燃煤电厂两种单流环式密封油系统对氢气纯度影响的分析

何天骄陈跃明

浙江浙能嘉华发电有限公司

0 引言

嘉兴电厂3#和4#发电机及7#和8#发电机均采用单流环式密封油系统。3#和4#机组为660 MW亚临界机组，密封油系统采用东方电机股份有限公司（以下简称东方电机）提供的带高真空净油装置的密封油系统；7#和8#机组为1 000 MW超超临界机组，密封油系统采用上海汽轮发电机有限公司（以下简称上海电机）提供的带低真空净油装置及浮动油的密封油系统。虽然两者均为单流环式密封油系统，但流程设计及净油装置上存在较大差异，两者发电机氢气纯度也存在明显差异。两个公司给出的发电机氢气纯度合格值差别较大，其中3#和4#发电机氢气纯度合格值为98%，7#和8#发电机氢气纯度合格值为96%。

1 两种单流环式密封油系统介绍及对比

1.1 660 MW东方电机密封油系统

电机密封油系统见图1。系统流程：主机润滑油→主机润滑油供油管→真空油箱→密封油泵→滤网→油氢差压调节阀→发电机密封瓦→氢侧回油（空侧回油不经过扩大槽和浮子油箱直接回空气析出箱）→扩大槽→浮子油箱→空气析出箱→主机润滑油回油管→主机油箱。

图1660 MW东方电机密封油系统图

图2 1 000 MW上海电机密封油系统图

1.2 1 000 MW上海电机密封油系统

电机密封油系统见图2。正常运行时，密封油泵从密封油真空油箱中抽取密封油，然后通过冷却器和滤网把密封油送到发电机密封环，向密封环提供的密封油分别以大约相同的流量通过轴与密封环间的间隙流向密封环的氢侧及空侧。从密封环空侧排出的密封油直接流入密封油储油箱，再返回到密封油真空油箱；从密封环氢侧排出的密封油先进入发电机轴承前室的消泡箱，然后到氢侧密封油箱，再返回到密封油真空箱。

1.3 两种单流环式密封油系统对比

1.3.1 两种单流环式密封油系统参数对比

两种单流环式密封油系统参数对比见表1。

表1 两种单流环式密封油系统参数对比

1.3.2 两种单流环式密封油系统差异

正常运行时东方电机的密封油均由主机润滑油系统供应，回油全部返回至主机润滑油系统，整个密封油路呈开环式，不单独设置冷却器。上海电机的密封油系统为循环式系统，密封油在密封油路中循环流动，主机润滑油仅负责排补油，故设置了冷油器。

东方电机的密封油真空箱真空维持在-96 kPa左右运行，而上海电机的密封油真空油箱真空仅维持在约-40 kPa以上，其净化效果亚于东方电机。由于设计理念及机型容量差异，上海电机密封油的流量、压力、油氢差压均大于东方电机密封油系统，密封油与氢气的接触面积也相对大。

2 氢气纯度低的危害

氢气纯度过低会对发电机组造成下列影响：

1)混杂在氢气中的有害气体会造成发电机绝缘老化，铁芯及金属部件的腐蚀。

2)氢气纯度下降会导致冷却效率降低，造成发电机内构件的局部过热。

3)氢气纯度下降，气体密度增大，会增加发电机的通风损耗，降低发电机的运行效率。根据美国G．E公司介绍，一台运行氢压为0．5 MPa，容量为907 MW的氢冷发电机，其氢气纯度从98%下降到95%时，摩擦和通风损耗大约增加32%,即相当于损失685 kW，平均每下降1%对应约228 kW。单独通过定冷水温升情况折算出功率，对嘉兴电厂4号机的简单计算，发电机氢气纯度提高1%，定冷水减少约270 kW的吸热功率，相当于发电机减少约270 kW的摩擦和通风损耗。

4)氢气纯度下降至74%以下，可能引起氢气爆炸。

为提高发电机氢气纯度，需要进行排补氢操作，增加了人员的工作量和耗氢量，影响发电机组的运行经济性和安全性。

3 影响氢气纯度的因素分析

发电机补氢来源为厂内制氢站，根据化学检验报告，补氢品质能够得到保证，每次补氢纯度均在99．5%之上。

根据运行经验，影响氢气纯度的主要因素为密封油油质。密封油对发电机氢气纯度的影响，主要在于密封油内部不可避免地含有微量气体、水分，在密封油与氢气接触时，密封油内部气体和水分会挥发并释放到氢气中，使氢气受到污染，氢气纯度下降。为了降低密封油带入的其他气体和水分，需要将密封油提纯，提前将密封油内部气体、水分析出。东方电机及上海电机的密封油系统均布置了真空式提纯装置，但由于参数差异，密封油提纯效果差别较大，同时上海电机的密封油与氢气的接触面积大，导致发电机氢气纯度出现了较大差异。

4 解决措施及优化建议

4.1 东方电机密封油系统

嘉兴电厂3#发电机氢气纯度曾常年低于98%运行，即使对3#发电机进行排补氢工作，也很难将氢气纯度提高至98%。而同期4#发电机氢气纯度维持在98%以上运行。

通过一系列排查分析，发现3#机密封油真空箱液位偏低，提高3#机密封油真空箱的真空会导致3#机密封油泵出力波动，影响机组安全，因此当时为了机组的安全，没有刻意追求提高密封油真空箱的真空以提高发电机氢气纯度。在2013年3#机组大修期间，对3#机密封油真空箱补油浮球阀进行了调整，最终提高了密封油真空箱的液位。在此之后将3#机密封油真空箱的真空提高，密封油泵出力稳定，波动情况消失。但由于3#机密封油真空泵排气管道内凝水会倒流回密封油真空泵内，不及时排污更换油质，密封油真空泵出力会降低，密封油真空箱真空仍得不到保障，故3#发电机氢气纯度仍经常不合格。由于4#机密封油真空箱液位较高，密封油真空泵排气管道安装角度较好，没有凝水倒流至密封油真空泵内，密封油真空泵出力没有受到影响，因而4#发电机氢气能够维持高纯度运行。

为此对3#机密封油真空泵排气管道排水口进行了改造，消除了凝水倒流对密封油真空泵出力的影响，最终3#发电机氢气纯度提高到98%的合格值以上，在最近几个月内3#、4#发电机氢气纯度甚至均超过了99%。

4.2 上海电机密封油系统

7#、8#发电机氢气纯度合格值为96%，与具有双流环式密封油系统的发电机氢气纯度合格值相同，低于东方电机的氢气纯度合格值。虽然合格值标准较低，在运行中7#、8#发电机氢气纯度却时常会出现不达标的情况。

从密封油流程角度，7#、8#发电机密封油接触到空气的比例要比由主机润滑油供应的3#、4#发电机密封油小，油中含其他气体量应明显低于3、4号发电机密封油，但氢气纯度却明显低于98%，未体现闭式循环密封油系统的优势。相比而言导致发电机氢气纯度偏低的原因主要在于7#、8#发电机密封油真空油箱的真空不高，净化效果不佳，这是从原设计带来的问题，不可避免。但是，有时达不到96%的合格值，由此说明现场存在缺陷或设备工作异常的情况。

系统在运行中，时常会发现密封油排油烟风机排气管道及进气管道，以及密封油真空泵排气管道有油水积聚，若不及时排放，将会导致密封油排油烟风机及密封油真空泵的出力不足。由于密封油真空泵排气管道接入密封油排油烟风机进口管道，因此，密封油排油烟风机的出力也会在一定程度上影响密封油真空泵的出力，在运行中这些情况经常发生。若此时氢气去湿装置工作异常，将加剧氢气纯度的下降，氢气纯度往往达不到合格值标准。

通过恢复氢气去湿装置的正常运行、加强对密封油排油烟风机管道及密封油真空泵排烟管道的放水排污工作，7号发电机氢气纯度已优于合格值。

4.3 系统优化建议

通过以上分析及现场对氢气纯度达标治理的经验总结，上海电机的密封油系统有优化空间，其氢气纯度可得到大幅度提升。参考东方电机密封油系统，结合上海电机密封油系统的现场布置，可将上海电机密封油真空油箱安装高度提高约2 m，并将上海电机密封油真空泵更换为大出力密封油真空泵，以将密封油真空油箱的真空能提至接近东方电机产品的水平，在加强密封油净化效果的同时，避免影响密封油泵的出力，最终上海电机氢气纯度可提升并优于东方电机的氢气纯度合格值水平。

5 总结

两种单流环式密封油系统在流程、参数上的差异，导致了发电机氢气纯度的明显差异。通过分析两种单流环式密封油系统在运行中影响发电机氢气纯度的原因，经实际操作，成功解决了两种发电机氢气纯度不达标的问题。