發(fā)電機(jī)氫氣純度低的原因分析

黃龍

摘要：本文先對(duì)發(fā)電機(jī)雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行了介紹，通過(guò)分析發(fā)電機(jī)氫氣純度低的原因，了解密封油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不合理因素及其他可能造成該現(xiàn)象的因素，提出解決問(wèn)題的改進(jìn)措施，解決技術(shù)難題保證氫氣純度在合理范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：雙流環(huán)式；氫氣純度；密封油系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)；措施

1、系統(tǒng)描述：

發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)的功能是向發(fā)電機(jī)密封瓦提供壓力略高于氫氣壓力的密封油，以防止發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣從發(fā)電機(jī)兩端軸伸出處向外泄露。密封油進(jìn)入密封瓦后，經(jīng)密封瓦與發(fā)電機(jī)軸之間的密封間隙，沿軸向從密封瓦兩側(cè)流出。我廠的密封油系統(tǒng)為集裝式，其密封油路為雙流環(huán)式，雙流環(huán)密封瓦內(nèi)有兩個(gè)環(huán)形供油槽，供油槽內(nèi)的油壓始終高于發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫壓，從而防止氫氣從發(fā)電機(jī)內(nèi)部漏出。這兩個(gè)油槽在密封瓦內(nèi)形成了兩道油流，兩道密封油流由獨(dú)立的兩套油源分別供給?？堪l(fā)電機(jī)側(cè)的為氫側(cè)油，靠大氣側(cè)的為空側(cè)油。氫側(cè)供油沿大軸向發(fā)電機(jī)內(nèi)側(cè)流動(dòng)，空側(cè)供油沿大軸向大氣外側(cè)流動(dòng)。由于這兩個(gè)系統(tǒng)之間的壓力在理論上保持相等，油流在兩個(gè)供油槽之間保持相對(duì)平衡，因而油流不會(huì)在兩個(gè)供油槽之間串動(dòng)。密封油除了供密封瓦起密封作用外，對(duì)密封瓦還可以起到潤(rùn)滑降溫作用。如圖1所示。

氫側(cè)密封油箱上部裝有回氫管，該管與發(fā)電機(jī)消泡箱上部連通。當(dāng)油箱內(nèi)氫壓高于機(jī)內(nèi)氫壓時(shí)，氫氣可通過(guò)回氫管回到發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)。

氫側(cè)密封油箱內(nèi)設(shè)有補(bǔ)一排油浮球閥，它能根據(jù)油封箱油位的高低變化自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)一排油，維持油封箱內(nèi)油位的相對(duì)穩(wěn)定，如圖2所示。

2、運(yùn)行現(xiàn)狀：

目前我廠#2發(fā)電機(jī)氫氣純度較低，最低至96%，只能通過(guò)補(bǔ)排氫的方式維持正常的氫氣純度。從啟機(jī)時(shí)氣體置換后氫氣純度的99%左右下降至96%共計(jì)用時(shí)3.5個(gè)月，相對(duì)#1機(jī)偏快，且異常偏低，如圖3所示。

近期#2發(fā)電機(jī)氫氣均是由于純度低而進(jìn)行補(bǔ)排氫，補(bǔ)氫次數(shù)較為頻繁，產(chǎn)生較多的氫氣量消耗，如表1所示。#1發(fā)電機(jī)氫氣純度相對(duì)較為正常，都是因氫壓低而補(bǔ)氫。#2發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)純度異常偏低，具體原因分析如下。

3、原因分析

3.1氫氣來(lái)源純度

我廠氫站氫氣由我廠制氫裝置自制而來(lái)，貯存在氫罐中，純度達(dá)99.99%以上，如表2所示。因此我廠氫氣來(lái)源純度是符合要求的。

3.2密封油竄油

我廠發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)是雙流環(huán)式密封，正常情況下，空側(cè)和氫側(cè)油壓相等，幾乎不會(huì)竄油。但若空側(cè)密封油竄至氫側(cè)，則會(huì)使空側(cè)油中攜帶的空氣及其他氣體混入氫側(cè)，最終影響氫氣純度；若氫側(cè)密封油竄至空側(cè)，氫側(cè)密封油箱油位下降，補(bǔ)油浮球閥開(kāi)啟進(jìn)行補(bǔ)入空側(cè)密封油，在氫側(cè)密封油箱進(jìn)行空氫側(cè)油交換，空側(cè)油中的氣體最終在發(fā)電機(jī)內(nèi)釋放影響氫氣純度。2017年底#2機(jī)組C修之前，發(fā)電機(jī)密封瓦間隙較大導(dǎo)致空側(cè)密封油竄至氫側(cè)，發(fā)電機(jī)氫氣純度異常偏低，補(bǔ)排氫次數(shù)頻繁。經(jīng)過(guò)調(diào)整密封瓦間隙，竄油現(xiàn)象有所好轉(zhuǎn)，但仍然沒(méi)有得到有效控制，氫氣純度依然偏低。因此，若我廠發(fā)電機(jī)密封油雙流環(huán)式密封瓦存在竄油現(xiàn)象，則導(dǎo)致氫氣純度會(huì)下降。

3.3密封油箱補(bǔ)排油閥卡澀

氫側(cè)油箱中的自動(dòng)補(bǔ)排油閥故障導(dǎo)致在氫側(cè)油箱中的空側(cè)和氫側(cè)油大量交換，使含有大量空氣的空側(cè)回油進(jìn)入氫側(cè)油箱。一方面在氫側(cè)油箱中直接析出空氣而直接進(jìn)入發(fā)電機(jī)；另一方面其作為氫側(cè)油在密封瓦中析出空氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)。

就地自動(dòng)補(bǔ)油閥、自動(dòng)排油閥前截止門(mén)都在開(kāi)的狀態(tài)，自動(dòng)補(bǔ)、排系統(tǒng)參與工作，但在氫側(cè)油位高時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)油閥和自動(dòng)排油閥未能及時(shí)調(diào)整油位，兩者可能存在常補(bǔ)或者常排的情況，就地液位穩(wěn)定時(shí)關(guān)閉氫側(cè)密封油靜排手動(dòng)門(mén)觀察液位發(fā)現(xiàn)液位維持穩(wěn)定不變，且氫側(cè)密封油箱補(bǔ)、排管路通過(guò)溫度判斷并沒(méi)有油流過(guò)，故可以判斷當(dāng)密封油系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，密封油箱補(bǔ)排油閥未有卡澀現(xiàn)象。

3.4排氫速度過(guò)快

#2機(jī)氫氣純度低，補(bǔ)排氫次數(shù)較多，排氫速度如果控制不好就會(huì)造成氫壓下降較快。發(fā)電機(jī)兩端的消泡箱內(nèi)壓力與氫氣壓力相等，消泡箱頂部通過(guò)迷宮式機(jī)械密封防止油進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)。氫壓下降較快時(shí)，消泡箱內(nèi)的油煙及空氣等氣體就會(huì)匯入發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)，使氫氣純度下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致油進(jìn)入發(fā)電機(jī)。機(jī)組運(yùn)行時(shí)氫氣泄漏率試驗(yàn)表明數(shù)據(jù)均為2-4m3/24h左右，#2機(jī)氫氣系統(tǒng)補(bǔ)氫管路一直以來(lái)最大速度0.8m3/h，補(bǔ)排氫速度都是在合格范圍內(nèi)；機(jī)組運(yùn)行初期，氫氣純度合格，不會(huì)進(jìn)行排氫操作。因此此因素并非導(dǎo)致氫氣純度較低的根本原因。

3.5空側(cè)密封油排煙風(fēng)機(jī)出力

我廠發(fā)電機(jī)空側(cè)密封油箱上設(shè)兩臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)，保持油箱微負(fù)壓，可以使得密封油回油順暢，且防止外界氣體及雜質(zhì)返進(jìn)油箱。做好排煙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)維，防止外界氣體及雜質(zhì)進(jìn)入密封油系統(tǒng)，導(dǎo)致氫氣純度下降。我廠空側(cè)密封油箱內(nèi)未設(shè)置壓力表供監(jiān)視，無(wú)法判斷油箱內(nèi)的壓力是否正常，只能通過(guò)出口排氣及風(fēng)機(jī)運(yùn)行外觀上來(lái)判斷運(yùn)行情況，目前從排氣口看排氣正常。

3.6密封油油質(zhì)

發(fā)電機(jī)密封油是來(lái)自大機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的透平油，分別由空側(cè)密封油和氫側(cè)密封油兩路油路為發(fā)電機(jī)雙流環(huán)式密封瓦供油。兩側(cè)油壓通過(guò)平衡閥維持壓力平衡，油源空、氫側(cè)互相補(bǔ)充。大機(jī)潤(rùn)滑油通過(guò)#5、#6、#7瓦潤(rùn)滑油回油至消泡箱為空側(cè)密封油供油，整個(gè)過(guò)程未經(jīng)過(guò)油凈化裝置進(jìn)行凈化處理，在空側(cè)密封油入口雖設(shè)置真空凈化裝置，但機(jī)組投運(yùn)以來(lái)至今尚未使用，因此密封油油質(zhì)難以保證。據(jù)了解發(fā)電機(jī)密封油采用雙環(huán)密封的很多電廠其密封油凈化裝置處于長(zhǎng)期投運(yùn)狀態(tài)，發(fā)電機(jī)氫氣純度也長(zhǎng)期保持高純度狀態(tài)。

化驗(yàn)人員每月都會(huì)定期對(duì)密封油進(jìn)行油質(zhì)化驗(yàn)監(jiān)督，但并未對(duì)油中氣體含量進(jìn)行化驗(yàn)監(jiān)督，無(wú)法確定油中含氣量是否合格。若密封油中含氣量較多則會(huì)直接影響氫氣的純度，因此個(gè)人認(rèn)為此因素是影響氫氣純度的重要因素。