淺析氫冷發(fā)電機(jī)漏氫

淺析氫冷發(fā)電機(jī)漏氫

通遼霍林河坑口發(fā)電有限責(zé)任公司霍林郭勒029200【Summary】：對(duì)600MW發(fā)電機(jī)漏氫的問題進(jìn)行了研究與分析，并根據(jù)發(fā)電機(jī)端部結(jié)構(gòu)及氫氣特性，經(jīng)過多次實(shí)踐，確定在發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)密封焊縫處加裝新的密封裝置，使用密封膠填充的辦法，解決發(fā)電機(jī)端部熱漲、振動(dòng)的影響，經(jīng)過一年的運(yùn)行檢驗(yàn)，發(fā)電機(jī)漏氫量達(dá)到國家電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)，消除設(shè)備隱患，具有較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益?！綤eys】：冷卻介質(zhì)；氣密試驗(yàn)；漏氫；密封焊縫【前言】：XX發(fā)電有限責(zé)任公司#1發(fā)電機(jī)于2008年4月投產(chǎn)發(fā)電，2014年發(fā)電機(jī)大修后，做發(fā)電機(jī)氣密試驗(yàn)，漏泄量超標(biāo)，使用氫氣檢漏儀細(xì)致檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)與氫冷器室連接端板下部焊縫有兩點(diǎn)比較嚴(yán)重的漏氫點(diǎn)，漏氫量在16立方米/24h左右。按標(biāo)準(zhǔn)24小時(shí)的氫氣漏泄量應(yīng)不大于10m3/d。雖然現(xiàn)場(chǎng)采取了一定的臨時(shí)性措施，但未從根本上解決發(fā)電機(jī)漏氫問題，對(duì)發(fā)電機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行造成事故隱患。根據(jù)國家電力公司《二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中有關(guān)發(fā)電機(jī)部分內(nèi)容的要求，經(jīng)過幾年來對(duì)發(fā)電機(jī)漏氫的原因、治理方法進(jìn)行研究和試驗(yàn)，在2020年機(jī)組大修中，對(duì)發(fā)電機(jī)漏氫問題進(jìn)行了徹底的解決，保證了機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。【正文】發(fā)電機(jī)基本參數(shù)與端部結(jié)構(gòu)該公司#1發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN-600-2YHG，有功功率660MW；無功功率300.26MVAR；定子電壓20KV；定子電流20377A；發(fā)電機(jī)容積（氫氣）110m3；工作氫壓0.4MPa；發(fā)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)由發(fā)電機(jī)本體及汽、勵(lì)兩側(cè)的氫冷器室組成，氫冷器南北分布，立式放置，本體與氫冷器室連接處使用厚度為100mm的鋼板作為連接端板，止口裝配，本體端板內(nèi)側(cè)四周加工螺孔，用螺栓緊固，點(diǎn)焊防松，端板內(nèi)部設(shè)計(jì)與發(fā)電機(jī)冷、熱風(fēng)路相配合，此型結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)分部運(yùn)輸，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，組裝時(shí)需將定子機(jī)座墊起，安裝兩側(cè)氫冷器室，然后起吊密封小室，進(jìn)行裝配。連接端板表面覆蓋密封膠，接合縫隙圓周焊接起到密封作用，由于受安裝工藝及電機(jī)運(yùn)行中的發(fā)熱、振動(dòng)等因素的影響，尤其勵(lì)側(cè)密封焊縫易出線砂眼或開裂，造成發(fā)電機(jī)漏氫。此種結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)的氫冷器室不易過長(zhǎng)，影響發(fā)電機(jī)結(jié)合面密封焊縫的現(xiàn)場(chǎng)檢修。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的大型發(fā)電機(jī)在定子機(jī)座汽勵(lì)兩端頂部分別橫向布置氫氣冷卻器，冷卻器外罩與發(fā)電機(jī)本體結(jié)合面密封焊接而成，具有足夠的強(qiáng)度和氣密性，同時(shí)便于設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的缺陷處理。氫氣在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的作用我國對(duì)氫冷發(fā)電機(jī)已有50余年的運(yùn)行歷史。用氫氣做冷卻介質(zhì)比空氣有一系列的優(yōu)點(diǎn)：如導(dǎo)熱系數(shù)、相對(duì)傳熱系數(shù)分別為空氣的7倍及1.4-1.5倍：密度為空氣的1/14---1/10；；通風(fēng)摩擦損耗為空氣的1/10。是一種較為理想的冷卻介質(zhì)。但在一定條件下能發(fā)生著火和爆炸，這些條件是：1)氫氣占空氣體積的4%-75%；2)處于密閉的容器中；3)有明火。氫冷發(fā)電機(jī)的漏氫及其危害由于氫氣的分子量最小，是最輕的氣體，其滲透性和擴(kuò)散能力很強(qiáng)。對(duì)于高氫壓的發(fā)電機(jī)，如密封系統(tǒng)不嚴(yán)，極易發(fā)生氫氣泄露。3.1漏氫的類型3.1.1外漏：發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣通過泄露點(diǎn)至機(jī)殼外的空氣中即為外漏。通常易泄露的部位如端蓋或端罩與機(jī)座結(jié)合面、端蓋的上下半端蓋結(jié)合面、端蓋與密封瓦座結(jié)合面、氫管路截門不嚴(yán)、轉(zhuǎn)子滑環(huán)導(dǎo)電螺釘及轉(zhuǎn)子中心孔端面堵板不嚴(yán)等，定子出線套管漏氫（漏入密封母線中）也屬外漏之列。由于氫氣在空氣中能迅速擴(kuò)散，在距泄露點(diǎn)0.25m以外已難于發(fā)現(xiàn)氫氣的存在，漏入封閉母線存在危險(xiǎn)。3.1.2內(nèi)漏：氫氣在機(jī)內(nèi)漏入內(nèi)冷水中或密封油箱及主油箱中，對(duì)發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行危害極大。如水氫氫冷卻方式的發(fā)電機(jī)，定子空心銅線因各種原因存在漏點(diǎn)時(shí)，氫氣漏入水中，阻礙水的正常循環(huán)和降低了冷卻水量。另外一種內(nèi)漏是由于氫系統(tǒng)中平衡閥性能不好，使氫側(cè)油大量竄入空側(cè)，或密封瓦座結(jié)合面漏氫，氫氣隨著密封瓦的空側(cè)回油而竄入汽機(jī)主油箱，在不利條件下形成氫氣爆炸。3.2發(fā)電機(jī)漏氫的危害3.2.1內(nèi)氫壓不能保持額定植，影響發(fā)電機(jī)的冷卻能力，即影響發(fā)電機(jī)的出力。3.2.2氫氣消耗過大，導(dǎo)致制氫站補(bǔ)給困難。嚴(yán)重不足需外地購氫時(shí)要耗費(fèi)大量資金。3.2.3發(fā)電機(jī)周圍氫氣彌漫，容易造成著火甚至爆炸事故，嚴(yán)重危害人身及設(shè)備安全。研究思路及方法由于該發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中存在氫氣外漏問題，曾于17年機(jī)組小修中，聘請(qǐng)專業(yè)焊工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)焊；2019年機(jī)組大修中，由生產(chǎn)廠家專業(yè)人員進(jìn)行處理，并在下部焊縫覆蓋密封膠，受漏點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)限制（見附圖1），加上現(xiàn)場(chǎng)處理的難度大，發(fā)電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后漏氫量仍然超標(biāo)，未達(dá)到治理效果；19年機(jī)組小修中，采用臨時(shí)措施，對(duì)焊縫漏氫點(diǎn)部位焊接密封盒，將漏氫排放到室外去，雖然降低了機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，但未從根本上解決發(fā)電機(jī)漏氫問題。

附圖1通過對(duì)發(fā)電機(jī)端部結(jié)構(gòu)研究分析，在安裝過程中，端板內(nèi)部氫氣風(fēng)路結(jié)合處較多，檢查發(fā)現(xiàn)存在間隙為0.05-0.2mm。對(duì)于0.3MPa氫壓而言無法采取有效的密封措施，現(xiàn)場(chǎng)檢查法蘭螺栓固定良好未發(fā)現(xiàn)螺栓松動(dòng)現(xiàn)象，并且如重新緊固螺栓可能帶來其他不良后果，因此采取外部堵漏法，滿足發(fā)電機(jī)焊縫處承受0.3MPa以上氫壓，運(yùn)行溫度為70℃左右和振動(dòng)的運(yùn)行要求，采用雙層密封結(jié)構(gòu)方式，一方面加固密封盒裝置，補(bǔ)焊處理；另一方面選擇優(yōu)質(zhì)密封填料，性能指標(biāo)滿足運(yùn)行條件，將密封盒內(nèi)空間充滿，保持0.01-0.02MPa的壓力。工作內(nèi)容及結(jié)果分析5.1在停機(jī)抽轉(zhuǎn)子后，確認(rèn)泄漏點(diǎn)5.1.1采用反加壓法，即在外部焊接的密封盒內(nèi)加壓0.4MPa，在機(jī)外確定大漏點(diǎn)的位置，然后對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行徹底封堵，并對(duì)密封盒焊縫全部做密封處理。方法是電焊和密封膠封堵。5.1.2在密封罩內(nèi)加壓0.4MPa，檢漏確認(rèn)焊縫不漏后在密封盒下部底版位置鉆三個(gè)M20孔；并利用此孔對(duì)密封盒內(nèi)加注密封填料，填料選擇為應(yīng)用于發(fā)電機(jī)大蓋密封槽的密封膠。5.1.3利用北側(cè)下部注膠孔將密封盒注滿，注膠數(shù)量為60公斤左右，然后將密封盒上部排氣孔用螺栓封住。5.1.4對(duì)充氣管路、排氣管路和注膠孔進(jìn)行密封處理。5.1.5對(duì)發(fā)電機(jī)定子整體裝配面采用新的密封材料進(jìn)行密封，并保證這些面檢漏不發(fā)生泄露。5.1.6對(duì)整機(jī)進(jìn)行氣密試驗(yàn)，并對(duì)發(fā)生的漏點(diǎn)包括其他新發(fā)生的漏點(diǎn)進(jìn)行處理，掌握密封膠的性能和使用工藝方法。5.1.7密封盒的密封要考慮溫度變化產(chǎn)生的影響，保持0.01-0.02MPa的壓力（停機(jī)時(shí)）。5.2結(jié)果分析5.2.1發(fā)電機(jī)氫氣漏量檢前、檢后對(duì)比發(fā)電機(jī)日補(bǔ)氫量統(tǒng)計(jì)時(shí)間（2020年）補(bǔ)氫量/日（立方米）檢前340.62441.74537.66檢后911.17109.46114.12結(jié)論6.1消除漏氫從機(jī)組運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上看，此次治理徹底解決發(fā)電機(jī)漏氫問題，日均漏泄率達(dá)到《汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程》的要求，消除運(yùn)行中機(jī)組安全隱患；6.2完善和改進(jìn)發(fā)電機(jī)制造、安裝工藝缺陷6.2.1此臺(tái)發(fā)電機(jī)與氫冷器室結(jié)合面連接螺栓在機(jī)殼內(nèi)，適宜外部焊縫密封。6.2.2如結(jié)合面連接螺栓在機(jī)殼外固定，適宜在內(nèi)部縫隙焊接密封，例如發(fā)電機(jī)與密封小室結(jié)合面，目前安裝的發(fā)電機(jī)此處漏氫缺陷較多，應(yīng)在發(fā)電機(jī)設(shè)備安裝時(shí)進(jìn)行焊接密封，以免設(shè)備投運(yùn)后處理較為困難。6.2.3避免因發(fā)電機(jī)漏氫事故造成機(jī)組跳閘，防止由于發(fā)電機(jī)氫氣泄露對(duì)本身及其