氫氣密封油系統(tǒng)主要設(shè)備及常見故障分析

聶衛(wèi)超，彭金雷

（國(guó)家電投集團(tuán)協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司，江蘇鹽城 224500）

0 引言

氫氣密封油系統(tǒng)主要用于向發(fā)電機(jī)密封瓦提供密封油，防止發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣通過軸端向外逸出，同時(shí)防止外界空氣和水汽進(jìn)入發(fā)電機(jī)，保證發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的純度和壓力在合格范圍。發(fā)電機(jī)密封環(huán)根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為單流環(huán)式、雙流環(huán)式和三流環(huán)式3種：?jiǎn)瘟鳝h(huán)式供油系統(tǒng)只有一套，雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)分為空側(cè)和氫側(cè)兩組設(shè)備，三流環(huán)式密封瓦結(jié)合了單流環(huán)式和雙流環(huán)式的優(yōu)點(diǎn)，既可防止氫側(cè)和空側(cè)密封油之間的竄流，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)中間密封油進(jìn)行真空脫氣處理，達(dá)到良好的密封和脫氣效果。無論哪種型式的密封瓦，其目的都是使空側(cè)、氫側(cè)密封油壓保持均衡，防止發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣溢出，同時(shí)阻止外界介質(zhì)進(jìn)入到發(fā)電機(jī)內(nèi)（圖1）。

圖1 發(fā)電機(jī)雙流密封瓦結(jié)構(gòu)

1 氫氣密封油系統(tǒng)主要設(shè)備

密封油系統(tǒng)主要由空側(cè)密封油泵、氫側(cè)密封油泵、應(yīng)急密封油泵、浮動(dòng)油泵、供油泵、真空處理單元、排煙風(fēng)機(jī)、壓差調(diào)節(jié)閥、備用調(diào)節(jié)閥、壓力平衡閥、空側(cè)油箱、氫側(cè)回油箱、過濾器、冷卻器、閥門等主要設(shè)備組成。

1.1 密封油泵

空側(cè)密封油泵從空側(cè)環(huán)路密封油箱吸油，經(jīng)過冷卻器，為發(fā)電機(jī)軸封密封瓦外槽（空側(cè)）提供加壓密封油。氫側(cè)密封油泵從氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱吸油，經(jīng)過冷卻器，為發(fā)電機(jī)軸封密封瓦內(nèi)槽（氫側(cè)）提供加壓密封油。當(dāng)空側(cè)和氫側(cè)密封油壓差降至保護(hù)值以下、交流密封油泵失電或發(fā)生故障時(shí)，直流油泵為發(fā)電機(jī)空側(cè)提供密封油，維持密封油壓與發(fā)電機(jī)氫壓在設(shè)定值。

1.2 浮動(dòng)油泵

向軸封密封瓦和密封座之間提供高壓油，作用于密封環(huán)的空側(cè)端面，其油壓以抵消密封環(huán)氫側(cè)端面的氫氣壓力影響，防止因密封環(huán)卡澀而引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸過大的振動(dòng)。

1.3 供油泵

從真空箱內(nèi)吸油，通過氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱上的浮子控制閥（補(bǔ)油閥）向氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱供油。由于泵的流量遠(yuǎn)大于氫側(cè)回油箱的需求量，因此供油泵出口大部分油通過噴嘴回流至真空箱，這樣使得真空處理效果更好。

1.4 真空處理單元

真空泵用于維持真空箱內(nèi)負(fù)壓在規(guī)定值，使氣體從油中分離，泵出口配有油霧分離器。空側(cè)環(huán)路密封油箱對(duì)軸承回油系統(tǒng)的不間斷油流會(huì)產(chǎn)生阻塞，需要對(duì)空側(cè)環(huán)路密封油箱上游的發(fā)電機(jī)軸承回油系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)，在正常運(yùn)行工況下，排煙風(fēng)機(jī)為空側(cè)環(huán)路密封油箱上游發(fā)電機(jī)回油系統(tǒng)提供負(fù)壓。

1.5 壓差調(diào)節(jié)閥、備用調(diào)節(jié)閥

壓差調(diào)節(jié)閥與密封油泵并列運(yùn)行，將多余的油返回送至泵入口，使空側(cè)密封油壓力高于氫氣壓，并通過調(diào)節(jié)，維持壓差在恒定值。備用調(diào)節(jié)閥與汽輪機(jī)高壓油系統(tǒng)相連，作為密封油系統(tǒng)的備用。備用調(diào)節(jié)閥能維持密封油壓力高于氫氣壓力，如果密封油與氫氣的壓差低于設(shè)定值，備用壓差調(diào)節(jié)閥自動(dòng)開啟并維持空側(cè)密封油壓力高于氫氣壓力。

1.6 壓力平衡閥

壓力平衡閥調(diào)整氫側(cè)密封油壓力，使氫側(cè)密封油壓略高于空側(cè)密封油壓?？諅?cè)密封油僅流向空側(cè)（朝外），氫側(cè)密封油僅流向氫側(cè)（朝內(nèi)），實(shí)現(xiàn)軸封處的氫側(cè)密封油和空側(cè)密封油的互換量最小，當(dāng)空側(cè)密封油壓力發(fā)生變化時(shí)，可維持空側(cè)與氫側(cè)密封油壓差為設(shè)定值。

2 氫氣密封油系統(tǒng)常見故障分析

2.1 轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備故障及處理方法

轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備主要包括油泵、排煙風(fēng)機(jī)等，這類設(shè)備發(fā)生故障通常會(huì)引起設(shè)備本體振動(dòng)大、軸承溫度偏高、噪聲異常、電流增大，進(jìn)一步會(huì)引發(fā)設(shè)備發(fā)生故障，影響系統(tǒng)、機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。泵和風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障主要原因有設(shè)計(jì)缺陷、地腳松動(dòng)、虛腳、基礎(chǔ)剛性差、緊固件松動(dòng)、對(duì)中不良、轉(zhuǎn)子彎曲、動(dòng)靜不平衡、各部件損壞或配合間隙超標(biāo)、軸承損傷、潤(rùn)滑不良等。

泵類設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，密封油油壓力過高，帶入發(fā)電機(jī)內(nèi)部的空氣和水分增多，吸走的氫氣也多，使氫氣純度下降，補(bǔ)氫量增加。相反，如果密封油壓力降低，油流斷續(xù)，容易造成氫氣泄漏，或者發(fā)電機(jī)密封瓦內(nèi)無法建立正常的油膜，發(fā)生磨損現(xiàn)象，使密封瓦溫度升高，這時(shí)潤(rùn)滑油備用油源通過備用壓差調(diào)節(jié)閥進(jìn)入密封油系統(tǒng)，若壓力進(jìn)一步下降，應(yīng)急密封油泵將投入運(yùn)行，維持系統(tǒng)所需的油壓。

密封油系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)類設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)根據(jù)情況及時(shí)進(jìn)行處理。油泵和風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)或噪聲過大時(shí)，通常檢查聯(lián)軸器螺栓有無松動(dòng)、聯(lián)軸器螺栓橡膠墊圈有無缺失、破損、老化現(xiàn)象；檢查泵與電機(jī)的聯(lián)軸器同心度、調(diào)整聯(lián)軸器的間距、緊固泵的地腳或支腳；測(cè)量調(diào)整泵進(jìn)出口法蘭與管道同心度，使用支吊架和管夾，使法蘭張口和外圓趨于同心。如上述方法不能消除振動(dòng)，可根據(jù)振動(dòng)頻譜分析結(jié)果，在進(jìn)行解體時(shí)有針對(duì)性地對(duì)可疑部件仔細(xì)檢查。通常檢查動(dòng)靜部分各部件有無損壞、測(cè)量動(dòng)靜部件配合間隙；檢查齒輪嚙合情況、檢查葉輪是否存在汽蝕，校正葉輪靜平衡；測(cè)量泵軸彎曲度；盤動(dòng)軸承應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、無明顯松晃和異響，檢查軸承內(nèi)外滾道有無剝落和磨損，檢查滾動(dòng)體有無磨損現(xiàn)象。處理完成后，測(cè)振時(shí)可根據(jù)廠家推薦或國(guó)家振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)作為判斷依據(jù)。

2.2 調(diào)節(jié)閥故障

如果壓差調(diào)節(jié)閥調(diào)/備用調(diào)節(jié)閥設(shè)置不當(dāng)、信號(hào)故障或閥桿卡澀時(shí)，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作不靈敏，不能準(zhǔn)確反饋空側(cè)與氫側(cè)密封油壓，導(dǎo)致氫側(cè)密封油竄向空側(cè)，引起氫側(cè)密封油箱液位下降，空側(cè)密封油泵補(bǔ)入氫側(cè)回油箱，致使空側(cè)密封油夾帶的油煙、水汽進(jìn)入氫側(cè)密封油系統(tǒng)，造成發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣污染、純度下降、補(bǔ)氫量增大。

當(dāng)油氫壓力不能維持在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，首先檢查調(diào)節(jié)閥外觀，查看閥位指示器是否在范圍值內(nèi)，壓力調(diào)節(jié)螺母是否松動(dòng)，檢查填料壓蓋螺栓是否壓得過緊，檢查中法蘭是否存在漏油現(xiàn)象，檢查波紋節(jié)油、氫取樣管是否泄漏。解體時(shí)檢查壓縮彈簧是否疲勞或斷裂、檢查閥桿是否彎曲變形、異常磨損等、檢查閥芯、閥座有無磨損、坑蝕等、檢查調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口管道有無異物堵塞。

2.3 壓力平衡閥故障

如果壓力平衡閥卡澀、磨損或自動(dòng)調(diào)節(jié)失靈，不能維持氫側(cè)密封油壓微高于空側(cè)密封油壓時(shí)，油量交換變化，流向氫側(cè)的空側(cè)密封油增加，進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)的空氣含量增加，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣含量下降。

壓力平衡閥常見故障與壓差調(diào)節(jié)閥相似，主要為閥桿、活塞卡澀，解體時(shí)檢查閥體，油缸、活塞、彈簧等主要部件，徹底清理油缸、活塞表面的油污和銹跡。裝配后，手動(dòng)檢查閥組件在閥座內(nèi)應(yīng)活動(dòng)靈活、無卡澀現(xiàn)象，提高平衡閥的工作靈敏度和平衡精度。

2.4 真空處理單元故障

排煙風(fēng)機(jī)發(fā)生故障或出力不足，影響脫氣、除水效果，不能及時(shí)抽走軸承座和回油箱內(nèi)的油氣，使回油密封箱內(nèi)的負(fù)壓降低，導(dǎo)致回油不暢，引起發(fā)電機(jī)兩端軸封滲油，回油密封箱和消泡箱內(nèi)的夾帶的氫氣、空氣和油氣大量聚集，增加了氫氣泄漏到大氣中的隱患。如果真空泵出現(xiàn)故障，不能維持真空箱內(nèi)負(fù)壓，去除真空箱內(nèi)油中夾帶的空氣和氫氣，使含有氣體和水分的密封油進(jìn)入空側(cè)油箱，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)氫氣純度下降。當(dāng)氫氣純度明顯下降時(shí)，每8 h應(yīng)操作消泡室上部的排氣閥進(jìn)行排污，讓高純度氫氣通過氫氣母管補(bǔ)進(jìn)發(fā)電機(jī)內(nèi)。

真空箱內(nèi)設(shè)有浮球閥，液位的高低調(diào)節(jié)浮球閥的開度，控制進(jìn)入真空箱的密封油。浮球閥通常在小范圍內(nèi)波動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成閥芯和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)磨損，故障主要為閥桿卡澀、磨損，一般情況下，在不打開真空箱的情況下，可用橡皮錘連續(xù)敲擊振打進(jìn)行處理，使閥門歸位。浮球閥另外一種常見故障是閥球破損，造成密封油進(jìn)入球體內(nèi)部，在浮球上下運(yùn)動(dòng)時(shí)不能真實(shí)反應(yīng)真空箱內(nèi)密封油液位的變化。需要解體閥門時(shí)，真空箱退出運(yùn)行，釋放壓力后，排空油箱存油。

密封油系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，須將真空油箱的進(jìn)口隔離閥門關(guān)閉，防止浮球閥長(zhǎng)時(shí)間滲油引起油箱油位過高。

2.5 消泡箱液位高報(bào)警

消泡箱液位高應(yīng)及時(shí)打開消泡箱總放油閥放油。液位開關(guān)故障、疏油溢流管或是排油管堵塞導(dǎo)致回油不暢，液位升高報(bào)警而不能及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)排油，不利于回油中氫氣的析出。如果消泡箱液位繼續(xù)升高，通過軸端油擋進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，會(huì)使發(fā)電機(jī)絕緣值降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生繞組擊穿事故，影響機(jī)組的安全。若結(jié)成的油泥堵塞發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的通風(fēng)孔，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子局部發(fā)熱，造成發(fā)電機(jī)運(yùn)行條件惡化。

當(dāng)發(fā)出消泡箱液位高報(bào)警時(shí)，首先判斷密封油回油管路是否通暢，大小修時(shí)可能有異物進(jìn)入管道內(nèi)，或長(zhǎng)期運(yùn)行管道中沉積的雜質(zhì)造成堵塞，排油不暢致使液位升高。當(dāng)氫側(cè)回油箱浮子閥故障不能正常排油時(shí)，油箱充滿油后使消泡箱液位上升。消泡箱液位異常時(shí)，及時(shí)處理，打開放油門，防止密封油進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，當(dāng)消泡箱液位下降后再進(jìn)行排查。

2.6 密封油過濾器壓差高報(bào)警

密封油過濾器壓差超標(biāo)，應(yīng)及時(shí)更換濾芯，保證油品清潔。如密封油系統(tǒng)顆粒度超標(biāo)，鐵屑、漆皮、砂粒、密封膠等通過油循環(huán)進(jìn)入密封瓦內(nèi)，引起密封瓦和軸頸部位的磨損，造成密封瓦的磨損、劃傷、產(chǎn)生溝痕，使徑向間隙逐步增大，超過設(shè)計(jì)值要求，引起密封油排油量增大，系統(tǒng)供油壓力下降，增大了發(fā)電機(jī)氫氣泄漏量的可能性。

2.7 密封油冷卻器故障

冷卻器發(fā)生的故障一般有污垢過多堵塞、管壁破損泄漏等。密封油溫度一般設(shè)定在40～50℃，隨著密封油溫度的升高，油吸附氣體的能力逐漸增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，50℃以上的回油大約可以吸收8%容積的氫氣和10%容積的空氣。

冷卻水的溫度影響密封油的溫度，密封油溫則影響油的黏度，油溫升高黏度下降，密封瓦間隙會(huì)增大，油流量隨之增大，容易引起發(fā)電機(jī)進(jìn)油；油溫降低黏度增大，密封瓦間隙變小，造成密封瓦磨損，引起密封瓦溫度升高。泄漏會(huì)導(dǎo)致油中進(jìn)水，使油的潤(rùn)滑性能降低，加速氧化變質(zhì)，破壞油膜，損傷軸承，引起發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)增大。

3 結(jié)論

設(shè)備管理人員在日常巡檢中應(yīng)密切監(jiān)視密封油系統(tǒng)的供油壓力、供油溫度、回油溫度、回油量及密封瓦溫度，檢查真空處理單元、回油箱的液位。密封油系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)盡快查明原因，及時(shí)進(jìn)行處理、消除缺陷，防止小缺陷演化成大隱患，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，防止出現(xiàn)發(fā)電機(jī)進(jìn)油、進(jìn)水、氫氣品質(zhì)下降、氫氣泄漏等危及機(jī)組安全運(yùn)行的事件。