溫冠峰（山東核電有限公司,山東 煙臺 265116）

發(fā)電機密封油系統(tǒng)故障及氫氣純度異常分析

溫冠峰
（山東核電有限公司,山東 煙臺 265116）

本文介紹了海陽核電汽輪發(fā)電機組雙流環(huán)密封油系統(tǒng)工作原理，并對密封油系統(tǒng)常見的故障及氫氣純度異常原因進行了分析，進而提出了防止發(fā)電機進油及氫氣純度降低的治理措施及改造意見。

密封油；平衡閥；差壓閥；消泡箱；純度

1 前言

海陽核電汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子采用氫冷方式，并配置了密封油系統(tǒng)，除了對密封瓦進行潤滑外，主要有兩個功能：一是在發(fā)電機軸端對氫氣進行密封，防止氫氣從發(fā)電機膛內(nèi)逸出；二是防止空氣或濕氣進入發(fā)電機內(nèi)部，保證發(fā)電機膛內(nèi)氫氣純度在一個較高的值，避免威脅發(fā)電機絕緣。

2 海陽核電雙流環(huán)密封油系統(tǒng)功能及工作原理

海陽核電汽輪發(fā)電機采用雙流環(huán)的密封油系統(tǒng)，與主汽輪發(fā)電機潤滑油系統(tǒng)使用相同油質(zhì)，所謂雙流環(huán)是指密封瓦的氫側(cè)與空側(cè)各自形成獨立循環(huán)空側(cè)和氫側(cè)油路，通過平衡閥的控制使兩路油壓維持均衡，限制兩路油互相串流，從而達到減少氫氣泄露與維持氫氣純度的目的。油與空氣，油與氫氣之間的隔絕是采用兩道迷宮式油檔來實現(xiàn)的。

海陽核電發(fā)電機密封油系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 氫氣密封油系統(tǒng)簡圖

如果密封環(huán)處空側(cè)油壓高于氫側(cè)油壓，空側(cè)密封油會進入氫側(cè)密封油回路。通過氫側(cè)回油箱調(diào)節(jié)油量，將過量的油被排到空側(cè)回路。如果密封環(huán)處氫側(cè)油壓高于空側(cè)油壓，氫側(cè)密封油進入空側(cè)回路，氫側(cè)回路中減少的密封油可由真空處理單元向氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱進行補充，同時真空箱內(nèi)除去油中夾帶的空氣和氫氣，通過這種方法可以使發(fā)電機氫氣純度保持在98%以上。

密封油真空處理單元接收來自空側(cè)密封油系統(tǒng)的密封油，并向氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱供應(yīng)經(jīng)真空處理的加壓油。即使處理單元不可用，發(fā)電機仍可以繼續(xù)運行，當(dāng)氫側(cè)需要補油時，將真空處理單元旁通，由空側(cè)密封油泵直接向氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱補油。這會導(dǎo)致密封油中氣體含量增加。

真空箱通過浮子調(diào)節(jié)閥接收來自空側(cè)密封油泵的排油。在真空箱中，夾帶在密封油中的氣體被抽出，通過真空泵排到大氣中。真空箱配有噴嘴能有效分離油中氣體。真空泵保持真空箱壓力在-95kPag左右。真空泵配有一臺油分離器，用于密封、潤滑真空泵，并能排放收集的水。供油泵吸入口接自真空箱，出口排放到氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱。因為泵的流量大于氫側(cè)回油調(diào)節(jié)箱所要求的流量，所以大部分油通過油壓調(diào)節(jié)閥重新回到真空箱噴嘴。壓力調(diào)節(jié)閥保持供油泵出口壓力維持在0.95Mpa?？諅?cè)密封油泵向真空箱的供油壓力是0.670Mpa，這樣供油泵的油壓將會使真空箱旁路管線上的止回閥回座，防止真空箱被旁路。

為了盡量減小密封環(huán)和密封座間的摩擦，以便在發(fā)電機運行時保持密封環(huán)和大軸同心，海陽核電密封油系統(tǒng)設(shè)置了軸封浮油泵，向密封環(huán)和密封座的外側(cè)間隙供油，用高油壓托起密封環(huán)，形成油膜以減少摩擦。當(dāng)發(fā)電機升至額定轉(zhuǎn)速且氫壓超過0.2Mpa時,只要密封環(huán)不影響大軸振動就可以停運浮油泵，但通常浮油泵是處于連續(xù)運行狀態(tài)。

3 發(fā)電機進油主要原因分析及處理

3.1 發(fā)電機進油的原因

發(fā)電機可能進油的原因，一是空側(cè)或氫側(cè)密封油壓過高，經(jīng)軸瓦串入發(fā)電機內(nèi)部，另一途徑是氫氣逸出箱油位過高，密封油滿溢后經(jīng)過迷宮式油擋直接進入發(fā)電機內(nèi)部，密封油壓過高可以通過平衡閥及差壓閥進行調(diào)節(jié)，而氫氣逸出箱油位過高或過低，則主要由于軸瓦進、回油量不平衡造成。

3.2 防止發(fā)電機進油的措施

3.2.1 加強密封油系統(tǒng)檢查及各項參數(shù)監(jiān)視。

用于發(fā)電機是否進油或其他液體的裝置主要有兩個一是氫氣逸出箱液位開關(guān)，二個是發(fā)電機最低位安裝的浮子式液位計。另外，氫側(cè)密封油箱液位也可作為防止發(fā)電機進油的超前監(jiān)視手段。

當(dāng)消泡箱液位較高時，發(fā)出報警，提醒運行人員發(fā)電機有進油風(fēng)險，說明此時密封油自動調(diào)節(jié)失靈，需要手動打開氫側(cè)回油箱的排油閥，強制排油。

若密封油或者定冷水進入發(fā)電機內(nèi)，發(fā)電機本體浮子液位計作為檢漏裝置，會發(fā)出高液位報警，通過就地打開排污閥的方法確認是進油還是進水，并排除液位開關(guān)故障后，結(jié)合其他參數(shù)判斷如定冷水箱水位，補水頻率，主機潤滑油箱油位等參數(shù)綜合判斷，如果漏量較大則停機處理。

3.2.2 控制發(fā)電機進行氣體置換速度

如果氣體置換過程中壓力變化太快，則密封油差壓閥或平衡閥調(diào)節(jié)跟蹤不良，使得發(fā)電機進油可能性增加，尤其是排氫時不能過快，長時間保持穩(wěn)定氫壓，差壓閥及平衡閥容易卡澀，在排氫過程中，應(yīng)緩慢降低氫氣壓力，使得差壓閥逐漸開大，平衡閥應(yīng)逐漸關(guān)小，保證進回油量平衡。

3.2.3 對目前海陽核電密封油系統(tǒng)設(shè)計進行改造

發(fā)電機膛內(nèi)壓力較低時，氫側(cè)油箱排油較為困難，造成郵箱油位升高，這是一個普遍存在的問題。這是由于氫側(cè)回油箱油位升高后，自動排油閥開啟，依靠氫側(cè)密封油箱與空側(cè)密封油泵入口差壓進行排油，那么在氫壓較低情況下，這個差壓很小，造成排油不暢。

改造方案是在氫側(cè)密封油母管加裝一條回油管路至空側(cè)油泵入口，并在此管路上安裝一個手動截止閥，在氫壓較低時，依靠氫側(cè)密封油泵的壓力將氫側(cè)密封油打回空側(cè)，在氫壓下降過程中，通過控制此截止閥開度，不斷改變空側(cè)和氫側(cè)油量分配，控制氫側(cè)油箱油位。目前很多機組都進行了此項改造，對防止發(fā)電機進油效果良好。

4 發(fā)電機氫氣純度下降原因分析

4.1 密封油含水超標(biāo)

正常運行中，密封油和主機潤滑油的回油是在一起的。如果軸封壓力異?；蛘咻S封帶水，會引起汽輪機潤滑油中含水超標(biāo)，同樣會引起密封油系統(tǒng)含水超標(biāo)。密封油中帶水在密封瓦處蒸發(fā)形成蒸汽，進入發(fā)電機，使氫氣純度下降，濕度增加。

4.2 平衡閥調(diào)節(jié)異常，空、氫側(cè)密封油串流

正常運行中，平衡閥保持氫側(cè)高于空側(cè)490Pa左右，保證空、氫側(cè)油壓平衡，而一旦平衡被打破，則造成空、氫側(cè)互相串流。造成平衡閥動作異常的原因主要有兩個，一是平衡閥活塞油路中有雜質(zhì)，造成活塞阻力增大動作異常。二是平衡閥調(diào)節(jié)信號測量誤差。差壓閥調(diào)節(jié)信號有取自空側(cè)密封油壓和氫壓，空側(cè)油壓引壓管取自密封瓦上的空側(cè)密封油進油處，氫氣壓力信號由消泡箱底部引壓管引出。平衡閥的調(diào)節(jié)信號由兩個：空側(cè)密封油壓和氫側(cè)密封油壓，其中空側(cè)與上面取自同一測點，氫側(cè)密封油壓取自密封瓦上的氫側(cè)密封油進油處的壓力。從發(fā)電機密封瓦到調(diào)節(jié)閥，距離較長且有多處彎管，信號管阻力也不同，造成測量誤差，加上信號管徑比較細，油質(zhì)不合格、取壓管含氣等原因使得差壓閥、平衡閥工作不正常。

4.3 密封瓦與發(fā)電機轉(zhuǎn)子間隙不達標(biāo)

當(dāng)空側(cè)與氫側(cè)密封油壓差穩(wěn)定時，兩側(cè)密封油的交換量與密封瓦的間隙的成正比。通常密封瓦直徑間隙為0.2mm左右，當(dāng)運行中密封瓦間隙增大時，由于兩路油壓不可能完全平衡，使得導(dǎo)致密封油的交換量大幅增加，我們知道空側(cè)密封油與大氣連通，會導(dǎo)致空氣、水分等進入氫側(cè)油，再通過氫側(cè)密封油與氫氣的接觸進入到發(fā)電機，造成發(fā)電機氫氣純度下降。

4.4 密封油排煙風(fēng)機出力不足或真空處理單元無法投入

排煙風(fēng)機的出力不足，無法將油箱內(nèi)空氣及其他雜質(zhì)氣體抽出，這樣，造成空側(cè)密封油中空氣、水份或其他雜質(zhì)氣體含量增加，再通過與氫側(cè)密封油交換進入氫側(cè)密封油，進而通過與氫氣接觸進入發(fā)電機膛內(nèi)，污染氫氣，因此如果排煙風(fēng)機出力不足，將影響氫氣純度。

此外，如果密封油真空處理單元長期無法投入，不能及時除去系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的空氣、水份及其他雜質(zhì)氣體，同樣會造成氫氣污染，只能靠補、排氫來增加氫氣純度。

5 結(jié)束語

密封油系統(tǒng)的運行與發(fā)電機的安全息息相關(guān)，運行中設(shè)備故障或操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐砂l(fā)電機進油或造成氫氣純度下降都將危及發(fā)電機的安全運行，而機組啟動與停運進行氣體置換期間更容易造成發(fā)電機進油，從而增加機組啟動或停運檢修時間。因此應(yīng)了解發(fā)電機密封油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，把握關(guān)鍵操作，了解薄弱環(huán)節(jié)，進而保證發(fā)電機的安全。

[1] Haiyang China AP1000 System Specification Document for Turbine Generator Seal Oil System Rev 3

[2]海陽核電AP1000中級教材.

[3]謝尉揚.發(fā)電機密封油系統(tǒng)及運行[J].2010:41-43.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.247