密封油提純裝置在630MW機組上的應(yīng)用

陶前超

摘 ?要：大型火力發(fā)電機組發(fā)電機一般采用水氫氫冷方式，發(fā)電機氫氣純度直接影響機組的安全經(jīng)濟運行，本文結(jié)合某電廠密封油系統(tǒng)進行設(shè)備技術(shù)改造后發(fā)電機氫氣純度可維持在較高水平運行的案例進行了詳細分析，希望能為同類型需要提高或維持發(fā)電機氫氣純度的機組提供借鑒。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機;氫氣純度;密封油;提純裝置

發(fā)電機運行過程中，由于各種原因會導(dǎo)致氫氣純度下降，不僅威脅發(fā)電機組的安全運行，而且也降低了發(fā)電機的氫氣冷卻效率和發(fā)電機效率[1]。補換氫操作會大大增加運行人員工作量。所以機組運行時能夠長時間維持發(fā)電機氫氣純度不低于合格標準十分重要。

1.設(shè)備簡介

某電廠#1機組為上海汽輪發(fā)電機有限公司生產(chǎn)的QFSN-630-2三相同步發(fā)電機，發(fā)電機冷卻方式為水、氫、氫。由于發(fā)電機的轉(zhuǎn)子必須穿出發(fā)電機的端蓋，發(fā)電機機內(nèi)的氫氣可能由此向外泄漏，因此，必須向發(fā)電機密封瓦提供壓力略高于氫氣壓力的密封油，完成密封氫氣的任務(wù)。密封油進入密封瓦后，經(jīng)密封瓦與發(fā)電機軸之間的密封間隙，沿軸向從密封瓦兩側(cè)流出，分為氫側(cè)油和空側(cè)油系統(tǒng)，密封油與氫氣接觸的一側(cè)油路稱為氫側(cè)密封油系統(tǒng)，密封油與空氣接觸的一側(cè)油路稱為空側(cè)密封油系統(tǒng)[2]。

1.1發(fā)電機氫氣純度下降的原因

發(fā)電機密封油系統(tǒng)運行過程中，只要空氫側(cè)密封油壓力不平衡就會導(dǎo)致發(fā)電機氫氣純度下降。當空側(cè)油壓力大于氫側(cè)油壓力時，空側(cè)油通過密封瓦竄入氫側(cè)油，空側(cè)油攜帶的空氣通過氫側(cè)油系統(tǒng)進入發(fā)電機;當氫側(cè)油壓力大于空側(cè)油壓力時，氫側(cè)油通過密封瓦竄入空側(cè)油，氫側(cè)油箱液位會下降，含有大量空氣的空側(cè)油補入氫側(cè)油箱，使氫側(cè)密封油空氣含量增加。含有空氣的氫側(cè)密封油在密封瓦中析出空氣進入發(fā)電機內(nèi)。

機組運行中，由于密封瓦磨損，間隙過大，平衡閥品質(zhì)差，油壓信號不正常等原因，不可避免的造成空氫側(cè)密封油相互竄油。

該電廠在#1機組大小修期間，對密封油平衡閥，主差壓閥進行了多次解體修整。但效果不太理想，氫氣純度下降速度依舊無變緩。

1.2設(shè)備運行概況

該電廠要求發(fā)電機氫氣純度每周三化驗一次，氫氣純度不合格<97%，則進行換氫操作使純度合格，排出發(fā)電機底部純度較低的氫氣，然后再補入高純度氫氣。若發(fā)電機氫氣壓力小于365KPa，則進行補氫操作。查詢該廠2020年3月至6月#1機組運行期間補換氫臺賬。平均每個月?lián)Q氫4次，補氫2.25次，每5天就要進行一次補換氫操作，每次換氫前發(fā)電機氫氣純度基本在96%左右，換氫一次約耗費90 m3氫氣?；谏鲜銮闆r，#1機組發(fā)電機氫氣純度常處于低標準值運行，不但加大了運行人員工作量，而且存在較大的安全風險及能耗損失。

2.密封油提純裝置的應(yīng)用

2020年9月份該電廠#1機組A修，在空側(cè)密封油出口母管至氫側(cè)油箱補油管路上增加了一套密封油提純裝置，連續(xù)不斷地對系統(tǒng)中的密封油進行過濾，除去密封油所含雜質(zhì)，空氣，水份，從而維持發(fā)電機氫氣純度不下降。

2.1提純裝置工作原理

密封油經(jīng)過供油閥進入真空油罐，根據(jù)水與油的沸點不同，利用薄膜蒸發(fā)原理，在真空罐內(nèi)的真空狀態(tài)下，不斷降低油和水汽混合物中水汽的蒸汽分壓，達到脫氣、脫水及破乳的目的;然后利用網(wǎng)組原理設(shè)計的精密過濾器，濾除油中的顆粒雜質(zhì)，達到油的精密凈化的目的，最后經(jīng)排油泵加壓后排出至氫側(cè)油箱。

凈油機運行參數(shù)如下：額定凈油量60L/Min，出口油含水量不超過10ppm，油中含氣量小于<0.1%，過濾精度30um。

2.2提純裝置調(diào)試及運行改進

為了使提純裝置投運后取得良好的效果，必須保證密封油系統(tǒng)勵端、汽端密封瓦處的氫側(cè)油壓高于空側(cè)油壓，使密封油系統(tǒng)氫側(cè)油箱處于補油狀態(tài)，否則提純裝置將起不到應(yīng)有的作用。具體操作如下：先調(diào)整氫側(cè)油泵出口再循環(huán)閥，使氫側(cè)油壓高于空側(cè)油壓0.12MPa，再調(diào)整平衡閥底部螺釘，使勵端、汽端密封瓦處的氫側(cè)油壓高于空側(cè)油壓30CM水柱。調(diào)整完成后可用手觸摸氫側(cè)油箱的補油管路和排油管路，補油管路應(yīng)是熱的，排油管路應(yīng)是涼的。

密封油提純裝置初步調(diào)試正常，在#1機組開機后便投入運行，發(fā)電機氫氣純度可維持在97%以上運行。查看2020年12月份#1機組補換氫臺賬。這個月補氫6次，每次耗氫約30m3，每月耗氫約180m3。經(jīng)對比改造前補氫臺賬，發(fā)現(xiàn)密封油提純裝置投入運行后發(fā)電機氫氣壓力下降速度明顯增快。用氫氣泄漏檢測儀排查發(fā)現(xiàn)，空側(cè)密封油箱排煙風機出口有較多氫氣分析原因是由于氫側(cè)密封油壓力始終大于空側(cè)密封油壓力，氫側(cè)密封油攜帶的氫氣竄入空側(cè)密封油，在空側(cè)油箱內(nèi)析出后被排煙風機排出，使得發(fā)電機氫氣壓力下降加快。

后來咨詢廠家，調(diào)節(jié)使勵端、汽端密封瓦處的氫側(cè)油壓高于空側(cè)油壓20CM水柱，發(fā)電機氫壓下降明顯降緩，平均每月補氫3次即可，每月耗氫約95立方米，發(fā)電機氫氣純度仍可一直保持在97%以上。

該裝置投用后，降低了對平衡閥自身調(diào)節(jié)精度、平衡閥油壓信號等因素的要求，可長期維持發(fā)電機氫氣純度在97%以上運行，減少了發(fā)電機的換氫提純用氫量。

2.3提純裝置的故障維護

自#1機組密封油提純裝置投用以來，設(shè)備基本運行正常，未出現(xiàn)需要隔離檢修的大故障。

3.經(jīng)濟效益

密封油提純裝置投運之前平均每個月?lián)Q氫4次用氫量360m3，補氫2.25次，用氫量90m3，即平均每個月用氫量450m3;密封油提純裝置投運之后，每個月的補氫量下降到95m3，即每個月節(jié)省氫氣355m3，氫氣若按每立方米20元價格計算，每個月節(jié)省7100元，每年節(jié)省8.52萬元。

2003年美國《電力工程》就氫氣純度對發(fā)電機經(jīng)濟性的影響進行了量化分析，根據(jù)關(guān)系曲線可以看出氫氣純度低于99%后風摩損耗就開始增加。發(fā)電機容量越大，風摩損耗越大。630MW機組風摩損耗與純度的關(guān)系：純度下降1%，損耗增加240KW。氫氣純度從96%提升至97%，提升1%，燃料消耗不變的情況下，發(fā)電機效率增加240KW。上網(wǎng)電價按每千瓦時0.40元計，年運行小時4000h計。全年#1機組節(jié)能費用為：240×4000×0.40=38.4（萬元）

因此，全年總共可以節(jié)約8.52+38.4=46.92萬元

4.結(jié)束語

密封油提純裝置的應(yīng)用，解決了發(fā)電機氫氣系統(tǒng)的安全風險，降低了發(fā)電機的風摩損耗，提高了發(fā)電機運行的經(jīng)濟性，另一方面也減少了運行人員的工作量。但該裝置投用時間并不是很長，后期設(shè)備運行的穩(wěn)定性以及故障維護還有待進一步觀察。

參考文獻：

[1]宗士杰.發(fā)電廠電氣設(shè)備及運行..北京;中國電力出版社.2006;113-116

[2]華東六省一市電機工程（電力）學(xué)會.汽輪機設(shè)備及其系統(tǒng).北京;中國電力出版社.2006;171-271