600MW汽輪發(fā)電機(jī)漏氫問題的分析處理

曹鳳波 王竟強(qiáng) 詹志遠(yuǎn)

摘 要：分析了某電廠600MW汽輪發(fā)電機(jī)密封瓦與軸頸拉傷、磨損及氫氣泄漏的原因，得出由于壓差閥出現(xiàn)動作不正常且油密封過度磨損造成密封油需求量超出設(shè)計值，使密封瓦無法維持正常工作狀態(tài)的結(jié)論，提出現(xiàn)場進(jìn)行的修復(fù)方案。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)；漏氫；分析

中圖分類號：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）25-0119-02

Abstract： In this paper， the causes of tension， wear and hydrogen leakage of seal bush and journal of 600MW turbogenerator in a power plant are analyzed. It is concluded that the demand for seal oil exceeds the design value due to abnormal operation of differential pressure valve and excessive wear of oil seal. According to the conclusion that the sealing pad can not maintain the normal working state， the repair scheme on the spot is put forward.

Keywords： turbogenerator； hydrogen leakage； analysis

前言

氫冷汽輪發(fā)電機(jī)具有效率高、溫升低的優(yōu)點，油密封結(jié)構(gòu)是氫冷汽輪發(fā)電機(jī)特有結(jié)構(gòu)，氫冷汽輪發(fā)電機(jī)漏氫量的大小直接影響機(jī)組的運(yùn)行安全[1]，且發(fā)生氫氣泄漏的原因及現(xiàn)象具有多樣性。如泄漏可能發(fā)生在靜止密封結(jié)構(gòu)或動靜結(jié)合面[2]，靜止密封結(jié)構(gòu)泄漏又可能發(fā)生在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)[3]或定子機(jī)座以及冷卻水路[4]；現(xiàn)象可能是向機(jī)外漏氫，也可能向冷卻水路漏氫，也會造成向機(jī)內(nèi)漏油現(xiàn)象[5，6]。上述現(xiàn)象都會危害發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全，造成事故隱患。

1 事發(fā)梗概

某電廠600MW汽輪發(fā)電機(jī)組安裝完畢啟機(jī)運(yùn)行即出現(xiàn)軸系振動值偏大、漏氫量超標(biāo)問題。機(jī)組先后啟動三次，都因振動及漏氫指標(biāo)超出允許值被迫停機(jī)。

第一次啟動在沒有進(jìn)行完整的發(fā)電機(jī)整套氣密試驗情況下即進(jìn)行，運(yùn)行期間氫壓下降快，最后因軸系振動大而被迫停機(jī)。停機(jī)期間主要進(jìn)行了兩項工作：軸系加平衡塊、發(fā)電機(jī)更換氫系統(tǒng)外管路全部閥門。

第二次啟動發(fā)生氫壓下降，壓差大幅波動現(xiàn)象，空、氫側(cè)密封油壓波動，空側(cè)油箱排煙風(fēng)機(jī)出口有氫氣排出，氫側(cè)油壓勵側(cè)比汽側(cè)高0.02-0.04kPa。打開發(fā)電機(jī)汽、勵兩端外油檔檢查發(fā)現(xiàn)：汽側(cè)漏氫嚴(yán)重，在密封瓦與軸頸的徑向密封面有氣、油混合物噴出，勵側(cè)沒有檢測到氫氣泄漏。經(jīng)過調(diào)整差壓閥，汽端漏氫現(xiàn)象消失，壓力可以穩(wěn)定，在機(jī)組啟動升速至3000r/min后，帶有功負(fù)荷100MW時，再次發(fā)生汽端漏氫現(xiàn)象，氫壓無法維持，被迫打閘停機(jī)。

第三次啟動盤車沒有投入，密封油、潤滑油投入的情況下可以維持氫氣壓力，密封瓦處沒有泄漏現(xiàn)象發(fā)生。在投入盤車同時密封瓦與軸頸的徑向密封面有氣、油混合物噴出，勵側(cè)沒有檢測到氣體泄漏。差壓降從74kPa降至37kPa，氫側(cè)油箱油位突然降低，調(diào)整差壓閥，增大壓差，汽端漏氫現(xiàn)象消失，機(jī)內(nèi)氣體壓力可以穩(wěn)定。在機(jī)組啟動2000r/min暖機(jī)過程中再次發(fā)生汽端漏氫現(xiàn)象，氫壓無法維持，壓差上下大幅波動，氫壓下降，空、氫側(cè)密封油壓波動?？諅?cè)油箱排煙風(fēng)機(jī)出口有氫氣排出，發(fā)電機(jī)汽端油檔處有氫氣泄漏，13.7m平臺的就地壓力表顯示，空側(cè)油壓汽端比勵端低0.04MPa，汽端空側(cè)油壓與膛內(nèi)氣壓就地表讀數(shù)基本一致。在3000轉(zhuǎn)時因氫氣泄漏量過大，打閘停機(jī)。

2 拆解后檢查結(jié)果

解體檢查密封墊處所有油孔均未出現(xiàn)錯位及堵塞現(xiàn)象，勵端密封座上所有油孔處絕緣管漏裝，油孔處有絕緣漆，個別油孔處的密封墊孔有錯位現(xiàn)象。

端蓋、中間環(huán)、密封座油孔進(jìn)行了高、低壓壓縮空氣吹掃和氣流測試，氣體流動性無異常。對密封座油孔進(jìn)行了進(jìn)出孔煙氣試驗，無錯開、堵塞、相通現(xiàn)象。密封瓦間隙檢查結(jié)果空側(cè)密封瓦間隙超標(biāo)0.45mm，氫側(cè)密封瓦間隙超標(biāo)0.08mm。油箱自動補(bǔ)排油檢查及試驗正常。

將平衡閥解體進(jìn)行清理檢查，發(fā)現(xiàn)勵端平衡閥內(nèi)雜質(zhì)很多并有大顆粒，汽端平衡閥內(nèi)雜質(zhì)少（曾經(jīng)清理一次），閥內(nèi)活動環(huán)無劃傷、無卡澀現(xiàn)象。

現(xiàn)場對主/備壓差閥信號管、汽勵端平衡閥信號管進(jìn)行了壓縮空氣吹掃和安裝位置、走向及接口檢查。管路接口正確，管路通暢。

3 原因分析

第一次啟動氫壓由0.307MPa降至0.189MPa所用時間為5小時10分鐘。從下降速率可以看出密封瓦處密封效果在機(jī)組達(dá)到3000rpm后就開始逐漸變壞，此時密封瓦處已經(jīng)出現(xiàn)問題，壓差閥跟蹤可能存在卡澀現(xiàn)象。

第一次拆解后空側(cè)密封瓦對上下瓦結(jié)合面進(jìn)行了研磨，錯口修復(fù)，重新配銷，軸頸采取拋光處理。密封瓦安裝后在檢查孔撥動密封瓦環(huán)，不存在卡澀現(xiàn)象。從第二次及第三次泄漏情況分析，密封瓦異常磨損逐漸形成，拆解后間隙測量及密封瓦、軸頸表面狀況證明了這一點。

3.1 密封瓦、軸頸拉傷及磨損原因

無論從系統(tǒng)檢查結(jié)果，還是密封瓦面的檢查，都可以確定機(jī)組在啟停過程中沒有發(fā)生氫側(cè)斷油的情況；空側(cè)雖然出現(xiàn)壓差波動現(xiàn)象，但空側(cè)流量沒有出現(xiàn)減小，汽端壓差雖然小，但不會造成密封瓦和軸頸的拉傷、磨損。因此，密封瓦和軸頸的拉傷及磨損與密封油系統(tǒng)無關(guān)。

密封瓦和密封座在安裝和解體時通過專用孔檢查，均未出現(xiàn)密封瓦卡澀現(xiàn)象；密封瓦拆出后對密封瓦內(nèi)徑面進(jìn)行了檢查，若在運(yùn)行中卡澀，密封瓦內(nèi)徑邊緣處會出現(xiàn)“倒角”現(xiàn)象，但檢查結(jié)果沒有出現(xiàn)這種情況?？梢耘懦惭b質(zhì)量問題。

據(jù)現(xiàn)場了解，機(jī)組啟動前油循環(huán)的時間不足1個月，潤滑油管路、密封油管路沒有沖洗徹底，供給密封油系統(tǒng)的高壓備用油源、低壓備用油源沒有進(jìn)行過沖洗。從系統(tǒng)檢查空、氫側(cè)過濾器、平衡閥就可以看出雜質(zhì)很多。從密封瓦和軸頸的磨痕看，圓周方向呈環(huán)狀，軸向呈鋸齒狀。產(chǎn)生這種劃痕是由于油中的硬顆粒進(jìn)入瓦與軸頸之間，隨著轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)將瓦與軸頸研出溝痕，待間隙磨大或顆粒磨碎后隨回油溢出。經(jīng)檢查，整個軸系軸頸和軸瓦均出現(xiàn)不同程度的拉傷。

3.2 空側(cè)比氫側(cè)拉傷和磨損嚴(yán)重的原因

密封油系統(tǒng)氫側(cè)由氫側(cè)油箱供油，經(jīng)密封瓦后回至氫側(cè)油箱，油路相對空側(cè)而言是獨立的?？諅?cè)主油源由空側(cè)回油箱供油，回油與軸承回油一同至空側(cè)回油箱，由于潤滑油油質(zhì)差造成空側(cè)油源的污染，這是造成空側(cè)比氫側(cè)拉傷和磨損嚴(yán)重的原因。第二次啟動時因氫油壓差低，現(xiàn)場投入了高備油源以此提高壓差，因高備管路沒有進(jìn)行沖洗，大量的雜質(zhì)進(jìn)入空側(cè)也是造成異常磨損的關(guān)鍵因素。

3.3 氫氣泄漏原因

機(jī)組在第一次啟動后，現(xiàn)場在未經(jīng)廠家許可的情況下自行解體壓差閥清理，造成壓差閥出現(xiàn)連桿不同心，同時大波紋管上的螺母密封不嚴(yán)。壓差閥出現(xiàn)動作不正常且油密封過度磨損造成密封油需求量超出設(shè)計值，使密封瓦無法維持正常工作狀態(tài)，從而造成密封瓦氫氣泄漏。

3.4 密封瓦影響分析

發(fā)電機(jī)在一定的氫油壓差（0.056MPa以上）下能夠有效防止氫氣從密封瓦處泄漏，隨著密封瓦與軸頸之間間隙的增大，流量隨之大幅增加，供油壓力降低；當(dāng)無法維持一定的壓差時氫氣開始泄漏。密封瓦與軸頸之間間隙過大是造成氫氣泄漏的原因之一。

4 修復(fù)方案

4.1 油路沖洗

為達(dá)到理想的沖洗效果，沖洗分初沖、低壓沖洗、高壓分段沖洗、收集雜質(zhì)、階段判定。做到系統(tǒng)的每一根管路、每一個供油系統(tǒng)都進(jìn)行循環(huán)和判定。過濾器每天清理2遍，大顆粒在沖洗7天后才不再出現(xiàn)，沖洗判定時目測濾網(wǎng)已經(jīng)無雜質(zhì)，經(jīng)過清洗、晾干后用放大鏡進(jìn)行判定。

4.2 軸頸處理

軸頸處理采用微弧焊接工藝進(jìn)行冷焊處理，這種工藝方法是將電源存儲的高能量電能，在電極與金屬母材間瞬時高頻釋放，形成空氣電離通道，使高合金電極與母材表面產(chǎn)生瞬間微區(qū)高溫、高壓的物理化學(xué)冶金過程，同時在微電場作用下，微區(qū)內(nèi)離子態(tài)的電極材料溶滲、擴(kuò)散到母材基體，形成冶金結(jié)合。

4.3 備品密封瓦加工

因拆除的密封瓦超差大，根據(jù)經(jīng)驗必須進(jìn)行更換，使用備品密封瓦進(jìn)行加工，備品密封瓦預(yù)留8mm左右的余量，這給加工帶來一定的難度。廠內(nèi)加工密封瓦使用專用的胎具，現(xiàn)場不具備這樣的條件，只能根據(jù)實際情況盡可能滿足圖紙要求。密封瓦加工找正采用實托、輕靠方式，車削采用小進(jìn)刀量、間隔加工、持續(xù)冷卻方式加工。找正在0.02mm以內(nèi)，加工后車床下冷態(tài)測量橢圓度為0.04mm，滿足使用精度要求。

5 結(jié)束語

油密封跟蹤控制系統(tǒng)關(guān)鍵部件如壓差閥等工作狀態(tài)以及油密封的動靜間隙對油密封系統(tǒng)正常工作至關(guān)重要，油路清潔不達(dá)標(biāo)是密封瓦損壞的主要原因，安裝過程質(zhì)量控制同樣也是非常關(guān)鍵的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張順.600MW汽輪發(fā)電機(jī)的漏氫治理[J].江蘇電機(jī)工程，2004（1）.

[2]王殿武，等.防止氫冷汽輪發(fā)電機(jī)漏油的結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].山西電力技術(shù)，1999（8）.

[3]袁廷.防止氫冷汽輪發(fā)電機(jī)漏氫的措施[J].西南電力，1988（1）.

[4]李國輝.300MW汽輪發(fā)電機(jī)內(nèi)漏氫問題分析[J].中國電力，1998（3）.

[5]沈 偉，等.防止汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)進(jìn)油的措施和經(jīng)驗[J].電力設(shè)備，2003（12）.

[6]任旭，等.氫冷汽輪發(fā)電機(jī)漏油、漏氫的解決方法[J].中國電力，2000（5）.

[7]盧春燕.600MW發(fā)電機(jī)漏氫處理及預(yù)防措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（26）：122.