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1、600MW机组氢气纯度下降快原因分析与解决作者：史新刚郝俊李燕单位：山华电聊城发电厂摘要：针对聊城电厂#1发电机氢气纯度下降快问题，全面分析了影响纯度的因素，拟定了切实可行的解决方案，总结了一套成熟的解决办法，对该厂及其它类机组具有参考、借鉴的价值。关键词：氢气纯度异常 分析 处理0前言山华电聊城发电厂#1发电机组系上海汽轮发电机有限公司引进西屋技术生产的QFSN型水氢氢汽轮发电机，其额定功率600MW，总装气体容量110立方米，内部氢气正常运行压力0.38-0.44 MPa，额定压力0.4MPa。由于发电机转子必须穿出端盖，这部分成了氢内冷发电机密封的关键，通常只要密封油压始终保持高于机内氢
2、压，便可防止氢气从发电机内逸出，一般为55-97 KPa。本机组采用双流环式密封油系统，流向密封环起密封作用的油流分为空侧和氢侧两股。空侧油从密封环出来后流向空侧回油箱与#9、10瓦回油混合，一部分进入空侧油泵另一部分进入主机油系统；氢侧油从密封环出来后经消泡箱回到氢侧回油箱，如图1所示。图1 密封油系统示意图 空侧油为主密封油，氢侧油始终跟踪空侧油而达到平衡，运行时通过平衡阀维持空氢侧密封油压差±490Pa范围内。如果这两股油在密封瓦和转轴的交汇处压力相同的话，则这两股油不会交换，带有空气的空侧油不会进入发电机而污染机内的氢气，带有氢气的密封油也不会流向发电机外而引起氢气
3、泄漏量过大。双流环密封以美国西屋公司为代表，目前国内在建和正在运行的200MW、300MW和600MW大型氢冷发电机，大多采用双流环密封系统，其中包括从日本、俄罗斯进口的一些机组。生产实践中，氢气纯度下降快或漏氢问题比较普遍。1故障情况#1发电机168后自2002年10月17日起，氢气纯度每天下降0.5%，补氢量高于50m3。尤其在2003年11月份，每天下降近0.8%，补氢量在66m3/天左右，最大时日补氢量100 m3。运行机组补氢原因有二：一是发电机漏氢引起氢压下降，在电厂运行指标及国家标准中有一个明确的界定：每天泄漏量10N m3为优良，18 N m3为合格；二是发电机内氢气纯度的下降
4、。在正常情况下，因发电机氢压下降而补充的氢气量足以弥补在这期间发生的氢气纯度的下降。故我厂因纯度下降造成的补氢量远远超标。 正常运行时厂家要求氢气纯度在95%-98%之间，该值的高低直接与发电机效率有关，氢气纯度每下降1%，通风损耗及转子摩擦损耗将增加11%。交换的氢气还会弥散在设备及厂房各处，给机组的安全运行带来威胁。氢气纯度下降快时，每天都进行提纯工作，有时多达三次，给运行人员增加了不小的操作强度。2原因分析影响氢气纯度的因素主要有：1、密封瓦处空氢侧密封油交换；2、氢侧回油箱补、排油浮球阀状态；3、纯度表；4、空氢侧密封油油温；5、补氢纯度；7、氢气湿度；8、油中含水量；9、氢油压差等。
5、用“鱼刺图”的形式列出，见图2：图2 氢气纯度下降原因鱼刺图 其中补氢纯度多次用标准表计进行检验，纯度都在99.5%以上。厂家要求密封油油温是27-49，每降5可减少油量25%左右，实际运行油温40左右，在允许的上限，将油温调至33后观察氢气纯度没有明显的好转。安规要求氢气湿度不大于4g/m3，电机厂要求不大于2g/m3，我厂实际控制在1g/m3。由于机内氢气与密封油的接触，氢气可能含有油、水以及其他污染物，这些成分的存在会大大降低氢气纯度。我厂大小机油箱每周放水一次，很少有水，定期化验油质良好，油中带水情况不会发生。氢油压差范围55-97 KPa，运行一般控制在额定值84KPa，从
6、表计观察，这一参数也较稳定。系统各表计逐一校对无误。氢气纯度的检测表计有三个，DEH、DCS上各一只在线表计，另一种是手动检测仪，即奥氏分析仪。氢气的提纯以人工化验值为准，但从下表所列随机数据看，人工化验与在线仪表差距较大。按有关公式，纯度每降低1%，提纯所需氢气就需100m3，表计的误差不能忽视。用历次提纯用氢量与纯度的对应关系看，DEH显示基本相符，而人工化验数据波动较大、随机性强、误差大。表1 DEHDCS化学人工化验日平均下降率DEHDCS人工化验04年2月7日98%98.1%97.2%0.15%0.15%1%04年2月9日98.1%98.1%96.3%04年2月
7、10日98%98.1%95.8%04年2月11日97.8%97.8%95.2%提纯63立方米98.2-98.3%98.3%97.1%0.1%0.12%1.9%04年2月12日98.1%98.18%95.4%2.0%关闭氢侧回油箱补排油阀观察，油箱油位有明显升高现象，空氢侧密封油存在交换,初步估算交换油量为18 l/min 。因空氢侧密封油交换使混入氢气中空气量可用下式计算：A=0.054×K×Qin 其中 A-机内混入空气量（m3/d）；Qin-密封油混入量（l/min）；K-系数（1.0-3.0）。而空气混入量与维持氢纯度所需的补氢量之间有下面关系：q=A×Z/
8、（S-Z） 其中q-补氢量（m3/d）；S-补氢纯度（%）；Z-机内氢纯度（%）。按上述两式计算，因空氢侧油量交换所需的提纯用氢量45 m3/d。 3系统试验与对策3.1校正纯度表。为确保取样的准确性，取样人员加强操作的规范化并重新校核奥氏分析仪后，人工化验值与提纯量基本对应，提纯用氢量明显减少。3.2密封瓦处空氢侧油量的交换。空侧油压与氢侧油压的平衡，是双流密封环油系统赖以生存的基础。鉴于当密封环处空氢侧油压不交换这一点，我们可以用观察氢侧回油箱的油位变化来判断空、氢侧油压平衡状况。如空、氢侧压力平衡，氢侧回油箱的进、出油量相等，油位应无变化，否则，油箱油位将发生或高或低的变化，如两端空侧油
9、压高于氢侧油压将使空侧油串入氢侧油中，引起油箱油位升高，而氢侧油压高于空侧油压将使氢侧油串入空侧油而引起油箱油位下降，这两种情况都会造成空氢侧油相串而将空侧油中空气带入氢侧油中，从而引起氢气纯度下降。氢侧回油箱油位变化试验方法是先将汽励端空氢侧油压差调整到较大值，关闭氢侧回油箱补排油阀，观察油箱油位变化幅度。逐一调整空氢侧油压差，关闭氢侧回油箱补排油阀观察油箱油位，直到找到交换量最小为止。试验结果列表如下：表2 试验编号汽端空氢侧压差cmH2O励端空氢侧压差cmH2O氢侧回油箱油位变化mm/min混合油量l/min备注1+20+206024密封油温33，空氢侧压差840KPa，试验期
10、间均维持不变2+15+1535143+10+102084+0+0124.85-7-10006-15-15-104试验数据表明，在汽端氢侧油压稍高于空侧油压7cmH2O而励端氢侧油压高于空侧油压10cmH2O的情况下，密封环部位混合油量最少，趋近于零。3.3氢侧密封油箱阀位调整。经上述调整后发电机补氢大为改善，每天补氢量降到20 m3左右，但与每天11.3m3的厂家要求还有差距。重新核实系统各参数及运行情况后，发现氢侧密封油箱排油管路与油箱温度相近，说明空氢侧仍然存在串油现象。正常情况下，排油阀位稍高于补油阀阀位，油位低时补油阀开而排油阀关进行氢侧补油，油位高时补油阀关而排油阀开将氢侧多余油排出
11、，从而维持氢侧密封油系统油量平衡。但当补油阀定位过高而排油阀相对过低时，则会使氢侧油不断由补油阀补进同时由排油阀排出，结果还是引起空氢侧串油。关闭氢侧回油箱补排油阀油位无变化油管亦不发热，经此可断定补排油定位不当。借大修机会对阀位重新进行定位后，油管温度大幅下降。氢侧密封油箱阀位图见图3：图3氢侧密封油箱阀位图 通过上述工作，氢气纯度下降快问题得到了有效扼制，现在日补氢量10m3以下，达到补氢量的优良标准。4结论4.1氢气纯度下降快所需提纯量与系统泄漏引起的补氢是两个概念，后者主要靠检修来解决问题，前者主要靠系统运行参数的调整来发现和解决问题。氢气纯度下降快的主要因素是密封瓦处空氢侧密封油的交换，应当精确调整空氢侧密封油压差，以获得最佳平衡点。值得一提的是这一平衡点将随油压差、油温等参数的变化而变化，当参数变化后并有串油证状时就应及时进行系统调整。4.2氢侧密封油箱补排油阀阀位是一个不可忽视的因素，在加强系统调整的同时，还要对影响氢气纯度的各因素全面分析。4.3机械式氢气纯度计的测量误差是难以避免的，应定期进行检验。