发电机密封油氢侧供油单元技术改造

李川斌，邹品松

（华电青岛发电有限公司，山东 青岛 266031）

0 引言

某电厂 300 MW机组型号为 C300-16.7/0.79/538/538，发电机为QSFN-300-2型水氢氢冷汽轮发电机，采用的是双流环密封结构［1］的密封瓦，这是密封发电机端盖的关键，密封瓦上有2个环状配油槽，即空侧和氢侧2个油路，油沿转轴穿过密封瓦内径和转轴之间的间隙中窜流。

密封油系统［2］为密封瓦提供油源，一是保证油压始终高于发电机内氢气压力，从而防止氢气从发电机逸出；二是通过平衡阀调整使氢侧油压与空侧油压保持基本平衡，防止与外界接触的空侧油中溶解的空气、水分等窜向氢侧油，进而扩散到发电机内降低氢气的纯度。

在实际运行中，由于受平衡阀自身调节精度、平衡阀油压信号、密封瓦磨损间隙变大等因素的影响，发电机双流环密封油系统的空侧、氢侧相互窜油不可避免；而密封油系统又是一个相对独立的系统，汽轮机油净化装置无法对密封油系统中的油质进行有效的过滤净化，因此当污染的氢侧油中的空气和水分扩散到发电机内后，造成氢气纯度下降较快，只能采用频繁排换补氢的方式来提高发电机内运行氢气的纯度，不仅对资源造成浪费，而且也影响到机组运行的安全性。

1 密封油系统运行现状

1.1 密封油系统流程

密封油系统流程如图1所示。空侧密封油路由空侧密封油泵从空侧密封油箱取油，一部分流经空侧油冷器、滤油器进入密封瓦空侧，再沿轴和密封瓦之间的间隙流向轴承侧，并汇同轴承油一并进入空侧密封油箱，从而防止空气与潮汽进入发电机内部；另一部分则经差压阀流回到油泵的进油侧。氢侧密封油路则由氢侧密封油泵把氢侧油箱中的油，一部分流经氢侧油冷器、滤油器、励端平衡阀和汽端平衡阀送往密封瓦氢侧，在氢侧泵旁装有旁路管道，通过氢侧油调压阀对氢侧油进行粗调，氢侧油路油压则通过励端平衡阀和汽端平衡阀进行细调，并使之与空侧油压保持基本持平，回油侧经消泡箱后回到氢侧密封油箱。

1.2 双流环密封结构

密封油系统作为发电机端部密封的供油系统，采用双流环式密封瓦结构，如图2所示。该结构具有两个相对独立的循环供油单元：一个为空侧供油单元，另一个为氢侧供油单元。在系统处于稳定运行工况时，氢侧供油单元基本趋于一个闭式循环系统。

图1 密封油系统流程

1.3 氢气纯度下降原因分析

密封油系统中溶解有空气和水分的空侧油窜向氢侧油造成氢侧油的污染，被污染氢侧油中的空气和水分又扩散到发电机内，是造成发电机内的氢气纯度降低的主要原因。

在实际运行中，由于受制于密封瓦磨损间隙变大、平衡阀自身调节精度、平衡阀油压信号等因素影响［3］，空、氢侧密封油沿转轴穿过密封瓦内径和转轴之间的间隙相互窜油又不可避免；而密封油系统又是一个相对独立的系统，汽轮机油净化装置无法对密封油系统中的油质进行有效的过滤净化，因此实时地、最大限度地净化氢侧油中所含的空气、水分等杂质，将能有效保证发电机内的氢气纯度能维持在较高状态。

2 密封油氢侧供油单元改造

2.1 改造方案

图2 双流环式密封瓦结构

考虑氢侧供油单元相对趋于稳定的闭式循环系统，如果采取措施打破此相对平衡，并对氢侧密封油进行有效过滤净化，将能抑制发电机内氢气纯度下降。基于以上考虑，对氢侧供油单元确定如下改造方案。

1）整定平衡阀调整螺母和氢侧油泵出口旁路门，保持汽端和励端平衡阀后压差氢侧油压始终略高于空侧油压。此调整目的是保证空侧、氢侧密封油只能由氢侧向空侧方向窜动，这样可以避免空侧油中溶解的空气、水分等窜向氢侧油，污染氢侧油。

2）在氢侧油补油管路上并联一路氢侧密封油净化装置（以下简称“提纯装置”）。经过1）调整后，少量氢侧油始终流向空侧油后进入空侧回油箱，必然导致氢侧回油箱油位相应降低，则需通过持续向氢侧油箱补油来维持正常油位，设置提纯装置的目的是保证补充至氢侧的油质合格。

3）提纯装置利用薄膜蒸发原理，在真空罐真空状态下，不断降低油和水汽混合物中水汽的蒸汽分压，达到脱气、脱水及破乳的目的，确保发电机内的氢气纯度能维持在很高的状态。

2.2 实施过程

在氢侧油箱补油管母管上间隔约40 cm，焊接加装2只三通 （Φ25×3），三通后各安装1只球阀及Φ25×3管路连接至集成式提纯装置的进、出口油管路。氢侧供油单元改造方案的系统流程如图3所示。

图3 氢侧供油单元改造系统流程

提纯装置并联接入方式不会影响发电机密封油系统整体的安全性，可随时停运提纯装置退出密封油主系统，关闭进、出口截止阀进行隔离维护或检修。密封油提纯装置如图4所示。

3 改造效果验证

3.1 技术指标验证

优化改造前，以2016年9月为例，日均氢气排换量为 36.6 m3/d。随后，在 2016-10-26 至 2016-11-15，对氢侧供油单元进行了优化改造，改造后，2016年12月日均氢气排换量为0 m3/d。

图4 密封油提纯装置

优化改造前，为保证发电机氢气纯度不低于96%［4］，每天均需排换提纯，日排换量为 36.6 m3/d，因氢气纯度不合格，每天排换弥补了正常的补充量；优化改造后，氢气纯度一直维持在98%以上，氢气的排换量降低到0 m3/d，发电机只需要补充正常氢气的泄漏量，补氢量维持在7.88 m3/d，低于300 MW机组补氢量不大于10 m3/d的标准要求。

通过优化改造后1年的实际运行情况来看，发电机氢气纯度由96%提升到98%，氢气纯度提升2%且能保持稳定；每天氢气补充量由30 m3以上降低到10 m3以下，每天节约氢气量约20 m3。

3.2 经济效益验证

发电机内运行氢气纯度每升高1%，发电机通风损耗将降低约11%，300 MW发电机组的通风损耗是350 kW［5］；厂用电按 0.3 元/kWh 计算；机组每年运行天数按300d计算，则提高的电功率效益为16.6万元；氢气价值按10元/m3计算，每年节约的氢气效益为6万元。

4 结语

通过改造有效降低了平衡阀自身调节精度、平衡阀油压信号等因素的要求，长期维持发电机氢气纯度在98%以上运行，减少了发电机的提纯用氢量，降低发电机风摩损耗，提高发电机运行的安全性和经济性。同时减轻了氢站运行人员制氢和机组运行值班员排换氢的劳动强度。