某电厂汽轮发电机漏氢原因分析与处理

某电厂汽轮发电机漏氢原因分析与处理

严明文

大唐国际托克托发电有限责任公司  内蒙古托克托  010206

摘要：针对某发电厂600MW亚临界机组汽轮发电机严重漏氢问题，查明了漏氢原因，并对系统缺点进行优化改造，优化后汽轮发电机漏氢达标，为火电企业类似的问题处理提供了参考依据。

关键词：汽轮发电机；漏氢；浮子油箱

Analysis and Treatment of Hydrogen Leakage in a Steam Turbine Generator of a Power Plant

yanmingwen

(Inner Monglia Datang International Tuoketuo Power Generation Co.Ltd.,Tuoketuo 010206,China)

Abstract:In response to the serious hydrogen leakage problem of a 600MW subcritical unit steam turbine generator in a certain power plant, the causes of hydrogen leakage were identified, and the system shortcomings were optimized and transformed. After optimization, the hydrogen leakage of the steam turbine generator met the standard, providing a reference basis for similar problems in thermal power enterprises.

Keyword:turbogenerator；hydrogen leakage；float oil tank

引言

火电机组单机容量的不断提升，对汽轮发电机的要求原来越高，汽轮发电机氢气系统常见的异常有：漏氢、露点、纯度，其中漏氢最为严重，氢气泄漏引起发电机氢压下降，冷却效果减弱，发电机局部过热，降低了发电机使用寿命，大量的漏氢还会引发爆炸及火灾隐患［1］。本文针对某发电厂600MW亚临界机组汽轮发电机严重漏氢问题进行原因查找及技术改造，为同类型机组漏氢问题处理提供参考依据。

1、设备概况

某厂600MW亚临界机组汽轮发电机及其配套系统由东方电气设计制造，发电机采用水-氢-氢冷却方式，发电机轴端气体密封采用单流环密封形式，密封瓦内圈与发电机轴径配合［2］，两者之间的配合总间隙为0.14～0.18mm，在密封瓦内通入低于氢气压力36KPa―72KPa的密封油，机组运行时发电机转子高速运转，密封瓦与发电机转子轴径处形成油膜来阻挡发电机内部氢气外漏［3］。靠近发电机侧的密封瓦回油经扩大槽、浮子油箱，将润滑油中氢气分离后汇入空气析出箱，再经空气析出箱排氢风机将氢气进一步分离，净化后的润滑油回至主油箱，油烟及分离出的氢气排至大气。

2023年4月，发电机漏氢量突然超标，且存在扩大趋势，仅仅8天时间漏氢量从0.76Nm³/天增大至20.5Nm³/天，故障前汽轮发电机氢气压力能够维持78小时，故障后仅维持19小时。大量的漏氢已经严重影响了机组的安全运行，频繁的补氢还提高了机组运行成本。

2、汽轮发电机漏氢原因查找及分析

汽轮发电机氢气泄漏途径有两方面：1、内漏，是指氢气泄漏至密封油系统、定冷水系统、氢气冷却器系统和封闭母线外壳内，这种泄漏方式原因查找及处理较为困难，甚至需要停机才能处理，因此在机组安装、检修期间要提高精度。机组等级检修期间要按检修规程严格检查发电机轴颈、密封瓦及配合间隙，确保密封瓦在机组运行中正常；对于氢气冷却器、发电机定子，在检修期间进行打压检测，确保无渗漏点；母线外壳要结合机组检修更换合格的密封垫片，且正确安装，确保密封严密。2、外漏，是指氢气通过发电机端盖、人孔门、氢气冷却器端盖、氢气系统的管道阀门、电气接线等位置泄漏至大空气中，这种漏氢方式原因查找较为繁琐。

2.1、泄漏原因排查

2.1.1外漏排查

查找漏氢部位一定要全面仔细，不能漏过任何一个死角，排查氢气系统的法兰及阀门、发电机端盖、氢气冷却器端盖、二次测量引出线端口等密封处是否存在泄漏，发电机排氢管道阀门是否存在内漏。查找过程还是有侧重点，重点查找经验反馈以前经常泄漏的地方，例如端盖螺栓及端盖结合面、注胶孔、接线孔，观察接合面是否有鼓泡现象，注胶孔有无流出物或喷射痕迹［4］，通过多次排查这些可能存在外泄漏的部位均未发现泄漏点。将氢气系统所配备的附属设备：氢气湿度仪、氢气干燥器、氢气纯度仪、发电机绝缘装置全部隔离，计算漏氢量依旧居高不下。

2.1.2内漏排查

联系化学人员，针对密封油汽侧回油、密封油励侧回油、顶冷水箱、氢气冷却器回水、密封油排氢风机这5处测点进行检测，只有密封油排氢风机出口含氢1.2%，其余4处均为0。

2.2、原因分析

1）根据密封油排氢风机出口含氢分析：1、可能为发电机密封瓦存在异常，密封油回油中含氢量偏大。发电机密封瓦于2023年2月新更换，查阅检修记录，密封瓦与发电机轴颈配合总间隙0.15mm，符合东方电机厂对于密封瓦与发电机轴颈配合总间隙的标准：0.14～0.18mm；密封瓦在会装阶段严格按照发电机设备说明书要求执行，查阅密封瓦检修时留存的影像资料，2、可能为密封油浮子油箱油位以上的管道焊缝开裂或法兰松动，造成氢气从浮球阀逃逸至空气析出箱，造成排氢风机出口含氢。

2）排除密封瓦故障较为困难，需要将机组停运，发电机氢气置换后解体发电机密封瓦，而排除密封油浮子油箱问题相对较为容易。联系运行人员，关闭密封油浮子油箱出入口手动门，将密封油浮子油箱隔离并切至旁路运行，化学人员再次检测密封油排氢风机出口氢气含量，氢气浓度从原1.2%瞬间下降至0.03%；检修人员在屋顶测量密封油排氢风机出口至氢气含量，氢气含量从120ppm下降至10ppm。从而判断出密封油浮子油箱暴露在氢气中油管道存在泄漏点。氢气从泄漏点经过浮球阀逃逸至空气析出箱，进而被排氢风机排至大气，如图1所示。

图1密封油浮子油箱示意图

3）将密封油浮子油箱解体，发现浮球阀入口管道暴漏在氢气当中的管道焊缝存在50㎜长的贯穿裂纹，如图2所示，氢气从裂纹逃逸，从而造成发电机漏氢量大。

                          图2 焊缝裂纹

3、处理方案

3.1、裂纹分析

1）对焊接部件进行光谱检验，两种焊接物件材质分别为不锈钢304和碳钢Q235，属于异种钢焊接，焊接强度不达标，导致运行中受到外部振动造成焊缝振裂。

2）将焊缝裂纹切割，联系金属专业人员对焊缝进行分析，裂纹处的焊缝存在严重的焊接缺陷，只焊接外表面未将整个管壁熔透，导致强度低，运行中收到外接振动应力使焊缝开裂。

3） 密封油扩大槽、密封油浮子油箱、空气析出箱的液位均靠浮子油箱浮球阀控制，当密封油浮子油箱液位升高时，浮球所受浮力增大，当浮力大于重力时，浮球向上移动，浮球通过连接杆带动将预启阀打开，油脂通过预启阀进入浮球阀主阀芯上腔，由于浮球阀阀芯上腔受力面积大于下腔，在油压相同时，浮球阀主阀芯向下移动，浮球阀开度增大，浮子油箱回油量增大，液位下降，随着液位的下降，浮球受到浮力逐渐减小，当浮力等于重力时，浮球阀稳定在某一开度，此时浮子油箱液位稳定在正常值。

密封油浮子油箱浮球阀存在设计缺陷， 阀芯通流面积设计为三角行，如图3所示，这种形式的通流调节稳定性差，造成液位浮子油箱液位摆动。由于浮子油箱顶部与扩大槽顶部联通，故浮子油箱油液以上空间充满氢气，且氢压与发电机氢压相同。由于浮球阀调节稳定性差，油液摆动，外加油液上方氢气压力的作用，其摆动幅度加剧，引起入口流量波动，从而造成管道振动。

图3 原浮球阀阀芯

3.2、处理措施

1）将两种焊接物件材质均统一为不锈钢304材质，管道焊接坡口严格按照Y型坡口要求执行，并对焊缝进行着色金属探伤检验，保证焊接质量及强度。

2）将调节稳定性差的三角形通道优化至稳定较好的矩形，并将通流面积扩大，如图4所示，通流面积扩大后消除了节流现象，使浮球阀调节更加稳定，从而减小浮子油箱液位波动，进而消除油管道振动。

图4 优化后浮球阀阀芯

3）油管道加装管道固定支架，起到约束管道作用，避免油管道振动引起焊缝应力过大造成焊口振裂。

4、结束语

汽轮发电机组氢气系统的安全运行对机组安全、可靠的稳定运行至关重要，氢气系统涉及的范围较广，发生泄漏的原因复杂且较多。要想避免机组运行中漏氢问题，要从制造、检修、运行这三方面把好关，确保制造符合要求，检修符合标准、运行符合规程。氢气漏点的查找除了常规排查外，还要通过运行参数及检修记录综合分析判断。

参考文献

[1]赵苡健.发电机漏氢查找及处理措施DO I.10.19694.2020.11.039

[2]苏兴跃.水氢氢发电机氢气纯度下降原因分析与处理［J］.电力设备管理.2019.6

[3] 彭航宇.氢冷发电机漏氢原因分析及处理[J]. 能源研究与管理，2019（4）：97-100.

[4] 赵福春、李亚敏.汽轮发电机组漏氢超标的原因分析及处理［J］.山东工业技术，2017（24）:35

作者简介：

严明文，(1993-)，男，工程师 ，长期从事汽轮机调速系统技术管理工作。