GE 9F燃機(jī)發(fā)電機(jī)氫氣純度下降原因分析及對策

喜靜波 張燕濱

摘 要：該文通過對GE 9F燃機(jī)發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)的深入分析，探討了燃機(jī)發(fā)電機(jī)密封瓦磨損使發(fā)電機(jī)氫氣純度劣化速度加快的機(jī)理，提出了發(fā)電機(jī)運(yùn)行中穩(wěn)定氫氣純度且降低人員操作量的發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫提純方法。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī);發(fā)電機(jī);密封瓦;氫氣純度

中圖分類號：TM31? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

氫氣具有較快的擴(kuò)散速度和很好的導(dǎo)熱性，作為發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)其換熱效果好，通風(fēng)損耗低，同時(shí)經(jīng)過嚴(yán)格處理的氫氣可以保證發(fā)電機(jī)內(nèi)部清潔、通風(fēng)散熱效果穩(wěn)定。但氫氣滲透性強(qiáng)，易擴(kuò)散泄漏，與空氣混合后易燃易爆，氫冷發(fā)電機(jī)對氫氣質(zhì)量控制及運(yùn)行維護(hù)水平的要求較高。

1 機(jī)組概況

某電廠采用GE S209FA型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，配備2臺燃機(jī)發(fā)電機(jī)及一臺汽輪發(fā)電機(jī)。汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)型號為哈電QFSN-300-2。燃機(jī)發(fā)電機(jī)型號為GE324LU。2臺燃機(jī)發(fā)電機(jī)氫氣純度下降速度明顯比汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)快，為提高發(fā)電機(jī)氫氣純度，機(jī)組運(yùn)行中必須頻繁地進(jìn)行發(fā)電機(jī)補(bǔ)-排氫置換操作，用氫成本提高，操作量增大。2016年汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)因氫氣純度下降補(bǔ)氫提純操作次數(shù)僅為1次，#1燃機(jī)補(bǔ)氫提純操作次數(shù)22次，#2發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫提純操作次數(shù)35次。燃機(jī)發(fā)電機(jī)為單流環(huán)密封，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)采用雙流環(huán)密封。燃機(jī)發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫提純次數(shù)明顯偏高。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)分析，排除氫站氫氣純度不合格、發(fā)電機(jī)純度分析方法不當(dāng)?shù)仍?，將問題的焦點(diǎn)鎖定在密封油系統(tǒng)上。

2 燃機(jī)發(fā)電機(jī)氫氣純度下降快原因分析

2.1 燃機(jī)發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)簡介

2.1.1 燃機(jī)發(fā)電機(jī)密封油流程

9F燃機(jī)發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)供油來自潤滑油系統(tǒng)。潤滑油系統(tǒng)有2臺交流電泵，向軸承潤滑系統(tǒng)和密封油系統(tǒng)供油。正常運(yùn)行時(shí)1臺潤滑油泵運(yùn)行，另1臺備用，交流密封油泵和直流密封油泵均為備用。潤滑油系統(tǒng)提供的密封油源首先進(jìn)入密封油模塊，經(jīng)密封油模塊調(diào)壓后進(jìn)入發(fā)電機(jī)兩端的密封組件內(nèi)，對發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣進(jìn)行密封。密封油流經(jīng)密封組件后沿2個(gè)方向排出，氫氣側(cè)的油排向密封油回油消泡箱和密封油回油組件（浮球收集器），并在密封油回油消泡箱及浮球收集器中除去氫氣，然后繼續(xù)流向潤滑油回油消泡箱。發(fā)電機(jī)空氣側(cè)密封油則直接排向潤滑油回油消泡箱。密封油在潤滑油回油消泡箱內(nèi)除去所有殘余的氫氣后，再返回主潤滑油箱。

2.1.2 GE K46130型密封瓦介紹

9F燃機(jī)發(fā)電機(jī)采用GE K46130型密封瓦，K46130型密封瓦采用雙層密封環(huán)。密封油從端護(hù)罩上方引入，由于密封油壓力大于氫氣壓力，因此密封油流入兩密封環(huán)之間后，沿軸向從2個(gè)密封環(huán)與軸之間的間隙流出。由于氫氣側(cè)密封環(huán)與軸的間隙比空氣側(cè)密封環(huán)與軸的間隙小且氫氣側(cè)密封環(huán)后裝有油擋，油擋進(jìn)一步減小密封油流量，因此流向氫氣側(cè)的密封油量較小，流向空氣側(cè)的密封油量較大?？諝鈧?cè)大流量密封油也起到冷卻密封環(huán)的作用。密封油流經(jīng)密封環(huán)的過程使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸和密封環(huán)之間形成油膜，此油膜就像一個(gè)液體屏障，阻止氫氣沿軸向泄漏。

2.1.3 消泡箱

9F燃機(jī)發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)集電端和透平端各有一個(gè)消泡箱，從發(fā)電機(jī)氫氣密封環(huán)流出的密封油進(jìn)入消泡箱，通過消泡箱的增容促使密封油中的氫氣析出。由于密封油中含有的氣體雜質(zhì)也會(huì)析出進(jìn)入消泡箱，所以消泡箱是發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)氫氣純度最低的地方。每個(gè)消泡箱都裝有氫氣代謝放氣管。

9F燃機(jī)發(fā)電機(jī)氫氣分析儀有三路取樣管道，分別對發(fā)電機(jī)本體（殼側(cè)）、發(fā)電機(jī)集電端、發(fā)電機(jī)透平端3個(gè)位置的氫氣進(jìn)行取樣測量。其中發(fā)電機(jī)透平端及集電端氫氣純度測量的取樣管分別與各側(cè)的消泡箱氫氣代謝放氣管相連，所以氫氣分析儀測量的發(fā)電機(jī)端部的氫氣純度實(shí)際上是發(fā)電機(jī)2個(gè)消泡箱內(nèi)的氫氣純度。

將低純度的氫氣排出，向發(fā)電機(jī)內(nèi)補(bǔ)充高純度的氫氣，從而提高發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣純度，此方法提純速度較慢，用氫量較大，但此方法為發(fā)電機(jī)運(yùn)行中提高氫氣純度的唯一方法。提高發(fā)電機(jī)端部氫氣分析儀取樣流量，增加消泡箱內(nèi)低純度氫氣的排放量也可以降低發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度的劣化速度。

2.2 發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度下降原因分析

由于密封油來自潤滑油箱，整個(gè)油系統(tǒng)并非完全封閉，密封油中會(huì)溶解空氣等雜質(zhì)氣體。當(dāng)密封油通過密封環(huán)與氫氣接觸時(shí)，根據(jù)分壓定律，密封油中析出的氣體雜質(zhì)會(huì)進(jìn)入發(fā)電機(jī)，造成發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度下降。

對于K46130型密封瓦，正常情況下氫氣側(cè)密封環(huán)流出的油量很小，若運(yùn)行中氫氣側(cè)密封環(huán)的密封齒磨損較嚴(yán)重，則從氫氣側(cè)密封環(huán)流出的密封油量將增大，密封油帶入發(fā)電機(jī)內(nèi)的氣體雜質(zhì)增多，發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度劣化速度加快。

根據(jù)GB261641—2010電業(yè)安全工作規(guī)程中發(fā)電機(jī)氫氣純度的相關(guān)要求并結(jié)合實(shí)際情況，本廠發(fā)電機(jī)運(yùn)行中要求保持3臺發(fā)電機(jī)純度>97 %，含氧量<1.2 %，當(dāng)不滿足要求時(shí)需進(jìn)行提純操作。2014年#1燃機(jī)發(fā)電機(jī)提純57次，2015年僅有9次，原因?yàn)?015年春檢進(jìn)行#1燃機(jī)密封瓦間隙調(diào)整，之后未進(jìn)行密封瓦間隙調(diào)整，2016年#1燃機(jī)發(fā)電機(jī)補(bǔ)次數(shù)升至22次。2015年#2燃機(jī)發(fā)電機(jī)提純55次，2016年為35次，原因?yàn)?016年春檢進(jìn)行#2燃機(jī)密封瓦間隙整。

進(jìn)行密封瓦間隙調(diào)整后，燃機(jī)發(fā)電機(jī)充氫次數(shù)仍明顯多于汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)。但本廠對3臺發(fā)電機(jī)進(jìn)行多次漏氫實(shí)驗(yàn)，均滿足實(shí)驗(yàn)要求。由于燃機(jī)發(fā)電機(jī)端部氫氣純度小于93 %，或本體氫氣純度小于95 %時(shí)控制邏輯才會(huì)聯(lián)開2個(gè)大流量排放電磁閥，增加消泡箱內(nèi)低純度氫氣的排放量。懷疑燃機(jī)發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫提純操作比汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)頻繁可能與燃機(jī)發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)特性有關(guān)。

3 應(yīng)對措施

在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中需要將發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力和純度保持在一定范圍，只能通過排出純度較低的氫氣同時(shí)補(bǔ)充高純度的氫氣才能實(shí)現(xiàn)，為了避免燃機(jī)補(bǔ)氫提純操作過于頻繁，減輕操作強(qiáng)度，需要通過對燃機(jī)發(fā)電機(jī)氫氣純度隨時(shí)間下降、補(bǔ)氫過程中發(fā)電機(jī)氫氣純度上升以及氫氣用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而得出發(fā)電機(jī)氫氣純度下降情況與時(shí)間的關(guān)系，以及補(bǔ)氫過程中氫氣純度上升與氫氣用量的關(guān)系制作計(jì)算表。在計(jì)算表中氫氣使用壓力即為補(bǔ)氫提純操作過程中一組共20瓶氫氣（每瓶氫氣量為標(biāo)況下6 M3）同時(shí)開啟后氫氣瓶組壓力下降值。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將燃機(jī)發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫提純操作改為每星期進(jìn)行一次，操作方法也進(jìn)行明確規(guī)定。采用上述操作方法，可以將單臺燃機(jī)發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫提純操作由每星期2～3次減少為每星期一次，且操作更有計(jì)劃性和針對性。

4 結(jié)語

綜上所述，密封瓦間隙異常將使發(fā)電機(jī)氫氣純度劣化速度加快，機(jī)組檢修時(shí)如果條件允許應(yīng)對燃機(jī)發(fā)電機(jī)密封瓦進(jìn)行檢查調(diào)整。在機(jī)組運(yùn)行中保持潤滑油的潔凈，對于提高調(diào)壓閥的控制精度，防止密封瓦及軸頸磨損，延長密封瓦的使用壽命是十分必要的。

對GE 9F燃機(jī)發(fā)電機(jī)氫氣純度隨時(shí)間的變化趨勢以及氫氣純度與補(bǔ)氫量的相互關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)分析結(jié)果有計(jì)劃地定期對發(fā)電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)氫提純操作，可極大地減少人員的操作量。

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