如何解决氢冷汽轮发电机的内漏油问题

姚德权 任秀春
哈尔滨电机厂，哈尔滨市，150040 众所周知，大容量汽轮发电机大多采用氢冷方式。凡采用氢冷方式的发电机就必须相应设置轴封装置即油密封装置，用于密封转子与端盖之间的动、静间隙，阻止氢气外泄。这是国内外通行的、成熟的及唯一的密封手段。值得注意的是，根据运行部门反映：相当一部分氢冷机组自投入使用之日起，其密封油漏人机内的问题(即内漏油简称漏油)就随之而来并且普遍存在。内漏油不仅是资源及能源的浪费，而且会污染电机绝缘、降低机内氢气纯度、增加机内氢气湿度，对机组的安全运行构成潜在威胁；同时，漏人机内的油经排污管排出废弃后还会造成环境污染。因此，应当认真解决好内漏油问题。 然而令人遗憾的是，由于有关单位及有关人员，甚至包括相当一部分专家，对此问题及其产生的原因并没有一个正确及清晰的了解，10多年来，只停留在“造成内漏油的原因是压差阀和平衡阀跟踪不好”这一原始的、模糊的、甚至是错误的概念上，与之相应的措施也不可避免地局限在“解决压差阀和平衡阀的跟踪性能”这一低级手段上。因此，总结经验、汲取教训、去伪存真、有的放矢，已成为当务之急。本文以运行实例为依据，在认真调查研究的基础上，对此问题及其产生的原因进行全面系统的分析，意在澄清事实，达到对症下药、根除顽疾之目的。1油密封装置及其密封油系统分类1．1油密封装置分类氢冷汽轮发电机的油密封装置按其核心部件——密封瓦的型式分为盘式油密封和环式油密封2类。前者大多用于100 MW及以下容量的中小机组，后者则广泛用于大容量机组。环式油密封装置又根据其密封瓦的结构及供油方式的不同又可划分为单流环式油密封和双流环式油密封2种。理论上，单流环因为只有1道密封油会使机内氢气与机外空气易于接触混合，从而导致运行中机内氢气纯度下降较快；而双流环因为拥有2道密封油，不仅提高了其可靠性，也会使机内氢气与机外空气不易接触混合，从而减低机内氢气纯度下降的速度。但实际情况并非完全如此。双流环式油密封又根据其密封瓦的结构及数量不同而分为双流单环和双流双环2个品种。双流单环结构相对简单，对油量的需求相对较大，但其对安装精度要求较高；双流双环结构复杂，但其对油量需求较小，对安装精度要求较低，而且随动性最佳，特别易于与平衡阀配合保持氢侧油压与空侧油压最大限度地平衡(曾有表计指示两侧油差压为0)。1．2密封油系统分类密封油系统按单流环式油密封和双流环式油密封分为单流式和双流式两大类型；按其核心部件——压差阀的不同及其工作方式的不同又可划分为阻流增压式采用活塞式压差阀和泄流泄压式采用波纹管式压差阀两大流派。活塞式压差阀又分为静止活塞式和旋转活塞式2种；波纹管式压差阀又分为硅青铜波纹管、不锈钢波纹管和橡胶波纹管等种类。早期国产氢冷机组均采用静止活塞式压差阀及其阻流增压式密封油系统，而引进机组及近期采用引进 技术制造的国产机组均采用波纹管式压差阀及其泄 流泄压式密封油系统。因此，两者又分别被称为国产型密封油系统及引进型或引进技术型密封油系统。目前，已有数台配有国产型密封油系统的机组 改造为引进技术型密封油系统，而且大有盲目形成 趋势的可能。2 发电机内漏油故障分类 近来经常发现：某机组发生漏油故障后，运行人 员只能笼统地报告机组漏油，而漏油故障的表现形式、故障原因则难以讲清楚，因而处理措施也就无从 谈起。如果按漏油的表现形式、产生原因或影响因 素等进行分类，就会指导运行人员在发生故障的第 1时间及第1现场进行系统的观察和必要的试验或 验证，从而有针对性地提出处理措施或防范措施，进 而使处理漏油问题规范、有序地进行。内漏油故障按其表现形式分为以下几类。2．1稳态漏油在任何时间及任何工况下均存在连续漏油现 象，这是最为严重也最为复杂的一种。2．2 暂态漏油仅在某一段时间或某一工况下发生连续或间断 漏油的现象，这是较为复杂的一种。2．3 低氢压漏油 在机内氢压低于0．1MPa、0．08MPa、0．05MPa 甚至更低的工况下发生连续或间断漏油的现象，这是暂态漏油故障之一。2．4 置换过程漏油在发电机机内由空气状态转为氢气状态或由氢 气状态转为空气状态的置换过程中发生连续或间断漏油的现象(而且与低氢压漏油情况极为类似)，这 是最易于发生也最为常见的一种情况，也是暂态漏 油故障之一。2．5 雾状漏油 密封油在其循环流动过程中特别是在转轴高速 旋转作用下，其中一部分可能在油挡内形成雾状(也 称为油烟)，而最末一级油挡与转子风扇负压区彼此 相邻，一部分密封油可能以雾状进入发电机内并构 成稳态漏油故障之一。3 发电机内漏油故障的原因分析 3．1 压差阀、平衡阀跟踪性能差能否造成内漏油 要回答此问题，就要分析压差阀、平衡阀跟踪性 能差会造成什么结果，且该结果是否与漏油故障有关。 3．1．1 压差阀压差阀的作用是调节控制密封油压与机内氢压 之间始终保持在规定范围内的压差(即油压高于氢压)。当机内氢压变化时，压差阀应调节密封油压自 动跟踪氢压的变化。如果压差阀跟踪性能不好，就 会导致氢—油压差偏离规定范围。以前，相当一部分专家想当然地认为，只要氢—油压差变大并超过0．06MPa，就会发生漏油。然而，多台引进机组或引 进技术制造的国产机组，设计规定其氢—油压差额 定值为0．084MPa(误差范围为0．0740u 0．094MPa)， 证明上述观点显然不对。此后，仍有相当一部分专家认为，氢—油压差大于0．094MPa时就会发生漏 油。笔者认为，从理论上讲，压差增加意味着油的流 量增加，而任何循环装置的回油容量均大于进油容 量且有裕度(早期生产的国产机组例外)，油量增加显然不会导致漏油；从实践上讲，某电厂1台600 MW机组在试运过程中氢—油压差曾分别达到 0．10，0．12，o．14，0．16，0．19MPa，却没有发生漏油。 由此可见，压差增大是不会引起漏油故障的。那么 压差减小就更不会引起漏油了，当然，压差过小(低 于O．017MPa)时会导致密封破坏，氢气逸出，但这与 本议题无关。3．1．2 平衡阀平衡阀的作用是调节控制(双流式密封油系统) 氢侧密封油压与空侧密封油压之间始终保持在规定 范围内的压差，以确保两路油互窜量很小，其差值越 小表明其精度越高。当机内氢压变化引起空侧油压 发生变化时，平衡阀应调节氢侧密封油压自动跟踪 空侧密封油压的变化。如果平衡阀跟踪性能不好， 就会导致两侧油压差偏离规定范围(变大)．当原来 的空侧油压高于氢侧油压时，压差增大意味着空侧 油向氢侧油的窜油量增大，进而增加氢侧密封油箱 的排油次数；而当原来氢侧的油压高于空侧油压时， 压差增大意味着氢侧油向空侧油的窜油量增大，进 而增加氢侧密封油箱的补油次数。这2种情况均不 能直接导致漏油故障的发生。 3．2 漏油原因分析笔者认为，导致漏油故障的直接原因是氢侧密 封油回油不畅或不能回油。 3．2．1 低氢压(或低气压)漏油的原因 低氢压漏油的原因是氢侧油不能回油，不能回 油的原因是不能排油导致油箱满油。自动排油的机理：正常氢压下，当油位升高需要排出时，浮球式或 电磁式排油阀应自动打开，较高的氢压可将多余的 油量压出油箱；而低氢压下，尽管油位升高会使排油阀自动打开，但由于没有足够的氢压将油压出油箱，所以就不能实现自动排油。可见此工况下需要进行手动排油。手动排油的机理是：在油箱底部与空侧 油泵人口处设置1条管路及1个手动常闭阀门，在低氢压工况打开此阀，靠空侧油泵的较大的吸力将多余的油量排出。当氢压较低且油箱油位升高时，如果没有低氢压排油管(未设计)或虽有低氢压排油管但其未打开 (未操作)，同时自动排油目的地的高度(约9m)比 油箱高度(约1．5m)高，那么，油箱不但不能排油，甚至可能补油，从而导致满油，进而导致氢侧油不能回 油，只能漏入机内。需要说明的是，油箱油位升高分为正常和非正 常2种情况。正常升高的原因有2条：一是空侧油与氢侧油在正常精度范围内窜油(空侧高于氢侧)； 二是氢压低使平衡阀偏离其最佳工作区，导致其跟踪性能严重下降，加大空侧向氢侧窜油量。非正常 升高的原因也有2条：一是平衡阀本身精度差；二是 自动补油阀因失灵不能关闭，导致不间断补油。3．2．2 置换过程漏油的原因 置换过程漏油的原因与低氢压(或低气压)漏油 的原因相同，因为无论是置换充氢还是置换排氢都 必须经过低氢压(或低气压)过程。置换过程与低氢 压(或低气压)工况的区别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 暂态漏油的原因3．2．3．1 氢压正常，但自动排油阀因失灵不能打开 排油，导致油箱满油。排油阀失灵的情况有：(1)浮 球阀因浮球渗漏或机构卡涩不能打开。(2)电磁阀 因吸力不够或线圈烧损不能打开。3．2．3．2 在油箱油位正常或油位较高需要排油的 情况下，油箱油位信号器因失灵而指示错误，误导运 行人员错误地向油箱连续补油，导致油箱满油。油 位信号器失灵的情况有：(1)信号器浮子因渗漏不 能正确浮起指示。(2)油箱内浮子无限位而油箱外 磁珠有限位，当浮子浮得过高时磁珠与浮子脱离吸 引而下降导致错误指示。3．2．4 雾状漏油的原因 雾状漏油的机理及可能性尚属推测，目前还没 有直接的或有力的证据加以证实。其主要原因可能 是由于内油挡的间隙过大及回油不畅。 3．2．5 稳态漏油的原因 稳态漏油的主要原因是回油不畅。除雾状漏油 外，另有3种稳态漏油：3．2．5．1 回油管因存在死弯，增加了回油阻力，只能使一部分油回到油箱而另一部分油则漏入机内。3．2．5．2 回油容量过小(回油孔存在缩颈)，此种情 况曾经多次在多台早期生产的200MW机组上发 生。 3．2．5．3 油箱回氢管内因存油形成“气封”，导致不 能正常回氢，从而使油箱内氢压逐渐升高对回油形 成气堵。然而，此种漏油的机理及可能性同样尚属 推测，目前还没有直接的或有力的证据加以证实。4 解决措施及改进意见 4．1 解决稳态漏油(即回油不畅)的具体措施 4．1．1 解决回油容量过小问题。这对国产100MW 机组及早期生产的200MW机组尤为重要。尽可能 将其端盖氢侧回油孔缩颈扩大是必要的和最佳的选择。4．1．2 检查并消除氢侧回油管存在的死弯。这是 一个简便易行的手段。4．1．3 回氢管存油问题。这是一个目前既不能检 查又不能处理的问题。必须在设计上进行改进，例 如：在回氢管上增加1个放油阀门而且该阀门两边 必须各设置1个隔离阀门。这样改进后，就可以做 到既能检查又能排出回氢管内的存油。4．1．4 油挡间隙是否过大，只能在解体时检查并处 理，同时要靠安装质量来保证。4．2 解决暂态漏油(即不能回油)的具体措施 应着重消除密封油箱补、排油环节及其油位信 号装置存在的一系列影响其可靠性的缺陷。尤其要 解决诸如信号器浮子渗漏、浮球阀浮子渗漏以及信 号器浮子无限位等一系列低级缺陷。对于置换过 程、低氢压工况以及同时存在的排油目的地比油箱 高的问题，除必须设置低氢压排油管及排油阀外，运 行人员必须认真正确地操作(闭锁自动阀同时手控 手动阀)。当然，为实现整个运行过程(包括低氢压 工况及置换过程)的全面自动化以满足各电厂逐步 减少运行人员的趋势，应对密封油箱的手动补排油 环节进行改进，具体方案如下：4．2．1 将低氢压手动排油阀改为自动排油阀(浮球 式或电磁式)，同时取消或保留原自动排油阀。这是 一种最为简单的方案。其缺点是低氢压时的排油速度过快。 4．2．2将密封油箱安装位置改在6m平台，将排油目的地由氢油分离箱回油口的U形管处(约10m高)改为汽轮机主油箱处(油位约3m)，同时适当加大回油管的管颈(减小排油阻力)，使其在低氢压情况下靠油位差的驱动来实现自动排油。这是一种较为简单的方案。其缺点是低氢压时的排油速度较慢。4．2．3为克服排油速度较快或较慢的缺点，可保持原设计不变，将手动排油阀改为1个或2个自动阀，其打开条件由低氢压和油位高2个信号共同控制。4．2．4关于油箱容积的选择。目前使用的油箱容积分为大(约0．8m³)、小(约O．3m³)2种，国产设计原为大油箱，引进技术为小油箱。显然，小油箱对各部件或装置的精度要求是非常高的，匹配不当将会经常造成油箱满油或缺油。针对暂态漏油问题而言，油位由正常高度升高到报警高度以及继续升高到满油状态的时间，将因油箱容积的加大而延长或因油箱容积的减小而缩短，所以，大容积显然要比小容积好。因此，应当采用大油箱甚至进一步加大容积。同时将油箱立式安装，顶部改为可拆卸的全端式法兰盖，以便于检查或检修油箱内部。4．3对密封油系统进行改造应注意的问题实践证明，活塞式压差阀及其所代表的阻流增压式密封油系统与波纹管式压差阀及其所代表的泄流泄压式密封油系统两者均发生过漏油故障，同样散装式密封油系统与集装式密封油系统两者也均发生过漏油故障。如果片面地认为后者是前者的换代产品，将前者改造为后者就能完全彻底地解决漏油问题，那是一种极其错误和极不负责的行为，应当迅速果断地加以纠正。将用在这方面的大量精力及其人力、物力、财力分出一小部分(约为1／10)用在对密封油箱补排油环节进行缺陷处理、设计改进及关键部件的升级换代上则是无可争辩的、唯一正确的选择。4．4建议建议国家电力公司与国家机械总局定期共同召开有关此问题的经验交流及学术研讨会，以澄清是非、统一认识。参加会议的人员除制造部门及运行部门的专家外，还应包括双方的决策者(即高层领导)，因为这里除涉及技术研讨及方案制定等工作外，还包括人力、物力、财力的投入以及运行或停机过程中的观察、试验及诊断，特别是停机检修或改造时间的安排及调度。只有这样才能促进漏油问题在短期内迅速解决。

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