氫冷汽輪發(fā)電機泄漏故障分析

氫冷汽輪發(fā)電機泄漏故障分析

眾所周知，大多數(shù)大型汽輪發(fā)電機都采用了氫冷卻法。凡采用氫冷方式的發(fā)電機就必須相應設置軸封裝置即油密封裝置,用于密封轉(zhuǎn)子與端蓋之間的動、靜間隙,阻止氫氣外泄。這是國內(nèi)外通行的、成熟的及唯一的密封手段。值得注意的是,根據(jù)運行部門反映:相當一部分氫冷機組自投入使用之日起,其密封油漏入機內(nèi)的問題(即內(nèi)漏油簡稱漏油)就隨之而來并且普遍存在。內(nèi)漏油不僅是資源及能源的浪費,而且會污染電機絕緣、降低機內(nèi)氫氣純度、增加機內(nèi)氫氣濕度,對機組的安全運行構(gòu)成潛在威脅;同時,漏入機內(nèi)的油經(jīng)排污管排出廢棄后還會造成環(huán)境污染。因此,應當認真解決好內(nèi)漏油問題。然而令人遺憾的是,由于有關單位及有關人員,甚至包括相當一部分專家,對此問題及其產(chǎn)生的原因并沒有一個正確及清晰的了解,10多年來,只停留在“造成內(nèi)漏油的原因是壓差閥和平衡閥跟蹤不好”這一原始的、模糊的、甚至是錯誤的概念上,與之相應的措施也不可避免地局限在“解決壓差閥和平衡閥的跟蹤性能”這一低級手段上。因此,總結(jié)經(jīng)驗、汲取教訓、去偽存真、有的放矢,已成為當務之急。本文以運行實例為依據(jù),在認真調(diào)查研究的基礎上,對此問題及其產(chǎn)生的原因進行全面系統(tǒng)的分析,意在澄清事實,達到對癥下藥、根除頑疾之目的。1油壓機及其密封油系統(tǒng)分類1.1環(huán)式油密封組成氫冷汽輪發(fā)電機的油密封裝置按其核心部件——密封瓦的型式分為盤式油密封和環(huán)式油密封2類。前者大多用于100MW及以下容量的中小機組,后者則廣泛用于大容量機組。環(huán)式油密封裝置又根據(jù)其密封瓦的結(jié)構(gòu)及供油方式的不同又可劃分為單流環(huán)式油密封和雙流環(huán)式油密封2種。理論上,單流環(huán)因為只有1道密封油會使機內(nèi)氫氣與機外空氣易于接觸混合,從而導致運行中機內(nèi)氫氣純度下降較快;而雙流環(huán)因為擁有2道密封油,不僅提高了其可靠性,也會使機內(nèi)氫氣與機外空氣不易接觸混合,從而減低機內(nèi)氫氣純度下降的速度。但實際情況并非完全如此。雙流環(huán)式油密封又根據(jù)其密封瓦的結(jié)構(gòu)及數(shù)量不同而分為雙流單環(huán)和雙流雙環(huán)2個品種。雙流單環(huán)結(jié)構(gòu)相對簡單,對油量的需求相對較大,但其對安裝精度要求較高;雙流雙環(huán)結(jié)構(gòu)復雜,但其對油量需求較小,對安裝精度要求較低,而且隨動性最佳,特別易于與平衡閥配合保持氫側(cè)油壓與空側(cè)油壓最大限度地平衡(曾有表計指示兩側(cè)油差壓為0)。1.2流泄壓式采用波紋管式壓差閥組成密封油系統(tǒng)按單流環(huán)式油密封和雙流環(huán)式油密封分為單流式和雙流式兩大類型;按其核心部件——壓差閥的不同及其工作方式的不同又可劃分為阻流增壓式采用活塞式壓差閥和泄流泄壓式采用波紋管式壓差閥兩大流派?；钊綁翰铋y又分為靜止活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式2種;波紋管式壓差閥又分為硅青銅波紋管、不銹鋼波紋管和橡膠波紋管等種類。早期國產(chǎn)氫冷機組均采用靜止活塞式壓差閥及其阻流增壓式密封油系統(tǒng),而引進機組及近期采用引進技術(shù)制造的國產(chǎn)機組均采用波紋管式壓差閥及其泄流泄壓式密封油系統(tǒng)。因此,兩者又分別被稱為國產(chǎn)型密封油系統(tǒng)及引進型或引進技術(shù)型密封油系統(tǒng)。目前,已有數(shù)臺配有國產(chǎn)型密封油系統(tǒng)的機組改造為引進技術(shù)型密封油系統(tǒng),而且大有盲目形成趨勢的可能。2方案一:按油劑的規(guī)定進行處理近來經(jīng)常發(fā)現(xiàn):某機組發(fā)生漏油故障后,運行人員只能籠統(tǒng)地報告機組漏油,而漏油故障的表現(xiàn)形式、故障原因則難以講清楚,因而處理措施也就無從談起。如果按漏油的表現(xiàn)形式、產(chǎn)生原因或影響因素等進行分類,就會指導運行人員在發(fā)生故障的第1時間及第1現(xiàn)場進行系統(tǒng)的觀察和必要的試驗或驗證,從而有針對性地提出處理措施或防范措施,進而使處理漏油問題規(guī)范、有序地進行。內(nèi)漏油故障按其表現(xiàn)形式分為以下幾類。2.1穩(wěn)定泄漏在任何時間及任何工況下均存在連續(xù)漏油現(xiàn)象,這是最為嚴重也最為復雜的一種。2.2暫時泄漏僅在某一段時間或某一工況下發(fā)生連續(xù)或間斷漏油的現(xiàn)象,這是較為復雜的一種。2.3低氫壓油在機內(nèi)氫壓低于0.1MPa、0.08MPa、0.05MPa甚至更低的工況下發(fā)生連續(xù)或間斷漏油的現(xiàn)象,這是暫態(tài)漏油故障之一。2.4連續(xù)或間斷油氣壓監(jiān)測在發(fā)電機機內(nèi)由空氣狀態(tài)轉(zhuǎn)為氫氣狀態(tài)或由氫氣狀態(tài)轉(zhuǎn)為空氣狀態(tài)的置換過程中發(fā)生連續(xù)或間斷漏油的現(xiàn)象(而且與低氫壓漏油情況極為類似),這是最易于發(fā)生也最為常見的一種情況,也是暫態(tài)漏油故障之一。2.5油擋內(nèi)的霧狀15密封油在其循環(huán)流動過程中特別是在轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)作用下,其中一部分可能在油擋內(nèi)形成霧狀(也稱為油煙),而最末一級油擋與轉(zhuǎn)子風扇負壓區(qū)彼此相鄰,一部分密封油可能以霧狀進入發(fā)電機內(nèi)并構(gòu)成穩(wěn)態(tài)漏油故障之一。3分析機油機行業(yè)中油耗損失的原因3.1無論低壓裝置和平衡裝置的跟蹤性能差還是內(nèi)部泄漏，都會導致內(nèi)套筒泄漏要回答此問題,就要分析壓差閥、平衡閥跟蹤性能差會造成什么結(jié)果,且該結(jié)果是否與漏油故障有關。3.1.1氫-油差變壓差閥的作用是調(diào)節(jié)控制密封油壓與機內(nèi)氫壓之間始終保持在規(guī)定范圍內(nèi)的壓差(即油壓高于氫壓)。當機內(nèi)氫壓變化時,壓差閥應調(diào)節(jié)密封油壓自動跟蹤氫壓的變化。如果壓差閥跟蹤性能不好,就會導致氫-油壓差偏離規(guī)定范圍。以前,相當一部分專家想當然地認為,只要氫-油壓差變大并超過0.06MPa,就會發(fā)生漏油。然而,多臺引進機組或引進技術(shù)制造的國產(chǎn)機組,設計規(guī)定其氫-油壓差額定值為0.084MPa(誤差范圍為0.074~0.094MPa),證明上述觀點顯然不對。此后,仍有相當一部分專家認為,氫-油壓差大于0.094MPa時就會發(fā)生漏油。筆者認為,從理論上講,壓差增加意味著油的流量增加,而任何循環(huán)裝置的回油容量均大于進油容量且有裕度(早期生產(chǎn)的國產(chǎn)機組例外),油量增加顯然不會導致漏油;從實踐上講,某電廠1臺600MW機組在試運過程中氫-油壓差曾分別達到0.10,0.12,0.14,0.16,0.19MPa,卻沒有發(fā)生漏油。由此可見,壓差增大是不會引起漏油故障的。那么壓差減小就更不會引起漏油了,當然,壓差過小(低于0.017MPa)時會導致密封破壞,氫氣逸出,但這與本議題無關。3.1.2空側(cè)油壓隨氫側(cè)壓力變化的跟蹤平衡閥的作用是調(diào)節(jié)控制(雙流式密封油系統(tǒng))氫側(cè)密封油壓與空側(cè)密封油壓之間始終保持在規(guī)定范圍內(nèi)的壓差,以確保兩路油互竄量很小,其差值越小表明其精度越高。當機內(nèi)氫壓變化引起空側(cè)油壓發(fā)生變化時,平衡閥應調(diào)節(jié)氫側(cè)密封油壓自動跟蹤空側(cè)密封油壓的變化。如果平衡閥跟蹤性能不好,就會導致兩側(cè)油壓差偏離規(guī)定范圍(變大)。當原來的空側(cè)油壓高于氫側(cè)油壓時,壓差增大意味著空側(cè)油向氫側(cè)油的竄油量增大,進而增加氫側(cè)密封油箱的排油次數(shù);而當原來氫側(cè)的油壓高于空側(cè)油壓時,壓差增大意味著氫側(cè)油向空側(cè)油的竄油量增大,進而增加氫側(cè)密封油箱的補油次數(shù)。這2種情況均不能直接導致漏油故障的發(fā)生。3.2泄漏原因分析筆者認為,導致漏油故障的直接原因是氫側(cè)密封油回油不暢或不能回油。3.2.1因素三:自動排油低氫壓漏油的原因是氫側(cè)油不能回油,不能回油的原因是不能排油導致油箱滿油。自動排油的機理:正常氫壓下,當油位升高需要排出時,浮球式或電磁式排油閥應自動打開,較高的氫壓可將多余的油量壓出油箱;而低氫壓下,盡管油位升高會使排油閥自動打開,但由于沒有足夠的氫壓將油壓出油箱,所以就不能實現(xiàn)自動排油?？梢姶斯r下需要進行手動排油。手動排油的機理是:在油箱底部與空側(cè)油泵入口處設置1條管路及1個手動常閉閥門,在低氫壓工況打開此閥,靠空側(cè)油泵的較大的吸力將多余的油量排出。當氫壓較低且油箱油位升高時,如果沒有低氫壓排油管(未設計)或雖有低氫壓排油管但其未打開(未操作),同時自動排油目的地的高度(約9m)比油箱高度(約1.5m)高,那么,油箱不但不能排油,甚至可能補油,從而導致滿油,進而導致氫側(cè)油不能回油,只能漏入機內(nèi)。需要說明的是,油箱油位升高分為正常和非正常2種情況。正常升高的原因有2條:一是空側(cè)油與氫側(cè)油在正常精度范圍內(nèi)竄油(空側(cè)高于氫側(cè));二是氫壓低使平衡閥偏離其最佳工作區(qū),導致其跟蹤性能嚴重下降,加大空側(cè)向氫側(cè)竄油量。非正常升高的原因也有2條:一是平衡閥本身精度差;二是自動補油閥因失靈不能關閉,導致不間斷補油。3.2.2低氫壓過程置換過程漏油的原因與低氫壓(或低氣壓)漏油的原因相同,因為無論是置換充氫還是置換排氫都必須經(jīng)過低氫壓(或低氣壓)過程。置換過程與低氫壓(或低氣壓)工況的區(qū)別在于前者是不可避免的而后者是可以控制或避免的。3.2.3油位信號器失靈3.2.3.1氫壓正常,但自動排油閥因失靈不能打開排油,導致油箱滿油。排油閥失靈的情況有:(1)浮球閥因浮球滲漏或機構(gòu)卡澀不能打開。(2)電磁閥因吸力不夠或線圈燒損不能打開。3.2.3.2在油箱油位正?；蛴臀惠^高需要排油的情況下,油箱油位信號器因失靈而指示錯誤,誤導運行人員錯誤地向油箱連續(xù)補油,導致油箱滿油。油位信號器失靈的情況有:(1)信號器浮子因滲漏不能正確浮起指示。(2)油箱內(nèi)浮子無限位而油箱外磁珠有限位,當浮子浮得過高時磁珠與浮子脫離吸引而下降導致錯誤指示。3.2.4霧水泄漏的原因霧狀漏油的機理及可能性尚屬推測,目前還沒有直接的或有力的證據(jù)加以證實。其主要原因可能是由于內(nèi)油擋的間隙過大及回油不暢。3.2.5回油容量小且影響回油效率低的原因穩(wěn)態(tài)漏油的主要原因是回油不暢。除霧狀漏油外,另有3種穩(wěn)態(tài)漏油:3.2.5.1回油管因存在死彎,增加了回油阻力,只能使一部分油回到油箱而另一部分油則漏入機內(nèi)。3.2.5.2回油容量過小(回油孔存在縮頸),此種情況曾經(jīng)多次在多臺早期生產(chǎn)的200MW機組上發(fā)生。3.2.5.3油箱回氫管內(nèi)因存油形成“氣封”,導致不能正?；貧?從而使油箱內(nèi)氫壓逐漸升高對回油形成氣堵。然而,此種漏油的機理及可能性同樣尚屬推測,目前還沒有直接的或有力的證據(jù)加以證實。4解決措施和改進意見4.1氫側(cè)回油管存彎問題4.1.1解決回油容量過小問題。這對國產(chǎn)100MW機組及早期生產(chǎn)的200MW機組尤為重要。盡可能將其端蓋氫側(cè)回油孔縮頸擴大是必要的和最佳的選擇。4.1.2檢查并消除氫側(cè)回油管存在的死彎。這是一個簡便易行的手段。4.1.3回氫管存油問題。這是一個目前既不能檢查又不能處理的問題。必須在設計上進行改進,例如:在回氫管上增加1個放油閥門而且該閥門兩邊必須各設置1個隔離閥門。這樣改進后,就可以做到既能檢查又能排出回氫管內(nèi)的存油。4.1.4油擋間隙是否過大,只能在解體時檢查并處理,同時要靠安裝質(zhì)量來保證。4.2密封油箱的補排油方案應著重消除密封油箱補、排油環(huán)節(jié)及其油位信號裝置存在的一系列影響其可靠性的缺陷。尤其要解決諸如信號器浮子滲漏、浮球閥浮子滲漏以及信號器浮子無限位等一系列低級缺陷。對于置換過程、低氫壓工況以及同時存在的排油目的地比油箱高的問題,除必須設置低氫壓排油管及排油閥外,運行人員必須認真正確地操作(閉鎖自動閥同時手控手動閥)。當然,為實現(xiàn)整個運行過程(包括低氫壓工況及置換過程)的全面自動化以滿足各電廠逐步減少運行人員的趨勢,應對密封油箱的手動補排油環(huán)節(jié)進行改進,具體方案如下:4.2.1將低氫壓手動排油閥改為自動排油閥(浮球式或電磁式),同時取消或保留原自動排油閥。這是一種最為簡單的方案。其缺點是低氫壓時的排油速度過快。4.2.2將密封油箱安裝位置改在6m平臺,將排油目的地由氫油分離箱回油口的U形管處(約10m高)改為汽輪機主油箱處(油位約3m),同時適當加大回油管的管頸(減小排油阻力),使其在低氫壓情況下靠油位差的驅(qū)動來實現(xiàn)自動排油。這是一種較為簡單的方案。其缺點是低氫壓時的排油速度較慢。4.2.3為克服排油速度較快或較慢的缺點,可保持原設計不變,將手動排油閥改為1個或2個自動閥,其打開條件由低氫壓和油位高2個信號共同控制。4.2.4關于油箱容積的選擇。目前使用的油箱容積分為大(約0.8m3)、小(約0.3m3)2種,國產(chǎn)設計原為大油箱,引進技術(shù)為小油箱。顯然,小油箱對各部件或裝置的精度要求是非常高的,匹配不當將會經(jīng)常造成油箱滿油或缺油。針對暫態(tài)漏油問題而言,油位由正常高度升高到報警高度以及繼續(xù)升高到滿油狀態(tài)的時間,將因油箱容積的加大而延長或因油箱容積的減小而縮短,所以,大容積顯然要比小容積好。因此,應當采用大油箱甚至進一步加大容積。同時將油箱立式安裝,頂部改為可拆卸的全端式法蘭蓋,以便于檢查或檢修油箱內(nèi)部。4.3集裝式密封油系統(tǒng)企業(yè)應注意的問題實踐證明,活塞式壓差閥及其所代表的阻流增壓式密封油系統(tǒng)與波紋管式壓差閥及其所代表的泄流泄壓式密封油系統(tǒng)兩者均發(fā)生過漏油故障,同樣散裝式密封油系統(tǒng)與集裝式密封油系統(tǒng)兩者也均發(fā)生過漏油故障。如果片面地認為后者是前者的換代產(chǎn)品,將前者改造為后者就能完全徹底地解決漏油問題,那是一種極其錯誤和極不負責的行為,應當迅速果斷地加以糾正。將用