某厂#2发电机漏氢大原因分析

       摘要:结合1000MW机组发电机冷却方式和结构特点,对某电厂1000机组#2发电机漏氢大原因进行了分析,对设备机构、系统运行及检修方面提出相应的防范措施,为同类机组解决类似问题提供借鉴和参考。

 

引言
        某厂发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司制造的QFSN-1030-2-27型三相交流隐极式同步发电机,发电机冷却方式为水氢氢,即定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定子铁芯及引线氢冷。
3月9日发现#2发电机补氢量增大至33m3/d,补氢频次增多。
        日漏氢量合格标准为23m3/d以内。
        发电机漏氢是氢冷发电机普遍存在的问题,大量漏氢会导致氢压下降,影响发电机冷却,从而限制发电机带负荷。漏氢严重时可能造成发电机周围着火,甚至引起氢气爆炸,造成发电机损坏甚至机组停机。

 

1  发电机漏氢途径
        发电机漏氢的途径通常有外漏氢和内漏氢两种。外漏氢是指发电机内的氢气通过泄漏点漏到机壳外的空气中。由于氢气在空气中扩散迅速,在距离漏氢点0.25m以外的空气中就很难发现氢气的存在,通常情况下这种漏氢危险性极小。因为标准状况下,氢气密度仅为空气的1/14,是地球上最轻的物质;氢的分子运动速度最快,从而有最大的扩散速度和很高的导热性,其导热能力是空气的7倍;而且氢气的密度很小,其流动阻力也很小。如果氢气漏到大气中,可以通过检漏找到漏点加以消除,如发电机端盖、定子上的所有法兰孔、气体管路系统、出线盒、机座冷却器等处的漏氢。
        另一种则是由于油氢差压阀性能不好,使氢气大量窜入空侧或密封瓦结合面漏氢,通过密封瓦进入密封油系统。氢气随着密封瓦的空侧回油而进入汽轮机主油箱,并在主油箱内形成爆炸性气体的内漏氢。还有一种内漏氢是在发电机定子绕组的空心导线内的水压低于机内的氢压时,当空心导线的严密性遭到破坏,氢气便先漏入定子绕组空心导线内冷水中,阻碍水的正常循环,降低了冷却水量。另外,氢气漏入氢气冷却器的冷却水或封闭母线中也属于内漏氢。

 

2  发电机漏氢的原因分析
 

2.1氢冷器由于管道振动大漏氢
        发电机氢冷器采用开式水循环系统冷却,连接氢冷器进出口的冷水管道振动造成法兰紧固螺栓松动,法兰密封垫在外力的振动下出现疲劳破损,导致漏氢气。华电某电厂600MW机组多次因氢冷器管道振动大漏氢导致的被迫停机事件的发生。
        氢冷器管道振动大的原因有:
        2.1.1机组停运后,发电机温度降到正常后,未及时停运氢冷器,氢冷器内有空气存在未及时排放。我厂#2机组停运后经常出现氢冷器处管道振动大现象,未引起重视。 
        2.1.2机组启动过程中,运行人员在投入氢冷器的冷却水时,冷却器注水排气不彻底或者未进行排气操作,导致空气聚集在冷却器内,造成氢冷器及进、出口冷却水管道振动。
        2.1.3由于启动开式水循环水泵时氢冷器未进行排空气操作,造成冷却水系统管道振动。
        2.1.4氢冷器冷却水的进、出口阀门开度调节不当,进口阀门开度小而出口阀门开度大,导致氢冷器内冷却水未充满整个空间,空气聚集,造成管道振动。
        2.1.5开式水系统压力突变(如启停开式冷却水泵)时,若冷却水系统局部聚集有空气,将造成冷却水管道水冲击振动。
        2.1.6氢冷器冷却水的进水压力调节不当,管道内流体流速快,造成管道晃动。
        2.1.7氢冷器布置在发电机的4个角,距冷却水供回水母管较远,受发电机出口电流互感器、管道等设备的影响,冷却水供、回水管道的弯头数量较多,管道的弯头受流体流量、流速等变动频率的冲击,造成冷却水管道振动。

 

2.2 氢冷器及端盖气密罩焊缝漏氢
        氢冷器端罩和结合面也是经常漏氢的部位。主要漏氢的原因有:
2.2.1安装不良导致氢冷器端盖与机壳之间法兰密封压板的螺栓未牢靠紧固,法兰密封垫有刮痕、破损。
2.2.2发电机氢冷器端盖的法兰密封垫老化,未及时更换,很容易造成密封垫破损而漏氢气。

 

2.3密封油系统压差阀跟踪不良造成漏氢
        正常运行时密封油压力应该比氢气压力高40kPa以上,密封油才能把氢气密封在定子内部,由于温度或其他原因造成氢气压力变化时,密封油压必须相应变化,保证油氢压差维持在60kPa左右,压差高会造成密封油进入定子内部,压差低会造成密封不严漏氢,油氢压差阀就是起到根据氢气压力的变化来随时调整密封油压力的作用。

 

2.4密封瓦漏氢
        密封瓦座垫片损伤或有毛刺。机组的密封瓦座用螺栓固定在端罩上,密封瓦座和端罩结合面之间有1层环氧树脂的绝缘垫,此垫片安装前应仔细检查有无裂纹、毛刺,安装中也要小心不能碰伤。再者密封座结合面有间隙、密封瓦间隙大也可能导致漏氢。

 

2.5 出线罩漏氢
        造成出线罩漏氢的原因主要有以下2个方面:
        2.5.1 密封涂料受热熔化被挤出.出线罩和定子的结合面涂有密封涂料,在常温下密封效果很好,但是发电机满负荷运行后定子内氢气温度升高,造成密封涂料熔化变软,从结合面挤出造成氢气泄漏。
        2.5.2 密封效果不好。发电机出线罩和发电机基础、定子之间的间隙很小,造成密封焊操作困难,可能会造成焊缝有气孔、夹渣,也是漏氢的一个原因。此外出线罩与定子之间的对口间隙、焊接电流、焊接顺序也对出线罩密封焊质量有很大影响。

 

3 结论
        综上所述,应先对氢气外漏情况进行彻底排查,特别是氢冷器、氢气系统的阀门、发电机底部、发电机励端轴瓦处等地方,因氢气在空气中扩散迅速,在距离漏氢点0.25m以外的空气中就很难发现氢气的存在,所以排查要用较为灵敏的漏氢检测仪等仪器,在设备0.25m范围以内进行排查。
        再者吸取华电某电厂600MW机组被迫停机事件教训,消除氢冷器由于管道振动大漏氢的现象,特别是启停机组时加强氢冷器管道放空气,机组停运后及时停运氢冷器,正常运行中定期工作中加强氢冷器管道排空气次数。
        对于氢气内漏情况,应对密封油系统和定冷水系统的排空管加强漏氢的检测,对于密封油系统的压差阀跟踪情况、滤网脏污情况等进行择机检查。
        利用机组检修机会对密封瓦座垫片、密封瓦间隙大小、发电机出线罩、氢冷器及端盖气密罩焊缝等进行检查,彻底解决漏氢现象。

汽轮发电机漏氢小知识

发电机漏氢的危害

①不能保证氢压的额定值,从而影响发电机的出力。

②消耗氢气过多,造成制氢频繁,成本高。

③发电机系统可能着火、爆炸,造成损坏。

漏氢的途径和部位

两种途径:

1、外漏。发电机本体存在漏点,造成氢气向大气泄漏。

2、内漏。①密封油系统的平衡阀调节灵敏度不好,氢侧往空侧窜油,进入空侧油箱随排烟风机排入大气。②定子线圈冷却水管路有漏点,因机内氢压略高于定冷水水压,造成氢气进入定冷水系统。③氢气冷却器铜管有漏,造成氢气进入开式冷水系统。④定子出现套管有漏,漏入封闭母线。

常见的漏氢部位

①端罩与机座结合面漏氢。

②端盖与端罩及上下半端盖结合面漏氢。

③端盖与密封瓦座结合面。

④定子引出线套管漏氢。

⑤氢气冷却器上下法兰与机壳结合面处橡胶垫腐蚀或冷却管破裂引起漏氢。

如何查找漏氢

①机组停运之后找漏,一般在氢气置换空气后,做发电机的气密性试验。

②运行中发电机找漏,借助微量氢测定仪,查找漏氢部位。如果在氢冷器冷却水排空侧测到氢,应确定属冷却器有漏;如定冷水顶部氮气流量计有走动,应怀疑定子冷却水管有漏。