1 000 MW機組發(fā)電機密封油管道安裝位置對氫氣泄漏的影響分析

陸 杰

(上海電力建設(shè)啟動調(diào)整試驗所，上海 200031)

隨著大型火力發(fā)電機組的發(fā)展，發(fā)電機多采用氫氣作為冷卻介質(zhì)，因而發(fā)電機的氫氣泄漏量指標(biāo)也就成為了發(fā)電機組重要的考核指標(biāo)。在機組調(diào)試過程中發(fā)電機漏氫量超標(biāo)的原因也有許多，比如：發(fā)電機本體泄露、發(fā)電機附屬系統(tǒng)嚴密性差、發(fā)電機密封油安裝間隙問題等，通過對現(xiàn)場發(fā)電機漏氫現(xiàn)場進行分析，查找出發(fā)電機密封油系統(tǒng)油氫差壓閥異常而導(dǎo)致的氫氣泄漏量大的問題[1-2]。

這些問題及其原因典型卻較難查明，在現(xiàn)場調(diào)試有較好的推廣意義。本文的研究與分析對密封油系統(tǒng)調(diào)試并及時發(fā)現(xiàn)密封油系統(tǒng)異常有較好的借鑒作用。

1 密封油系統(tǒng)簡介

某電廠上汽引進型1 000 MW火力汽輪發(fā)電機組采用德國SIMENS生產(chǎn)的THDF125/67,發(fā)電機組密封油系統(tǒng)設(shè)備由上汽廠供貨，包括密封油主油箱(在軸承油疏油管路中),密封油箱包括真空泵,中間油箱,密封油泵(2×100%),備用密封油泵(1×100%),泵下游壓力控制器,密封油冷卻器(2×100%),密封油過濾器(2×100%),壓差調(diào)節(jié)閥(2×100%)。除密封油主油箱外所有上述主要設(shè)備均組裝在同一單元中。

密封油系統(tǒng)也稱為氫氣密封油系統(tǒng)，它的作用向密封瓦提供壓力油源，防止發(fā)電機內(nèi)壓力氣體沿轉(zhuǎn)軸逸出[3-4]。保證密封油壓始終高于機內(nèi)氣體壓力某一個規(guī)定值，其壓差限定在允許變動的范圍之內(nèi)。通過熱交換器冷卻密封油，從而帶走因密封瓦與軸之間的相對運動而產(chǎn)生的熱量，確保瓦溫與油溫控制在要求的范圍之內(nèi)。發(fā)電機密封油系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 發(fā)電機密封油系統(tǒng)示意圖

2 異常情況研究

在該百萬級機組調(diào)試過程中，當(dāng)發(fā)電機充氫至500 kPa時，通過漏氫量計算發(fā)現(xiàn)存在氫氣泄漏量大的現(xiàn)象，最大發(fā)電機氫氣泄漏量達到20 m3/d，正常發(fā)電機的氫氣泄漏量根據(jù)國家驗收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)≤8 m3/d。通過氫氣檢漏儀對現(xiàn)場法蘭密封面進行檢查過程中發(fā)現(xiàn)，氫氣系統(tǒng)無明顯的外漏現(xiàn)象。

在氫氣系統(tǒng)法蘭密封面明顯外漏排除之后，則將分析泄漏點考慮在發(fā)電機密封瓦的位置，經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)汽輪機潤滑油箱排煙風(fēng)機出口處測出有氫氣濃度，存在氫氣泄漏情況。汽輪機6、7 W潤滑油軸承座與發(fā)電機兩側(cè)密封油的軸瓦距離較近，則判斷氫氣泄漏位置為發(fā)電機兩端密封瓦。經(jīng)過研究討論問題鎖定在兩點：(1)密封油系統(tǒng)是否有異常情況；(2)發(fā)電機密封瓦的狀態(tài)位置是否正常。

3 異常情況分析

通過對發(fā)電機組密封系統(tǒng)進行檢查，發(fā)現(xiàn)密封油系統(tǒng)油氫差壓的氫側(cè)信號管的位置取至0 m層密封油汽輪機側(cè)氫側(cè)回油管，位置高度在4m左右，而油氫差壓的密封油油側(cè)壓力信號管則取自0 m處密封油出口壓力。

根據(jù)廠家提供的定值油氫差壓閥的整定值為110～120 kPa，以保證油氫差壓能夠滿足發(fā)電機廠家要求。根據(jù)油氫壓差的整定值120 kPa計算，密封油系統(tǒng)在4 m處油氫壓差可以滿足設(shè)計要求。由于氫側(cè)信號管裝在4 m高度的位置，因此折算到16.5 m的氫側(cè)信號管壓降則為4 m的信號管油柱壓力，而折算到16.5 m的密封油油側(cè)信號管壓降則為16.5 m的油柱壓力。

經(jīng)過計算，密封油系統(tǒng)在16.5 m汽輪機平臺無法滿足出廠家的油氫壓差設(shè)計值(見圖2)，即油氫差壓閥氫油取樣管內(nèi)的靜壓無法相互補償，存在較大的靜壓偏差，從而導(dǎo)致密封油壓力在16.5 m位置進油壓力不夠，出現(xiàn)密封油無法密封氫氣，導(dǎo)致氫氣泄漏量高達20 m3/d的現(xiàn)象。

根據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，對密封油系統(tǒng)進行油氫差壓閥氫氣信號取樣管位置變更，將氫側(cè)信號管改至12 m密封油回油管道U型管道底部位置，提高了氫側(cè)信號管內(nèi)密封油靜壓，從而滿足了設(shè)計上油氫差壓閥信號取樣管靜壓補償，通過油氫壓差閥的設(shè)定120 kPa，密封油差壓閥后的油壓也相應(yīng)升高，滿足了在16.5 m平臺油氫差壓的設(shè)計值。

圖2 發(fā)電機氫側(cè)、油側(cè)取樣信號管壓力補償示意圖

重新對發(fā)電機進行氣密性檢查，將發(fā)電機壓力升至500 kPa，進行發(fā)電機漏氫量試驗，試驗數(shù)據(jù)見表1。

發(fā)電機總漏氫量計算：

(1)

式中V——氫氣泄漏量；Z——試驗持續(xù)時間，h；VG——發(fā)電機容積，(另見發(fā)電機數(shù)據(jù)資料)；P1——試驗開始時的系統(tǒng)內(nèi)壓力；P2——試驗結(jié)束時的系統(tǒng)內(nèi)壓力；PB1——試驗開始時的大氣壓力；PB2——試驗結(jié)束時的大氣壓力；T1——試驗開始時發(fā)電機中試驗氣體的中間溫度；T2——試驗結(jié)束時發(fā)電機中試驗氣體的中間溫度。

根據(jù)上海引進型汽輪機漏氫量計算公式和試驗數(shù)據(jù)表1，得出24 h發(fā)電機漏氫量僅為7.3 m3/d(數(shù)據(jù)見表1)，達到驗收評定優(yōu)良要求(≤8 m3/d)，能夠滿足機組長期正常運行的要求。

表1 發(fā)電機氫氣泄露試驗數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

上海汽輪機廠百萬級機組密封油系統(tǒng)油氫壓差閥的位置在0 m，可以保證0 m處密封油油氫壓差滿足設(shè)計要求，若要保證在16.5 m發(fā)電機平臺的油氫壓差達到設(shè)計值，必須嚴格按照廠家要求布置管道，否則將發(fā)生密封油無法密封氫氣的現(xiàn)象，造成發(fā)電機氫氣泄漏量大。通過本次問題分析和研究，現(xiàn)場的密封油油氫差壓閥的氫油信號取樣管，必須嚴格按照廠家要求進行安裝。通過設(shè)計優(yōu)化在16.5 m發(fā)電機平臺密封油入口處安裝壓力表直接測出密封油壓力進行監(jiān)測，保證在密封瓦位置油氫壓差在設(shè)計范圍內(nèi)，確保密封油系統(tǒng)工作正常發(fā)揮應(yīng)有的作用，提高機組運行的穩(wěn)定性。