范躍軍華能沁北電廠檢修部
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某電廠1000MW機(jī)組漏氫原因分析及處理方法
范躍軍
華能沁北電廠檢修部
摘要:華能某電廠#6機(jī)組的發(fā)電機(jī)由哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)制造,型號(hào)為:QFSN2-1000-2。發(fā)電機(jī)密封瓦為單流環(huán)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)漏氫量≤10m3/day。該機(jī)組于2014年9月28日至2014年12月18日進(jìn)行了大修,期間電氣及汽機(jī)專業(yè)對(duì)發(fā)電機(jī)本體及氫、油系統(tǒng)進(jìn)行了檢修工作,修后發(fā)電機(jī)做氣密性試驗(yàn)時(shí),漏氫量9m3/day,在合格范圍之內(nèi),但機(jī)組啟動(dòng)后漏氫量55m3/day,嚴(yán)重超標(biāo),后將油氫壓差由76KPa降低到51KPa后,漏氫量為34m3/day,略有好轉(zhuǎn)。但仍然超標(biāo),給機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了重大隱患。
關(guān)鍵詞:發(fā)電機(jī);密封瓦;密封油;油氫壓差;漏氫量
1.1大修后機(jī)組運(yùn)行時(shí)的初步排查過程
用氫氣檢漏儀對(duì)定冷水箱、氫冷器、氫氣系統(tǒng)所有法蘭、閥門、活結(jié)等進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)泄露情況。
對(duì)發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)#6機(jī)空側(cè)回油箱排氣管道氫氣濃度為100%,較#5機(jī)組大20%,當(dāng)時(shí)懷疑密封瓦向空側(cè)回油漏氫,打開#6機(jī)#9、#10瓦回油管道觀察窗檢查氫氣濃度為2.5%,密封瓦外漏的可能基本排除。
電氣專業(yè)針對(duì)中性點(diǎn)進(jìn)行漏氫檢查,發(fā)現(xiàn)A相瓷瓶處氫氣濃度100%,當(dāng)時(shí)初步分析此處泄露點(diǎn)就是漏氫量超標(biāo)的主要原因,計(jì)劃利用檢修機(jī)會(huì)對(duì)其進(jìn)行處理。
1.2第一次停機(jī)檢查及處理
2015年1月8日機(jī)組臨停檢修,針對(duì)漏氫問題主要進(jìn)行以下檢查和處理。
1.2.1發(fā)電機(jī)密封瓦外漏檢查
發(fā)電機(jī)密封油停油泄壓前(系統(tǒng)壓力200KPa),對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)注入氟利昂,揭開#9、#10瓦外油檔上半,用鹵素測漏儀對(duì)汽、勵(lì)端密封瓦進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。對(duì)#9、#10瓦外油擋上半鉆φ12mm的測氫孔,便于運(yùn)行中監(jiān)測密封瓦的外漏情況。
1.2.2浮子油箱檢查
對(duì)浮子油箱進(jìn)行解體清理檢查,對(duì)浮子進(jìn)行外觀檢查,無異常。經(jīng)過現(xiàn)場測量計(jì)算,運(yùn)行時(shí)浮子油箱最低油位比排油口頂部高出50mm左右,氫氣不會(huì)直接從排油口泄漏。
1.2.3中性點(diǎn)漏氫處理
圖1 #6發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)漏氫部位
對(duì)中性點(diǎn)A相瓷瓶漏氫點(diǎn)進(jìn)行處理,在打開發(fā)電機(jī)出線罩人口門,進(jìn)入內(nèi)部看到泄露瓷瓶的根部,發(fā)現(xiàn)瓷瓶和固定法蘭的結(jié)合處有五處沙眼,對(duì)此處漏點(diǎn)用專業(yè)密封膠進(jìn)行內(nèi)、外部同時(shí)封堵。處理后風(fēng)壓試驗(yàn)合格,此處無外漏現(xiàn)象(見圖1)。
1.2.4風(fēng)壓試驗(yàn)及啟機(jī)后情況
#6機(jī)發(fā)電機(jī)于2014年1月26日進(jìn)行氣密性試驗(yàn)(500KPa壓縮空氣),當(dāng)時(shí)計(jì)算漏氣量8m3/day,在合格范圍之內(nèi),初步認(rèn)為本次已將漏氫問題已解決。進(jìn)行氣體置換后當(dāng)氫壓在300KPa左右時(shí),漏氫量:9m3/day左右。1月17日,機(jī)組并網(wǎng)后,當(dāng)氫壓升至500KPa后,漏氫量明顯變大,漏氫量約:50m3/day,仍然超標(biāo)。
2.1小修后機(jī)組運(yùn)行期間的排查過程
根據(jù)上述檢修排查情況及結(jié)果,可以看出:發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)漏氫不是#6機(jī)漏氫量嚴(yán)重超標(biāo)的主要原因,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止或盤車狀態(tài)下漏氫量合格,機(jī)組高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下漏氫量嚴(yán)重超標(biāo),問題的關(guān)鍵還在密封瓦上。
檢查及調(diào)整情況如下:
2.1.1對(duì)發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)端外油檔內(nèi)漏氫進(jìn)行測量,汽端外油檔內(nèi)氫氣濃度:3%,勵(lì)端外油檔內(nèi)氫氣濃度:4%。密封瓦外漏量在允許范圍之內(nèi),排除其外漏的可能。
2.1.2對(duì)發(fā)電機(jī)空側(cè)回油箱屋頂排氣管進(jìn)行測量,氫氣濃度:100%(#5機(jī):80%)。對(duì)主油箱排油煙管道進(jìn)行氫氣濃度進(jìn)行測量:4.7%(#5機(jī):0.7%),#6機(jī)明顯比#5機(jī)大。
2.1.3就地檢查密封油浮子油箱油位波動(dòng)較大,在25mm內(nèi)上下波動(dòng),用聽針聽此油箱進(jìn)、出口油管道內(nèi)有氣體沖擊油流的聲音,且管道伴隨著振動(dòng)。浮子油箱頂部的氣體平衡管道溫度較高,判斷內(nèi)部持續(xù)有熱流體通過。
2.1.4將油氫壓差由76KPa降低至86KPa,氫壓升至500KPa,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)氫壓曲線下降趨勢加劇,漏氫量變大:65m3/day。
2.1.5將油氫壓差由76KPa降低至46KPa,氫壓升至500KPa,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)氫壓曲線下降趨勢變緩,浮子油箱油位相對(duì)穩(wěn)定,進(jìn)、出口管道內(nèi)的氣體沖擊聲明顯減弱,管道幾乎無振動(dòng)現(xiàn)象,計(jì)算漏氫量:27m3/day。
2.1.6將油氫壓差由46KPa提高至56KPa,計(jì)算漏氫量:35m3/day。
2.1.7將油氫壓差由56KPa降低至51KPa,計(jì)算漏氫量在34m3/day左右。之后,油氫壓差未再進(jìn)行調(diào)整,保持此狀態(tài)運(yùn)行至停機(jī)檢修。
通過以上檢查和調(diào)整得出重要結(jié)論:油氫壓差變大時(shí),密封油流量變大,密封油通過回油帶走的氫氣量變大,耗氫量(漏氫量)變大,且大部分氫氣從空側(cè)回油箱的排空管排放到。
2.2機(jī)組停運(yùn)冷卻盤車狀態(tài)的檢查
2015年5月16日機(jī)組停運(yùn)盤車狀態(tài),維持氫氣壓力500KPa、油氫壓差調(diào)至69KPa,24小時(shí)計(jì)算漏氫量為9m3/day.同時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)空側(cè)回油箱屋頂排氣管進(jìn)行測量,氫氣濃度:44%。對(duì)主油箱排油煙管道進(jìn)行氫氣濃度進(jìn)行測量:0.8%。再次證明:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止或盤車狀態(tài)下漏氫量合格,機(jī)組高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)漏氫量嚴(yán)重超標(biāo)。
#5、#6機(jī)同時(shí)停機(jī)盤車狀態(tài)下,運(yùn)行通過關(guān)斷相關(guān)閥門,通過油箱油位上升或下降刻度來計(jì)算流量,對(duì)比如下:
表一#6機(jī)盤車狀態(tài)下不同油氫差壓時(shí)密封油流量對(duì)比
表二#5、#6機(jī)盤車狀態(tài)下油氫差壓69 KPa時(shí)密封油流量對(duì)比
通過表一及表二可以看出:油氫壓差增大,密封油流量增大;#5、#6機(jī)油氫壓差相同的情況下,#6機(jī)氫側(cè)回油量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于#5機(jī),再次肯定#6機(jī)密封瓦存在異常情況,計(jì)劃利用停機(jī)機(jī)會(huì)對(duì)其進(jìn)行解體檢查。
3.1密封瓦解體發(fā)現(xiàn)的主要問題
2015年5月15日停機(jī)對(duì)#6機(jī)發(fā)電機(jī)密封瓦進(jìn)行解體檢查,發(fā)現(xiàn)密封瓦存在以下問題:
3.1.1汽端氫側(cè)密封瓦出現(xiàn)較嚴(yán)重的碰磨痕跡,上半烏金面同時(shí)出現(xiàn)較嚴(yán)重的發(fā)黑跡象,且發(fā)黑部位有大約50條軸向細(xì)小裂紋,但裂紋均沒有貫穿密封面,裂紋主要集中在密封瓦上半,裂紋區(qū)域長度約600mm;汽端氫側(cè)密封瓦總間隙超標(biāo),最大間隙0.80mm(設(shè)計(jì)值0.29-0.31mm),超出設(shè)計(jì)值0.49mm,最大間隙在密封瓦上下方向;汽端氫側(cè)密封瓦徑向磨損嚴(yán)重,密封面有明顯飛邊毛刺現(xiàn)象,飛邊處毛刺約0.50mm高(見圖2、圖3)。
圖2 汽端氫側(cè)密封瓦
圖3 汽端氫側(cè)密封瓦
3.1.2汽端空側(cè)、勵(lì)端氫側(cè)密封瓦烏金也出現(xiàn)輕微的發(fā)黑現(xiàn)象,沒有發(fā)現(xiàn)裂紋,勵(lì)端空側(cè)密封瓦徑向密封面出現(xiàn)輕微溝痕,但沒有發(fā)黑跡象。
3.2原因分析
密封瓦磨損及間隙超標(biāo)的原因初步分析有以下幾點(diǎn):
#6機(jī)組大修后啟機(jī)期間,共有7次因?yàn)檩S承振動(dòng)大機(jī)組跳閘,而由于#9#、#10瓦振動(dòng)超標(biāo)導(dǎo)致機(jī)組跳閘共發(fā)生3次,具體情況如下:
3.2.12014年12月17日09:42,#6機(jī)掛閘,開始升速。09:57汽輪機(jī)定速3000rpm,13:10發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。14:09負(fù)荷35MW,#8瓦Y方向125.931mm,#9瓦X方向214.622mm,#9瓦Y方向124.367mm,#10瓦X方向171.478mm,#10瓦Y方向44.411mm,汽輪機(jī)跳閘,首出“軸承振動(dòng)大”,發(fā)電機(jī)聯(lián)跳,首出“逆功率保護(hù)”動(dòng)作,檢查設(shè)備聯(lián)動(dòng)正常。
3.2.22014年12月17日14:55,汽輪機(jī)沖車至3000rpm,16:56發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。18:04負(fù)荷50MW,汽輪機(jī)跳閘,#9瓦X方向199.478mm,#9瓦Y方向126.732mm,#10瓦x方向190.590mm,#10瓦Y方向44.792mm,首出“軸振動(dòng)大”,發(fā)電機(jī)聯(lián)跳,首出“逆功率保護(hù)”動(dòng)作,檢查設(shè)備聯(lián)動(dòng)正常。18:46轉(zhuǎn)速至0,投入主機(jī)盤車。
3.2.32014年12月18日14:33,汽輪機(jī)掛閘沖轉(zhuǎn),14:39沖轉(zhuǎn)至800rpm,低速暖機(jī)。16:17汽輪機(jī)轉(zhuǎn)至3000rpm,19:49發(fā)電機(jī)并網(wǎng),21:08機(jī)組負(fù)荷50WM,#9瓦X方向203.369mm,#9瓦Y方向126.160mm,#10瓦X方向124.214mm,#10瓦Y方向36.514mm,“軸振動(dòng)大”保護(hù)動(dòng)作跳閘,發(fā)電機(jī)聯(lián)跳,相關(guān)設(shè)備聯(lián)動(dòng)正常。
#9、#10瓦振動(dòng)大導(dǎo)致密封瓦與軸徑之間油膜震蕩,影響密封、潤滑效果,從而導(dǎo)致密封瓦溫度過高,烏金面發(fā)黑變形。而啟機(jī)過程中#9瓦振動(dòng)較#10瓦大,導(dǎo)致汽端氫側(cè)密封瓦碰磨最嚴(yán)重。勵(lì)端空側(cè)密封瓦烏金面出現(xiàn)溝痕是由于密封油系統(tǒng)有細(xì)小顆粒沒有清掃干凈,進(jìn)入密封瓦密封面內(nèi)導(dǎo)致密封瓦磨損。
3.3整改防范措施
3.3.1仔細(xì)檢查軸承室及油孔內(nèi)的異物,徹底清掃軸承室及油管道內(nèi)的細(xì)小顆粒物,不留死角。
3.3.2更換新的密封瓦,仔細(xì)核對(duì)密封瓦內(nèi)徑及軸徑,確保密封瓦徑向間隙在合格范圍內(nèi)。
3.3.3檢查密封瓦軸向、徑向密封面是否有毛刺,保證密封面接觸情況良好。
3.3.4仔細(xì)檢查密封瓦彈簧是否存在制造缺陷,彈簧緊力是否滿足廠家設(shè)計(jì)要求,安裝時(shí)密切注意彈簧不能裝反及裝錯(cuò)位置。
3.3.5復(fù)查內(nèi)、外油檔間隙,滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求,防止碰摩引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)異常。
3.3.6增設(shè)三期主機(jī)潤滑油油凈化裝置,不間斷對(duì)油箱進(jìn)行濾油,保證油質(zhì)合格。
通過上述現(xiàn)象可以看出:密封瓦間隙嚴(yán)重超標(biāo)是本次發(fā)電機(jī)漏氫量超標(biāo)的主要原因。運(yùn)行中密封瓦隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生浮動(dòng)現(xiàn)象,軸向密封及徑向密封效果惡化,導(dǎo)致密封油流量增大,密封油回油帶走的氫氣量增大,氫氣通過空側(cè)回油箱排空管排到廠房外。
密封瓦更換后,#6發(fā)電機(jī)機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)后計(jì)算漏氫量:7m3/day左右,在合格范圍之內(nèi)。漏氫量超標(biāo)一直是困擾著各大電廠的主要問題之一,嚴(yán)重影響著機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。機(jī)組運(yùn)行期間一但出現(xiàn)漏氫量超標(biāo),應(yīng)該立即組織相關(guān)專業(yè)人員對(duì)發(fā)電機(jī)氫、油、水系統(tǒng)進(jìn)行排查,由表及里分析漏氫的真正原因,通過各種有效手段降低漏氫量,必要時(shí)停機(jī)進(jìn)行處理。經(jīng)過停機(jī)檢修,某電廠#6機(jī)組漏氫問題已經(jīng)得到徹底治理,此次事件經(jīng)過為百萬機(jī)組治理漏氫問題提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。
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