喜靜波 張燕濱

摘 要：該文通過對GE 9F燃機發(fā)電機密封油系統(tǒng)的深入分析，探討了燃機發(fā)電機密封瓦磨損使發(fā)電機氫氣純度劣化速度加快的機理，提出了發(fā)電機運行中穩(wěn)定氫氣純度且降低人員操作量的發(fā)電機補氫提純方法。

關(guān)鍵詞：燃氣輪機;發(fā)電機;密封瓦;氫氣純度

中圖分類號：TM31? ? 文獻標志碼：A

0 引言

氫氣具有較快的擴散速度和很好的導(dǎo)熱性，作為發(fā)電機的冷卻介質(zhì)其換熱效果好，通風(fēng)損耗低，同時經(jīng)過嚴格處理的氫氣可以保證發(fā)電機內(nèi)部清潔、通風(fēng)散熱效果穩(wěn)定。但氫氣滲透性強，易擴散泄漏，與空氣混合后易燃易爆，氫冷發(fā)電機對氫氣質(zhì)量控制及運行維護水平的要求較高。

1 機組概況

某電廠采用GE S209FA型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機組，配備2臺燃機發(fā)電機及一臺汽輪發(fā)電機。汽輪機發(fā)電機型號為哈電QFSN-300-2。燃機發(fā)電機型號為GE324LU。2臺燃機發(fā)電機氫氣純度下降速度明顯比汽輪機發(fā)電機快，為提高發(fā)電機氫氣純度，機組運行中必須頻繁地進行發(fā)電機補-排氫置換操作，用氫成本提高，操作量增大。2016年汽輪機發(fā)電機因氫氣純度下降補氫提純操作次數(shù)僅為1次，#1燃機補氫提純操作次數(shù)22次，#2發(fā)電機補氫提純操作次數(shù)35次。燃機發(fā)電機為單流環(huán)密封，汽輪機發(fā)電機采用雙流環(huán)密封。燃機發(fā)電機補氫提純次數(shù)明顯偏高。經(jīng)過多次實驗分析，排除氫站氫氣純度不合格、發(fā)電機純度分析方法不當?shù)仍?，將問題的焦點鎖定在密封油系統(tǒng)上。

2 燃機發(fā)電機氫氣純度下降快原因分析

2.1 燃機發(fā)電機密封油系統(tǒng)簡介

2.1.1 燃機發(fā)電機密封油流程

9F燃機發(fā)電機密封油系統(tǒng)供油來自潤滑油系統(tǒng)。潤滑油系統(tǒng)有2臺交流電泵，向軸承潤滑系統(tǒng)和密封油系統(tǒng)供油。正常運行時1臺潤滑油泵運行，另1臺備用，交流密封油泵和直流密封油泵均為備用。潤滑油系統(tǒng)提供的密封油源首先進入密封油模塊，經(jīng)密封油模塊調(diào)壓后進入發(fā)電機兩端的密封組件內(nèi)，對發(fā)電機內(nèi)氫氣進行密封。密封油流經(jīng)密封組件后沿2個方向排出，氫氣側(cè)的油排向密封油回油消泡箱和密封油回油組件（浮球收集器），并在密封油回油消泡箱及浮球收集器中除去氫氣，然后繼續(xù)流向潤滑油回油消泡箱。發(fā)電機空氣側(cè)密封油則直接排向潤滑油回油消泡箱。密封油在潤滑油回油消泡箱內(nèi)除去所有殘余的氫氣后，再返回主潤滑油箱。

2.1.2 GE K46130型密封瓦介紹

9F燃機發(fā)電機采用GE K46130型密封瓦，K46130型密封瓦采用雙層密封環(huán)。密封油從端護罩上方引入，由于密封油壓力大于氫氣壓力，因此密封油流入兩密封環(huán)之間后，沿軸向從2個密封環(huán)與軸之間的間隙流出。由于氫氣側(cè)密封環(huán)與軸的間隙比空氣側(cè)密封環(huán)與軸的間隙小且氫氣側(cè)密封環(huán)后裝有油擋，油擋進一步減小密封油流量，因此流向氫氣側(cè)的密封油量較小，流向空氣側(cè)的密封油量較大?？諝鈧?cè)大流量密封油也起到冷卻密封環(huán)的作用。密封油流經(jīng)密封環(huán)的過程使發(fā)電機轉(zhuǎn)軸和密封環(huán)之間形成油膜，此油膜就像一個液體屏障，阻止氫氣沿軸向泄漏。

2.1.3 消泡箱

9F燃機發(fā)電機密封油系統(tǒng)在發(fā)電機集電端和透平端各有一個消泡箱，從發(fā)電機氫氣密封環(huán)流出的密封油進入消泡箱，通過消泡箱的增容促使密封油中的氫氣析出。由于密封油中含有的氣體雜質(zhì)也會析出進入消泡箱，所以消泡箱是發(fā)電機氫氣系統(tǒng)氫氣純度最低的地方。每個消泡箱都裝有氫氣代謝放氣管。

9F燃機發(fā)電機氫氣分析儀有三路取樣管道，分別對發(fā)電機本體（殼側(cè)）、發(fā)電機集電端、發(fā)電機透平端3個位置的氫氣進行取樣測量。其中發(fā)電機透平端及集電端氫氣純度測量的取樣管分別與各側(cè)的消泡箱氫氣代謝放氣管相連，所以氫氣分析儀測量的發(fā)電機端部的氫氣純度實際上是發(fā)電機2個消泡箱內(nèi)的氫氣純度。

將低純度的氫氣排出，向發(fā)電機內(nèi)補充高純度的氫氣，從而提高發(fā)電機內(nèi)的氫氣純度，此方法提純速度較慢，用氫量較大，但此方法為發(fā)電機運行中提高氫氣純度的唯一方法。提高發(fā)電機端部氫氣分析儀取樣流量，增加消泡箱內(nèi)低純度氫氣的排放量也可以降低發(fā)電機內(nèi)氫氣純度的劣化速度。

2.2 發(fā)電機內(nèi)氫氣純度下降原因分析

由于密封油來自潤滑油箱，整個油系統(tǒng)并非完全封閉，密封油中會溶解空氣等雜質(zhì)氣體。當密封油通過密封環(huán)與氫氣接觸時，根據(jù)分壓定律，密封油中析出的氣體雜質(zhì)會進入發(fā)電機，造成發(fā)電機內(nèi)氫氣純度下降。

對于K46130型密封瓦，正常情況下氫氣側(cè)密封環(huán)流出的油量很小，若運行中氫氣側(cè)密封環(huán)的密封齒磨損較嚴重，則從氫氣側(cè)密封環(huán)流出的密封油量將增大，密封油帶入發(fā)電機內(nèi)的氣體雜質(zhì)增多，發(fā)電機內(nèi)氫氣純度劣化速度加快。

根據(jù)GB261641—2010電業(yè)安全工作規(guī)程中發(fā)電機氫氣純度的相關(guān)要求并結(jié)合實際情況，本廠發(fā)電機運行中要求保持3臺發(fā)電機純度>97 %，含氧量<1.2 %，當不滿足要求時需進行提純操作。2014年#1燃機發(fā)電機提純57次，2015年僅有9次，原因為2015年春檢進行#1燃機密封瓦間隙調(diào)整，之后未進行密封瓦間隙調(diào)整，2016年#1燃機發(fā)電機補次數(shù)升至22次。2015年#2燃機發(fā)電機提純55次，2016年為35次，原因為2016年春檢進行#2燃機密封瓦間隙整。

進行密封瓦間隙調(diào)整后，燃機發(fā)電機充氫次數(shù)仍明顯多于汽輪機發(fā)電機。但本廠對3臺發(fā)電機進行多次漏氫實驗，均滿足實驗要求。由于燃機發(fā)電機端部氫氣純度小于93 %，或本體氫氣純度小于95 %時控制邏輯才會聯(lián)開2個大流量排放電磁閥，增加消泡箱內(nèi)低純度氫氣的排放量。懷疑燃機發(fā)電機補氫提純操作比汽輪機發(fā)電機頻繁可能與燃機發(fā)電機密封油系統(tǒng)特性有關(guān)。

3 應(yīng)對措施

在發(fā)電機運行中需要將發(fā)電機內(nèi)氫氣壓力和純度保持在一定范圍，只能通過排出純度較低的氫氣同時補充高純度的氫氣才能實現(xiàn)，為了避免燃機補氫提純操作過于頻繁，減輕操作強度，需要通過對燃機發(fā)電機氫氣純度隨時間下降、補氫過程中發(fā)電機氫氣純度上升以及氫氣用量進行統(tǒng)計分析，從而得出發(fā)電機氫氣純度下降情況與時間的關(guān)系，以及補氫過程中氫氣純度上升與氫氣用量的關(guān)系制作計算表。在計算表中氫氣使用壓力即為補氫提純操作過程中一組共20瓶氫氣（每瓶氫氣量為標況下6 M3）同時開啟后氫氣瓶組壓力下降值。根據(jù)計算結(jié)果，將燃機發(fā)電機補氫提純操作改為每星期進行一次，操作方法也進行明確規(guī)定。采用上述操作方法，可以將單臺燃機發(fā)電機補氫提純操作由每星期2～3次減少為每星期一次，且操作更有計劃性和針對性。

4 結(jié)語

綜上所述，密封瓦間隙異常將使發(fā)電機氫氣純度劣化速度加快，機組檢修時如果條件允許應(yīng)對燃機發(fā)電機密封瓦進行檢查調(diào)整。在機組運行中保持潤滑油的潔凈，對于提高調(diào)壓閥的控制精度，防止密封瓦及軸頸磨損，延長密封瓦的使用壽命是十分必要的。

對GE 9F燃機發(fā)電機氫氣純度隨時間的變化趨勢以及氫氣純度與補氫量的相互關(guān)系進行統(tǒng)計分析，根據(jù)分析結(jié)果有計劃地定期對發(fā)電機進行補氫提純操作，可極大地減少人員的操作量。

參考文獻

[1]陳昱.9F級燃機發(fā)電機氫氣及密封油系統(tǒng)[J].大型燃氣輪機發(fā)電技術(shù)上海電力，2006（3）：278-282.

[2]李曙光.發(fā)電機氫氣純度原因下降原因分析及治理[J].電力安全技術(shù)，2000（2）：16-18.

[3]楊建安，孫唐虎.發(fā)電機氫氣純度下降的原因分析及對策[J].陜西電力，2011，39（4）：85-86.