密封油提纯装置在630MW机组上的应用

陶前超

摘  要：大型火力发电机组发电机一般采用水氢氢冷方式，发电机氢气纯度直接影响机组的安全经济运行，本文结合某电厂密封油系统进行设备技术改造后发电机氢气纯度可维持在较高水平运行的案例进行了详细分析，希望能为同类型需要提高或维持发电机氢气纯度的机组提供借鉴。

关键词：发电机;氢气纯度;密封油;提纯装置

发电机运行过程中，由于各种原因会导致氢气纯度下降，不仅威胁发电机组的安全运行，而且也降低了发电机的氢气冷却效率和发电机效率[1]。补换氢操作会大大增加运行人员工作量。所以机组运行时能够长时间维持发电机氢气纯度不低于合格标准十分重要。

1.设备简介

某电厂#1机组为上海汽轮发电机有限公司生产的QFSN-630-2三相同步发电机，发电机冷却方式为水、氢、氢。由于发电机的转子必须穿出发电机的端盖，发电机机内的氢气可能由此向外泄漏，因此，必须向发电机密封瓦提供压力略高于氢气压力的密封油，完成密封氢气的任务。密封油进入密封瓦后，经密封瓦与发电机轴之间的密封间隙，沿轴向从密封瓦两侧流出，分为氢侧油和空侧油系统，密封油与氢气接触的一侧油路称为氢侧密封油系统，密封油与空气接触的一侧油路称为空侧密封油系统[2]。

1.1发电机氢气纯度下降的原因

发电机密封油系统运行过程中，只要空氢侧密封油压力不平衡就会导致发电机氢气纯度下降。当空侧油压力大于氢侧油压力时，空侧油通过密封瓦窜入氢侧油，空侧油携带的空气通过氢侧油系统进入发电机;当氢侧油压力大于空侧油压力时，氢侧油通过密封瓦窜入空侧油，氢侧油箱液位会下降，含有大量空气的空侧油补入氢侧油箱，使氢侧密封油空气含量增加。含有空气的氢侧密封油在密封瓦中析出空气进入发电机内。

机组运行中，由于密封瓦磨损，间隙过大，平衡阀品质差，油压信号不正常等原因，不可避免的造成空氢侧密封油相互窜油。

该电厂在#1机组大小修期间，对密封油平衡阀，主差压阀进行了多次解体修整。但效果不太理想，氢气纯度下降速度依旧无变缓。

1.2设备运行概况

该电厂要求发电机氢气纯度每周三化验一次，氢气纯度不合格<97%，则进行换氢操作使纯度合格，排出发电机底部纯度较低的氢气，然后再补入高纯度氢气。若发电机氢气压力小于365KPa，则进行补氢操作。查询该厂2020年3月至6月#1机组运行期间补换氢台账。平均每个月换氢4次，补氢2.25次，每5天就要进行一次补换氢操作，每次换氢前发电机氢气纯度基本在96%左右，换氢一次约耗费90 m3氢气。基于上述情况，#1机组发电机氢气纯度常处于低标准值运行，不但加大了运行人员工作量，而且存在较大的安全风险及能耗损失。

2.密封油提纯装置的应用

2020年9月份该电厂#1机组A修，在空侧密封油出口母管至氢侧油箱补油管路上增加了一套密封油提纯装置，连续不断地对系统中的密封油进行过滤，除去密封油所含杂质，空气，水份，从而维持发电机氢气纯度不下降。

2.1提纯装置工作原理

密封油经过供油阀进入真空油罐，根据水与油的沸点不同，利用薄膜蒸发原理，在真空罐内的真空状态下，不断降低油和水汽混合物中水汽的蒸汽分压，达到脱气、脱水及破乳的目的;然后利用网组原理设计的精密过滤器，滤除油中的颗粒杂质，达到油的精密净化的目的，最后经排油泵加压后排出至氢侧油箱。

净油机运行参数如下：额定净油量60L/Min，出口油含水量不超过10ppm，油中含气量小于<0.1%，过滤精度30um。

2.2提纯装置调试及运行改进

为了使提纯装置投运后取得良好的效果，必须保证密封油系统励端、汽端密封瓦处的氢侧油压高于空侧油压，使密封油系统氢侧油箱处于补油状态，否则提纯装置将起不到应有的作用。具體操作如下：先调整氢侧油泵出口再循环阀，使氢侧油压高于空侧油压0.12MPa，再调整平衡阀底部螺钉，使励端、汽端密封瓦处的氢侧油压高于空侧油压30CM水柱。调整完成后可用手触摸氢侧油箱的补油管路和排油管路，补油管路应是热的，排油管路应是凉的。

密封油提纯装置初步调试正常，在#1机组开机后便投入运行，发电机氢气纯度可维持在97%以上运行。查看2020年12月份#1机组补换氢台账。这个月补氢6次，每次耗氢约30m3，每月耗氢约180m3。经对比改造前补氢台账，发现密封油提纯装置投入运行后发电机氢气压力下降速度明显增快。用氢气泄漏检测仪排查发现，空侧密封油箱排烟风机出口有较多氢气分析原因是由于氢侧密封油压力始终大于空侧密封油压力，氢侧密封油携带的氢气窜入空侧密封油，在空侧油箱内析出后被排烟风机排出，使得发电机氢气压力下降加快。

后来咨询厂家，调节使励端、汽端密封瓦处的氢侧油压高于空侧油压20CM水柱，发电机氢压下降明显降缓，平均每月补氢3次即可，每月耗氢约95立方米，发电机氢气纯度仍可一直保持在97%以上。

该装置投用后，降低了对平衡阀自身调节精度、平衡阀油压信号等因素的要求，可长期维持发电机氢气纯度在97%以上运行，减少了发电机的换氢提纯用氢量。

2.3提纯装置的故障维护

自#1机组密封油提纯装置投用以来，设备基本运行正常，未出现需要隔离检修的大故障。

3.经济效益

密封油提纯装置投运之前平均每个月换氢4次用氢量360m3，补氢2.25次，用氢量90m3，即平均每个月用氢量450m3;密封油提纯装置投运之后，每个月的补氢量下降到95m3，即每个月节省氢气355m3，氢气若按每立方米20元价格计算，每个月节省7100元，每年节省8.52万元。

2003年美国《电力工程》就氢气纯度对发电机经济性的影响进行了量化分析，根据关系曲线可以看出氢气纯度低于99%后风摩损耗就开始增加。发电机容量越大，风摩损耗越大。630MW机组风摩损耗与纯度的关系：纯度下降1%，损耗增加240KW。氢气纯度从96%提升至97%，提升1%，燃料消耗不变的情况下，发电机效率增加240KW。上网电价按每千瓦时0.40元计，年运行小时4000h计。全年#1机组节能费用为：240×4000×0.40=38.4（万元）

因此，全年总共可以节约8.52+38.4=46.92万元

4.结束语

密封油提纯装置的应用，解决了发电机氢气系统的安全风险，降低了发电机的风摩损耗，提高了发电机运行的经济性，另一方面也减少了运行人员的工作量。但该装置投用时间并不是很长，后期设备运行的稳定性以及故障维护还有待进一步观察。

参考文献：

[1]宗士杰.发电厂电气设备及运行..北京;中国电力出版社.2006;113-116

[2]华东六省一市电机工程（电力）学会.汽轮机设备及其系统.北京;中国电力出版社.2006;171-271