及瓷套管內(nèi)部密封、出線罩、氫冷器法蘭、轉(zhuǎn)子導(dǎo)電桿等的氫密封系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)外部附屬系統(tǒng)的漏氫包括氫氣系統(tǒng)管路閥門及表計(jì)、油氫差壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、油氫分離器、氫氣干燥裝置、氫氣濕度監(jiān)測裝置、氫氣純度檢測裝置、油氣檢測、發(fā)電機(jī)絕緣過熱監(jiān)測裝置等。

其次，由主管生產(chǎn)的副廠長作組長，立即組織召開專業(yè)分析會(huì)議，其中包括機(jī)務(wù)和電氣專業(yè)，并成立專項(xiàng)查漏小組。第一階段:首先利用測氫儀對(duì)所有管道閥門、表計(jì)接頭、發(fā)電機(jī)出線小室、其他外圍進(jìn)行檢查;再利用液體洗潔精對(duì)發(fā)電機(jī)底部觀察孔、發(fā)電機(jī)人孔、發(fā)電機(jī)本體結(jié)合面及氫系統(tǒng)管道閥門作涂抹檢查，結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)明顯漏點(diǎn)。第二階段:檢查是否有內(nèi)漏。首先檢查排空管并進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)有報(bào)警，經(jīng)檢測含氫量為25%，試用塑料袋封堵，塑料袋隨即脹滿。這說明接到排空管的管道存在泄漏或者個(gè)別閥門被誤開啟，初步判斷應(yīng)該是此次漏氫的主要部位。究竟是何處泄漏，且泄漏量如此大?經(jīng)分析應(yīng)該不是一般閥門的內(nèi)漏，最終檢查確認(rèn)是發(fā)電機(jī)絕緣過熱監(jiān)測裝置取樣電磁閥誤帶電開啟，導(dǎo)致氫氣直接排放至排空管。

4 發(fā)電機(jī)漏氫的緊急處理

發(fā)電機(jī)漏氫有快有慢，正常情況下發(fā)電機(jī)氫氣肯定是有一定的泄漏量。平時(shí)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該注意監(jiān)視氫氣壓力、純度、冷熱氫溫度。如果遇到發(fā)電機(jī)氫壓急劇下降的情況，則需要采取如下緊急措施:

(1)如果機(jī)組正在運(yùn)行，負(fù)荷比較高，要迅速解除AGC，將負(fù)荷降低至70%額定負(fù)荷。同時(shí)密切關(guān)注轉(zhuǎn)子和定子線圈溫度，冷熱氫溫度。如果轉(zhuǎn)子線圈溫度不能維持，還在持續(xù)升高，達(dá)到條件后要申請(qǐng)停機(jī)處理。

(2)密切注意油氫差壓變化的情況，以及密封油溫度，氫氣壓力下降速率，發(fā)電機(jī)瓦溫和回油溫度。認(rèn)真做好日漏氫量的計(jì)算工作，并繪制成曲線，密切觀察漏氫情況。

(3)啟動(dòng)機(jī)組所在區(qū)域備用屋頂風(fēng)機(jī)，及時(shí)將機(jī)組6.45 m和11 m高層區(qū)域進(jìn)行隔離，準(zhǔn)備足夠的應(yīng)急消防器材。

(4)如果發(fā)電機(jī)氫氣壓力下降迅速，機(jī)組停運(yùn)后將氫氣壓力降低至0.03 MPa左右。為防止密封油差壓控制閥調(diào)節(jié)異常，造成發(fā)電機(jī)進(jìn)油，要適時(shí)將密封油切回潤滑油支路進(jìn)行供油。根據(jù)需要，還應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行氣體置換。

5 本次發(fā)電機(jī)漏氫的原因

當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)氫氣泄漏量驟然增大時(shí)，經(jīng)過外部查找無泄漏，在瞬間關(guān)閉氫氣純度流量排放閥后，屋頂排空管還是很快起壓，后來將絕緣過熱監(jiān)測裝置至排空管9號(hào)閥門關(guān)閉(圖2)，漏氫量立即減少，說明肯定是這里面出現(xiàn)了故障，那么絕緣過熱監(jiān)測裝置為什么會(huì)出現(xiàn)這么大的泄漏量?分析原因有以下幾種可能。

(1)可能是旁路閥門8誤開啟或者是該閥門內(nèi)漏非常大所致。將閥門8關(guān)閉后泄漏量不變。(2)可能是取樣電磁閥帶電開啟，一直排放至排空管;后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是發(fā)電機(jī)絕緣過熱監(jiān)測裝置二個(gè)取樣電磁閥誤帶電開啟，直接形成了排空。經(jīng)與廠家聯(lián)系，更換三塊主板后一切正常。那么這二個(gè)電磁閥何時(shí)帶電的呢?其原因?yàn)?①手動(dòng)將鈕子開關(guān)打至“手動(dòng)取樣”時(shí)，電磁閥帶電，經(jīng)排空管排走;② 當(dāng)發(fā)電機(jī)絕緣過熱監(jiān)測裝置報(bào)警或者誤動(dòng)作時(shí)，電磁閥便會(huì)自動(dòng)帶電取樣，造成氫氣直接排空。

圖2 發(fā)電機(jī)絕緣過熱監(jiān)測裝置外部與排空管連接

6 結(jié)束語

總之，發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)所涉及的設(shè)備比較多且復(fù)雜，因而查找漏氫一直是電廠運(yùn)行和維護(hù)工作中的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。發(fā)電機(jī)漏氫治理是一項(xiàng)長期而又繁瑣的工作，需要我們一線工作人員不斷地跟蹤記錄分析，確定漏氫的根源和途徑，制定詳細(xì)的治理方案，在備件和檢修過程中嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，這樣才能達(dá)到理想的效果。在氫氣異常泄漏的情況下所應(yīng)具備的應(yīng)急處理能力，要求我們對(duì)系統(tǒng)設(shè)備及流程必須非常熟悉，同時(shí)也要求我們?cè)诋惓Ｌ幚頃r(shí)能把握重點(diǎn)和關(guān)鍵。系統(tǒng)運(yùn)行絕大部分時(shí)間都是比較正常的，只是在極少數(shù)的情況下才會(huì)出現(xiàn)異常，這就要求我們?cè)谄綍r(shí)的工作中對(duì)設(shè)備的參數(shù)和運(yùn)行情況要有詳細(xì)記錄，在異常出現(xiàn)的初期就能找出差別，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題。