托克托電廠600MW發(fā)電機(jī)冷氫溫度高原因分析及處理

秦軍旗

摘 要：依據(jù)托克托電廠近年來幾起600MW發(fā)電機(jī)運(yùn)行中冷氫溫度高的處理過程和SIS曲線對發(fā)電機(jī)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的記錄，分析了托克托電廠600MW發(fā)電機(jī)運(yùn)行中冷氫溫度高的原因。引起托克托電廠600MW發(fā)電機(jī)運(yùn)行中冷氫溫度高的主要原因有發(fā)電機(jī)冷卻器冷卻水管堵塞，冷卻器排空失效，發(fā)電機(jī)內(nèi)漏油。根據(jù)不同的引起托克托電廠600MW發(fā)電機(jī)運(yùn)行中冷氫溫度高的原因，給出了解決托克托發(fā)電廠600MW發(fā)電機(jī)運(yùn)行中冷氫溫度高的具體方法和防范措施。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；冷卻器；氫氣；溫度高

中圖分類號：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0135-03

托克托電廠目前有8臺(tái)600MW發(fā)電機(jī)，一期兩臺(tái)600MW東方日立發(fā)電機(jī)，二至四期6臺(tái)600MW東方發(fā)電機(jī)。這8臺(tái)發(fā)電機(jī)各有4個(gè)氫氣冷卻器，冷卻器立放在發(fā)電機(jī)機(jī)座的四角，冷卻器均由開式水冷卻，冷卻器水管材質(zhì)為鎳白銅，冷卻器水管繞片材質(zhì)為紫銅。8臺(tái)發(fā)電機(jī)均采用單流環(huán)密封油系統(tǒng)，水氫氫冷卻方式，徑向多流式密閉循環(huán)的通風(fēng)方式，安裝在轉(zhuǎn)軸上的軸流式風(fēng)扇將氫氣分別鼓入氣隙和鐵芯背部，進(jìn)入鐵芯背部的的氫氣再進(jìn)入各個(gè)風(fēng)區(qū)冷卻發(fā)電機(jī)各個(gè)部件，最后氫氣從機(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)。這8臺(tái)發(fā)電機(jī)在近年來運(yùn)行中均出現(xiàn)過冷氫溫度高的問題，發(fā)電機(jī)運(yùn)行中要求冷氫溫度在35～46℃之間，但實(shí)際運(yùn)行中，有些發(fā)電機(jī)的冷氫溫度已高達(dá)55℃，有些甚至更高。發(fā)電機(jī)運(yùn)行中冷氫溫度高，造成發(fā)電機(jī)內(nèi)部鐵芯、線棒等部件的熱量散發(fā)不出去，直接影響到發(fā)電機(jī)的使用壽命，限制了發(fā)電機(jī)的輸出能力。

1 發(fā)電機(jī)運(yùn)行中冷氫溫度高的原因分析

發(fā)電機(jī)的冷氫溫度即被氫氣冷卻器冷卻后的氫氣溫度。除去發(fā)電機(jī)冷卻和通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中冷氫溫度高應(yīng)從兩個(gè)方向著手分析。一是發(fā)電機(jī)產(chǎn)生了比正常運(yùn)行時(shí)多的熱量，超出了發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)散熱能力，例如發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度低于設(shè)計(jì)值，發(fā)電機(jī)的通風(fēng)損耗及轉(zhuǎn)子摩擦損耗將增加，這樣發(fā)電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的總的熱量就有可能超出發(fā)電機(jī)的散熱能力，使得發(fā)電機(jī)冷氫溫度高。二是發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中換熱不良導(dǎo)致發(fā)電機(jī)冷氫溫度高。從托克托電廠近年來處理的發(fā)電機(jī)冷氣溫度高的實(shí)踐來看，后一種原因，即發(fā)電機(jī)氫氣冷氣器在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中換熱不良占主要原因。

1.1 冷卻器冷卻水管堵塞

托克托電廠8臺(tái)600MW發(fā)電機(jī)冷卻器冷卻水管在運(yùn)行中均有過不同程度的堵塞造成發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中冷氫溫度高，托克托電廠冷卻器用的冷卻水為開式水，水質(zhì)較臟，容易堵塞冷卻器水管，一期兩臺(tái)東方日立發(fā)電機(jī)因其冷卻器水管的內(nèi)徑較小，更容易堵塞。水管被水中的雜物堵塞，一方面使水流量減少，另一方面又因冷卻水與管壁之間存在的污泥減弱了冷卻水和管壁的熱交換，使得發(fā)電機(jī)冷氫溫度高。

圖1為托克托電廠2號發(fā)電機(jī)在2016年4月19日至4月22日期間，一個(gè)氫氣冷卻器的冷氫溫度與發(fā)電機(jī)負(fù)荷的SIS歷史曲線圖。從圖中曲線的前段部分可以看出，2號發(fā)電機(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)冷氫溫度已達(dá)50℃，超出冷氫標(biāo)準(zhǔn)上限溫度4℃。圖中凸出的冷氫溫度曲線部分為冷卻器在線捅刷時(shí)，因冷卻器進(jìn)出水路被關(guān)閉，冷卻器內(nèi)無水流過，失去了冷卻功能，固冷氫溫度上升至58℃。一組冷卻器捅刷時(shí)，機(jī)組限負(fù)荷在420MW。從圖中曲線的后半段可以看出冷卻器捅刷后，冷卻器的冷卻效果明顯改善，冷氫溫度在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)為42℃，溫度值符合標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)電機(jī)冷卻器在線捅刷時(shí)的方法及注意事項(xiàng)有：在措施方面，要關(guān)閉冷卻器進(jìn)出水門，打開冷卻器排污門和排空門，排出冷卻器內(nèi)的存水；確認(rèn)冷卻器內(nèi)水已放干凈，以防水室蓋板打開后，水漏到發(fā)電機(jī)下的其他設(shè)備上，造成設(shè)備損壞或跳機(jī)事件，托克托電廠已發(fā)生兩起因冷卻水流到發(fā)電機(jī)出線箱內(nèi)造成機(jī)組不能按期并網(wǎng)的事故；冷卻器在線捅刷時(shí)，需一組一組的捅刷，發(fā)電機(jī)停運(yùn)一組冷卻器要求降負(fù)荷20%運(yùn)行，但這時(shí)其他冷卻器的冷卻能力也因管路堵塞而降低，故要根據(jù)實(shí)際情況限負(fù)荷運(yùn)行，如托克托電廠2號發(fā)電機(jī)冷卻器在線捅刷時(shí)將負(fù)荷限制在420MW運(yùn)行，如按降負(fù)荷20%算，限負(fù)荷值應(yīng)為480MW；冷卻器捅刷的工具為長6米，外徑8mm，內(nèi)徑5mm的銅管，銅管內(nèi)部穿一根鉛絲，鉛絲一端綁扎一大小合適的試管刷，另一端綁扎在銅管上，試管刷比冷卻器銅管稍大些，試管刷一定要綁扎牢固；用一頭帶試管刷的銅管逐個(gè)捅刷冷卻器水管，注意遇到捅不動(dòng)的水管，不能使勁捅，以防捅漏冷卻器水管，一旦冷卻器銅管被捅漏，發(fā)電機(jī)內(nèi)400kPa左右的氫氣就會(huì)泄露出來。

防止發(fā)電機(jī)冷卻器水管堵塞而造成冷氫溫度高的防范措施有：合理的安排發(fā)電機(jī)冷卻器水管捅刷工作，如機(jī)組長期運(yùn)行，捅刷工作應(yīng)選在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)期進(jìn)行；根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，盡量將冷卻器捅刷工作安排在發(fā)電機(jī)停機(jī)或機(jī)內(nèi)氫氣置換后進(jìn)行；最根本的防范措施是想辦法改善冷卻水水質(zhì)，保證冷卻水水路濾網(wǎng)的質(zhì)量和性能。

1.2 冷卻器排空失效

發(fā)電機(jī)冷卻器排空失效，冷卻器在檢修投運(yùn)后會(huì)在上水室內(nèi)聚集大量的氣體，或在正常運(yùn)行中冷卻器上水室內(nèi)聚集大量從水中析出的氣體，水室蓋內(nèi)的氣體占據(jù)了水流的路徑，導(dǎo)致冷卻器的水流量減小，從而降低了冷卻器的換熱能力，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)冷氫溫度高。

圖2為托克托電廠6號發(fā)電機(jī)在2016年11月24日至11月25日期間，一個(gè)氫氣冷卻器的冷氫溫度與發(fā)電機(jī)負(fù)荷的SIS歷史曲線圖。從圖中曲線可以看出發(fā)電機(jī)起機(jī)后，此組冷卻器冷氫溫度高達(dá)60℃，造成冷氫溫度高的原因是這組冷卻器排空失效，這組冷卻器排空失效的原因是排空管路堵塞，無法排空。冷卻器通水后，大量的空氣聚集在冷卻器上水室內(nèi)，此時(shí)上水室內(nèi)僅有一薄層水流從上水室內(nèi)流過，水流量及其小，造成冷卻器不能冷卻，故冷氫溫度高達(dá)60℃。從圖中后半段曲線可以看出對冷卻器采取排空措施后，冷氫溫度下降到41℃。

因此組冷卻器排空管路堵塞無法排空，故需采取特殊措施：關(guān)閉冷卻器進(jìn)出水門，松動(dòng)固定氫氣冷卻器上水室蓋兩條相鄰螺栓，待能感覺到有空氣從水室蓋與冷卻器結(jié)合面處呲出即可，通過觀察進(jìn)水壓力表判斷冷卻器內(nèi)水壓的變化情況，待冷卻器進(jìn)水壓力將近為0時(shí)，稍打開冷卻器進(jìn)水門，壓力稍增加一點(diǎn)即可，待冷卻器上水室蓋板松動(dòng)的螺栓處有水流出時(shí)，擰緊之前松動(dòng)的兩道螺栓，再完全打開冷卻器進(jìn)出水門。雖然此種方法不能完全的排空上水室蓋內(nèi)的空氣，但從圖中可以看出這種方法也達(dá)到了很好的效果。此種方法的原理是：托克托電廠所處地理環(huán)境氣壓大約為90kPa，冷卻器上水室蓋松動(dòng)螺栓處有水流出時(shí)，上水室內(nèi)氣體的絕對壓力為90kPa，松動(dòng)的兩道螺栓被擰緊后，因冷卻器進(jìn)水壓力約220kPa，故此時(shí)冷卻器上水室內(nèi)的氣體絕對壓力為310kPa，根據(jù)氣體溫度、體積、壓強(qiáng)計(jì)算公式，這時(shí)水室蓋板內(nèi)的氣體體積縮小為三分之一還要多，故上水室內(nèi)可以通過和最大水流量比三分之二多的水流量。

防止因冷卻器排空失效而引起冷氫溫度高的措施有：定期進(jìn)行冷卻器排空，合理安排排空周期，在冷卻水質(zhì)較差的情況下，這個(gè)周期要盡量短些，這樣可以減少因水質(zhì)差而導(dǎo)致排空管路堵塞的可能性；對冷卻器進(jìn)行排空時(shí)，應(yīng)逐個(gè)對冷卻器進(jìn)行排空，托克托電廠的大多數(shù)冷卻器排空管路兩路或四路并一路，如果兩路或四路一起排空，很可能造成有的冷卻器未排空的情況；發(fā)電機(jī)運(yùn)行中如有排空管路損壞或堵塞，應(yīng)利用機(jī)組停機(jī)時(shí)期及時(shí)進(jìn)行疏通和修復(fù)。

1.3 發(fā)電機(jī)內(nèi)漏油

托克托電廠8臺(tái)600MW發(fā)電機(jī)內(nèi)部均有不同程度的進(jìn)油，可以確定的是發(fā)電機(jī)內(nèi)的進(jìn)油是密封油通過內(nèi)油擋與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸之間的間隙或內(nèi)油擋自身的間隙進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部的。密封油大量進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)，在氫氣循環(huán)的帶動(dòng)下形成油霧，附著在發(fā)電機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件上。其中，因轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，密封油附著量幾乎沒有，因氫氣冷卻器冷卻水管上的繞片幾乎成水平狀態(tài)，且因?yàn)榱嗽黾訐Q熱面積，繞片做成褶皺型，上述兩個(gè)原因?qū)е吕@片上部大量附著密封油，相比于繞片上部積油，繞片下部積油較少。這樣，氫氣冷卻器水管上的繞片與氫氣之間加了一層密封油，減弱了氫氣與繞片的換熱。托克托電廠8號發(fā)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)油最為嚴(yán)重，8號發(fā)電機(jī)在夏季大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)冷氫溫度高達(dá)55度，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。工作人員多次對8號發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器進(jìn)行在線捅刷，冷氫溫度下降效果均不明顯。

圖3為托克托電廠8號發(fā)電機(jī)在2016年8月1日至8月15日期間，其中兩個(gè)氫氣冷卻器冷氫溫度與發(fā)電機(jī)負(fù)荷的SIS歷史曲線圖。從圖中可以看出，在此時(shí)期內(nèi)，發(fā)電機(jī)冷氫溫度高達(dá)55℃，且波動(dòng)較大。2016年9月至10月中修期間，工作人員檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁端密封瓦與軸頸有摩擦痕跡，造成發(fā)電機(jī)軸頸磨損，密封瓦與軸頸間隙變大，導(dǎo)致密封油回油量增加，密封油回油量超出了內(nèi)油擋的擋油能力，大量密封油進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)。這次中修期間工作人員做了如下相關(guān)的工作：對磨損的軸頸進(jìn)行了補(bǔ)焊處理，調(diào)整好了密封瓦與軸頸間的間隙；對發(fā)電機(jī)出線罩內(nèi)大量的積油進(jìn)行了清理；抽出了四組氫氣冷卻器，冷卻器抽出平放到地面后，聚集在繞片上大量的密封油淌到了地面，對氫氣冷卻器冷卻水管內(nèi)部進(jìn)行了沖洗，但并未對冷卻器水管上的繞片進(jìn)行專門的清洗。2016年10月末8號機(jī)組檢修完畢起機(jī)后，8號發(fā)電機(jī)冷卻器冷氫溫度明顯下降許多，隨著時(shí)間的推移，冷卻效果是越來越好。分析其原因?yàn)楸敬沃行匏龅墓ぷ鲝氐椎慕鉀Q了密封油大量進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)的這一缺陷，且清理了發(fā)電機(jī)出線箱內(nèi)部的積油，冷卻器銅管繞片上的積油雖未特意的清理，但繞片上的積油已減少，且隨著氫氣循環(huán)逐漸被帶走，從排污管路排出，繞片上的油越來越少，冷卻器的換熱能力越來越強(qiáng)，固冷卻器的冷氫溫度表現(xiàn)為逐漸下降趨勢，最終冷氫溫度符合要求且穩(wěn)定。

圖4為8號發(fā)電機(jī)在2017年8月1日至8月15日期間，其中兩個(gè)氫氣冷卻器冷氫溫度與發(fā)電機(jī)負(fù)荷的SIS歷史曲線圖。從圖中可以看出此時(shí)期內(nèi)發(fā)電機(jī)冷氫溫度穩(wěn)定在42℃左右，且波動(dòng)很小。

因密封油漏進(jìn)發(fā)電機(jī)內(nèi)而造成冷氫溫度高的解決辦法是要徹底的治理住發(fā)電機(jī)內(nèi)漏油的問題。防止因發(fā)電機(jī)內(nèi)漏油而引起發(fā)電機(jī)冷氫溫度高的防范措施有：在發(fā)電機(jī)檢修時(shí)要做好內(nèi)油擋、密封瓦的檢修、監(jiān)督和驗(yàn)收工作；可將普通油擋更換為新型油擋，東方電機(jī)廠家目前有一種新型油擋能較好的擋住密封油，防止密封油內(nèi)漏；檢修中調(diào)整好密封瓦與軸頸間隙和位置；防止誤操作造成油氫壓力不符合要求導(dǎo)致密封油大量進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)的事件；利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會(huì)，清理發(fā)電機(jī)出線箱內(nèi)積油，清理氫氣冷卻器繞片上油垢，對繞片上的油污，可用熱水沖洗，必要時(shí)可加入一些磷酸三鈉，沖洗干凈后再用壓縮空氣吹干。

2 結(jié)語

通過以上分析和在托克托電廠的實(shí)踐，托克托電廠目前冷氫溫度高的主要原因有冷卻水管堵塞，冷卻器排空失效，發(fā)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)油這三大原因。氫氣冷卻器冷氫溫度高的原因也有可能是冷卻水溫度、壓力、水質(zhì)、氣體純度、監(jiān)測元件、初始設(shè)計(jì)等某一方面或多方面原因綜合引起的，因此在分析氫氣冷卻器冷氫溫度高時(shí)要全面、綜合的進(jìn)行分析、比較，找出真正的引起冷氫溫度高的原因，在工作中以達(dá)到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)

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