石门电厂氢气纯度偏低问题的治理

       摘　要　通过对石门电厂2台机组氢气纯度偏低问题的治理，总结了影响氢气纯度的几个主要因素，提出了同类型300MW发电机密封瓦安装的理想间隙以及平衡阀的实际最佳工作精度范围。

     0　引　言　　
     　　石门电厂装有2台300MM国产火力发电机组，1995年12月13日1号机组并网发电，2号机组也于1996年9月25日并网成功。2台机组分别于1997年5月和1998年5月进行了一次检查性大修。2号机组大修前曾出现过氢气纯度下降现象，后经调整密封油压后恢复正常。除此之外，2台机组于1998年5月前均未见氢气纯度大幅下降现象，但自1998年9月中旬（15日）开始，2号机组氢气纯度下降较快，每天需排补氢量50m3以上，但氢气纯度仍只能维持在91％左右，最低曾降至88％以下。其后1号机组也发现了类似情况，但较2号机组要相对稳定一些，虽经多次运行调整仍不见好转，已严重危害到机组的运行安全。对此我们开展了一系列的摸索治理。
     1　氢气纯度化验　　
     　　目前，国内各氢冷发电机组氢气纯度的化验方法一般采用经典的吸收法。由于氢气纯度在线仪表一直无法投用，我厂目前也是采用这一化验手段，经现场多次跟踪分析，发现如下几种因素可能会影响到氢气纯度化验的准确性。
     a．气样采集
     　　氢气纯度取样点设计在氢气干燥器的进出口管道上。正常情况下，利用发电机转子上的风扇使干燥器内的氢气形成流动。由于氢气干燥器及管道阀门系统一段时间内存在泄漏而使漏氢量增加，在氢气湿度许可的情况下，运行人员往往将氢气干燥器进口一次门及出口二次门关闭，以便将氢气干燥器隔离开来。因此，化验人员取样时，往往因联络不好而采集到非发电机机内氢样。同时由于气体比重的差异，气样中非氢成分增加了，从而使氢气纯度偏低。
     　　另外，化验人员采样时冲洗取样球胆的次数多少会影响到氢气纯度的化验结果。
     　　为此，决定对氢气干燥器管阀系统进行一次彻底的消缺，并规定任何情况下，不论氢气湿度如何（运行中我厂氢气湿度一般均在合格范围内），氢气干燥器必须投运，化验人员取样时，也应增加冲洗球胆次数。
     b．化验仪器及环境因素
     　　化验仪器可能的影响因素是玻璃旋塞的密封。现场化验中往往会发现样气在被药液充分吸收后其体积会增大2～5个百分点。究其原因主要是随着化验人员上下移动介液烧杯，当样气出现微负压时外界空气会被吸入。另一种可能就是环境温度的影响。由于氢气取样时样气来自氢气干燥器出口，其温度一般会比较低，而当样气在实验室化验时，其温度会逐渐升至室温水平，从而会使其体积增大，这点在冬季有取暖设施的实验室会更趋明显。
     c．其它因素
     　　除上述因素外，还有如化验人员的职业素质、化验用药的时效性等也可能影响氢气纯度化验的准确性。
     2　发电机相关系统　　
     　　由于发电机机内氢气运行中的工作压力一般在270～300kPa，外界空气是不可能进去的，因此，影响发电机氢气纯度的原因只可能与发电机相关的气、油、水系统有关。经现场反复多次查找，排除了压缩空气进入发电机内的可能性；而发电机内冷水的工作压力一般在200～250kPa之间，运行中很少发现内冷水有超压现象，因此，内冷水进入发电机内的可能性也被排除；这样发电机氢气纯度下降的主要原因只可能出在其密封油系统方面。运行中密封油压一般高于氢气压力60～85kPa，而空、氢侧油压差按设计应在平衡阀维持的0．98 kPa以内，但由于平衡阀平衡精度较差，运行中空氢侧油压差一般在10～15kPa，大大超过设计值。即使不考虑密封瓦间隙误差，密封瓦处空、氢侧油的串油将大大超出设计允许值。由于空侧密封油与主机润滑油系统相通，受抽油烟机的负压影响，其中会溶解或混有一定量的空气成分；再加上为了消除原抽油烟风机的渗油现象，我们在2号机组大修中对原抽油烟机进行了改造，其抽吸能力也由原来的－4．9～－1．47kPa提高到－2．94kPa以上，这样就更加重了空侧油中的含气量。随着空氢侧油的不断串油，氢侧油中的含气量逐步增加，当氢侧油自密封瓦中流出时，其中的气体会从高速旋转着的轴颈表面释放出来，并进入发电机氢气系统，从而使发电机氢气纯度下降，也许这就是造成发电机氢气纯度下降的主要原因。
         基于上面分析，我们采取了如下对策：
     a．调整密封油系统压力，减少空、氢侧串油量。这部分工作的关键就是要提高平衡阀的平衡精度。为了达此目的，我们对平衡阀多次解体清理调整，但其平衡精度一直无多大改善，无奈之下，我们退出平衡阀自动方式，采用人工手动跟踪调整，但由于系统油压波动，人工调整精度一般只达5kPa，瞬时值最高也只达3kPa，而且调整量大，必须有专人在现场跟踪。针对这一情况，将平衡阀进行更换，并对其信号管进行了如下改造：加大管径，减少弯头数量，使每个平衡阀的空、氢侧信号管从标高到走向基本一致等。经上述处理后，平衡阀的精度提高到了3kPa以内。
     b．调整润滑油系统抽油烟机
     　　如前所述，经大修改造后，抽油烟机的出力远远大于设计出力，这势必会导致空侧油中含气量的增加，因此必须将其出力下调。为此，我们在每台抽油烟机出口加装专用“U”形管水位计，以便对抽油烟机的出口挡板进行调整，使出力维持在－0．78～－0．98kPa之间。
     　　经上述处理后，2号机氢气纯度的下降趋势有所缓解，但仍然下跌。显然，氢气纯度下降的隐患还没根本消除。此时，我们了解到西柏坡电厂采取在发电机密封瓦座上加装引风管，使氢气纯度大改善的信息，立即派人到西柏坡电厂以及哈尔滨电机厂了解情况。经了解，该引风管原非西屋公司设计，而是哈尔滨电机厂对它们生产的某些300MW发电机机内漏油现象而专门设计的（见图1）。
     

     　　为了防止漏油，自发电机高压区引一股高压气至密封瓦座的a区，再自密封油箱引一根管路至发电机的低压区，使密封瓦座的b区氢气形成流动。经过反复讨论研究，我们认为该引风管对氢气纯度的影响不大，但为了防止漏油，我们决定还是加装引风管。为慎重起见，密封油箱至发电机低压区的管道不装，以防氢气纯度更加恶化。经加装引风管后开机证明，我们的分析是正确的，发电机氢气纯度仍无多大改善。

     3　发电机密封装置　　
     　　经上述一系列的治理，发电机的氢气纯度仍无根本改善，再一次进行全面深入的分析，在排除了所有其它可能性以后，认为空、氢侧串油是导致氢气纯度恶化的原因，而影响串油量的因素除了密封油压差以外，另一个主要因素就是密封瓦的密封间隙。哈电300MW发电机对密封间隙的要求是：径向0．23～0．28 mm，轴向0．19～0．23mm，上述间隙值均大于国产机组的使用间隙值（径向0．15～0．25 mm，轴向0．13～0．20mm）。2号机组密封瓦间隙在安装阶段就存在轴向间隙超标，其轴向间隙值达　0．3 mm，通过查找运行记录发现，我厂2号机组在168h试运期间其氢气纯度一般均只可能维持在96％左右，如1996年10月22日11时氢气纯度为98％，但至17时纯度就下降到95．48％，而1号机一般均可维持在98％以上，这也可证明发电机密封瓦间隙对氢气纯度有一定的影响。因此，经讨论决定对1号、2号机密封瓦适时进行检查或更换。1999年5月，在1号机扩大性小修中检查发现，其密封瓦的径向间隙最大过0．33mm；而且2个密封瓦均不同程度地存在变形与碰伤现象，必须换瓦。此外，经讨论我们还决定将密封瓦的径向和轴向间隙均调至0．15～0．18mm。由于1号机扩大性小修后开机时间仅20 h左右，经上述处理后，其氢气纯度虽一直稳定在96％左右，但密封瓦的更换效果有待进一步论证。
     
         1999年8月6日，利用停机机会，我们又将2号机密封瓦进行了检查更换。2号机于1999年8月21日15时36分并网，23日22时解列，其间前后运行近3d，其氢气纯度在没有补氢的情况下一直稳定在96％以上。结合1号机的开机情况，看来困扰我厂近1 a的氢气纯度问题已基本得到解决。
     4　结　论　　
     　　石门电厂发电机氢气纯度恶化的原因是多方面的，但密封瓦空、氢侧串油是导致这一现象的主要根源，密封瓦的密封间隙以及空、氢侧油压差又是影响串油的2个主要方面，从氢气纯度的治理中可以看出：空、氢侧密封油压差应控制在3kPa以内，密封瓦径向与轴向间隙应控制在0．15～0．18 mm内为宜。