1000 MW汽轮发电机端盖漏氢原因分析及预防措施.pdf

第26卷 第4期2023年8月Vol.26 No.4Aug.2023山东电力高等专科学校学报Journal of Shandong Electric Power College1000 MW汽轮发电机端盖漏氢原因分析及预防措施姜根，王程睿（国能寿光发电有限责任公司，山东寿光262714）摘要：由于端盖结构的特殊性，某1000 MW汽轮发电机在运行中多次发生漏氢现象，且漏氢部位基本相同。根据漏氢部位的特征，分析漏氢的原因，例如转子安装工艺不规范、端盖变形、密封面夹杂异物或有毛刺高点、结构存在薄弱环节等，并提出了用塞尺检查端盖密封面、涂抹密封剂、规范安装工艺等预防措施，从根本上解决了该发电机端盖漏氢的问题。关键词：漏氢；端盖；密封胶中图分类号：TM311文献标志码：B文章编号：2096-9104（2023）04-0025-04Cause Analysis and Preventive Measures of Hydrogen Leakage Fromthe End Cover of a 1000 MW Steam Turbine GeneratorJIANG Gen，WANG Chengrui（National Energy Shouguang Power Generation Co.，Ltd.，Shouguang 262714，China）Abstract：Hydrogen leakage has occurred many times at the basically same part during the operation of a 1000 MW steam turbinegenerator due to the particularity of the end cover structure.The causes of hydrogen leakage are analyzed according to the characteristics of hydrogen leakage part，such as non-standard installation process of the rotor，deformation of the end cover，impuritiesor prickle high points on the sealing surface and weaknesses of the structure.The preventive measures are put forward，such aschecking the sealing surface of the end cover with feeler gauge，smearing sealant and standardizing the installation process，fundamentally solving the problem of hydrogen leakage from the end cover of the generator.Keywords：hydrogen leakage；end cover；sealant0引言氢气在标准状况下的密度约是空气的0.07倍，导热能力约是空气的7倍，分子运动速度快，具有高效热传递系数（约为空气的1.35倍），即使在发电机内氢压为 0.5 MPa 的情况下，其密度亦只有空气的60，大大降低了通风损耗，同时密闭的氢气系统处于无氧无尘环境中，有利于延长绝缘材料的寿命。因此大型发电机广泛采用氢气作为冷却介质，但随之而产生的漏氢问题对氢冷机组的安全运行构成了严重威胁。某水氢氢冷1000 MW汽轮发电机多次发生端盖漏氢现象，且漏氢位置都在上、下端盖中分面两侧。本文针对该发电机端盖漏氢问题，进行现场检查，分析漏氢原因，梳理安装过程中存在的不足和薄弱环节，并提出相应的预防措施。1氢气泄漏情况该水氢氢冷1000 MW发电机端盖安装在发电机两端，上、下端盖圆周用螺栓固定在机座本体上，上、下端盖中分面处用螺栓将上、下两个半圆形端盖拼接在一起。上、下端盖中分面及圆周有注胶槽，中分面与圆周注胶槽间有约1.5 mm宽的连通槽。机内氢气靠注胶槽内的密封胶实现密封，密封瓦采用橡胶条密封。机组检修或安装完成后，须严格按照注胶工艺在端盖注胶槽内注入专用密封胶，以保证氢气密封的严密性。氢冷发电机组安装完成后，为检测氢气系统的收稿日期：2023-05-23作者简介：姜根（1984），男，本科，研究方向为发电厂电气设备维护与检修。编辑部收稿邮箱：25山东电力高等专科学校学报第26卷 第4期Vol.26 No.4密封性，应按照行业标准对氢气系统整体做密封性试验1。由于该机组结构的特殊性，整体气密性试验合格后，机组投入运行几个月后，漏氢量呈增长趋势。检查时在上、下端盖结合面靠近圆周密封槽处发现漏氢点（3点钟和9点钟位置），且汽轮机、发电机两侧四个角处均有不同程度的漏氢现象。当发现漏氢时可采取加注密封胶的方法进行堵漏。若及时发现漏氢并加注密封胶，可暂时减小或消除漏点，但随着时间的推移，该处又发生漏氢，并且在漏氢点附近的密封面处有红褐色油迹，如图1所示。随着时间的延长漏点持续扩大，析出的液体油越来越多，此时加注密封胶，无法使漏氢点减小或消除。图1漏氢部位析出的液体油2漏氢原因分析在以往的检修中发现，端盖中分面的凹槽中有液体油析出，如图2所示，说明发电机端盖上、下结合面处存在间隙，在氢气压力的作用下密封胶中分子最小的液体油析出，密封胶压力下降。当密封胶的密封压力不足以密封机内氢气时，氢气将从密封最薄弱处泄漏，氢气泄漏又会加剧密封胶中液体油的析出，形成恶性循环，最终造成密封胶干结，整个密封面全部失效。机组安装完成后，按照制造厂提供的注胶工艺进行注胶，密封胶压力足以密封机内的氢气，但机组投入运行几个月后，密封槽内密封胶的压力下降，氢气泄漏，主要原因如下。2.1转子安装工艺不当发电机完成穿转子工序后，按照常规检修工艺，需将整个转子自重依托下半端盖来支撑，此时应注图2密封胶析出的液体油意发电机转子自重对端盖变形和下半端盖位移的影响。同时，在安装上、下端盖结合面时，下端盖变形或位移也将对中分面间隙产生影响。注胶后在氢气压力的作用下，密封胶中的液体油从微小的间隙中析出，密封胶压力下降，当密封胶压力不足以密封氢气时，会造成氢气微量外泄，氢气外泄会急剧加速密封胶的固化干结，最终导致密封失效2。2.2端盖变形1）拆装工艺造成端盖变形。按照制造厂提供的1000 MW级水氢冷汽轮发电机安装导则 规定的拆装工艺要求，下半端盖安装前和拆卸后，端盖两侧要安装临时支撑架，将端盖架空放置于基础框架中，放置时间越长，端盖变形越大。2）受热不平衡导致端盖变形。在发电机气密性试验及氢气置换完成后对各密封面进行漏气检测，检测结果均为不漏。机组运行一段时间后漏氢量突增，这期间发电机的状态由冷态转为热态，在机组运行过程中端盖所接触的热源不同导致各部位受热不均，可能发生热变形 3。机组运行期间通过红外成像发现，由于机内氢气温度比较低，润滑油温度比较高，端盖与机内氢气接触的部位温升比较小，端盖与润滑油接触的部位温升比较高，另外发电机端部漏磁通也会导致端盖受热不均匀，热胀差造成端盖变形。端盖变形后密封面间隙增大，导致密封胶中的液体油析出，最终造成漏氢量失控。机组运行期间可通过红外成像监测端盖各部位的温度变化，以便及时消除隐患 4。2.3机械加工精度误差导致的装配误差机械加工精度误差越大，端盖装配间隙越大，在机内氢气压力的作用下，密封胶中的液体油从装配间隙析出，最终导致密封失效。262.4密封面夹杂异物或有毛刺端盖与发电机本体或上、下端盖装配期间密封面之间夹杂细小异物或存在毛刺等高点，将导致密封面间存在间隙。在安装端盖前应仔细检查密封面是否平整或夹杂异物，并进行修复。2.5结构存在薄弱环节从漏氢部位分析，漏点都在中分面两侧，即水平中分面与圆周密封面交汇处。解体后仔细观察发现水平中分面与圆周密封面交汇处的密封槽过于狭小，水平中分面与圆周密封面间的注胶连通槽深度和宽度仅有1.5 mm左右。此处是密封的薄弱环节，一旦密封胶中的液体油稍有析出，氢气就会从此薄弱点处外溢，随着时间的推移，漏点会逐渐扩大，最终导致漏氢量失控。2.6注胶工艺不规范机组检修完成后须对整个密封面中的密封槽加注密封胶。注胶操作不当、槽内存在空气、密封胶里掺杂异物、胶体压力不足、密封胶间断等将导致密封面漏氢。3预防措施3.1端盖密封面检查为避免端盖变形、密封面不平及存在异物等因素造成密封面失效，在发电机端盖安装时，分别检查机座端面与端盖安装间隙。在螺栓紧固之前用塞尺检查，端盖与中分面间隙应小于0.05 mm，在螺栓紧固之后用塞尺检查，结合面间隙应小于0.03 mm。必要时用蓝油检查平面度，密封槽周边蓝油必须连续接触，否则应对端盖结合面间隙进行处理5。3.2涂覆密封剂为了确保密封面的严密性，安装端盖时，在中分面及上、下端盖与发电机本体的结合面处，距离注胶槽两侧边缘 8 mm 处，涂覆 5 mm 宽、1 mm 厚的 HYLOMAR blue或1213密封胶，如图3所示。同时在端盖背部与机座安装接缝处、端盖中分面接缝处涂覆一圈GE2000硅胶。3.3拓宽连通槽位于上、下端盖中分面与圆周密封面之间的连通槽，尺寸过于狭小，在机组充氢的情况下，密封存在薄弱环节。为消除隐患，将该连通槽拓至宽5 mm、深4 mm。1下半端盖；2密封槽；3漏油槽；4轴承内腔；5密封剂。图3密封剂涂覆示意图3.4规范安装工艺为消除安装工艺不良造成的影响，安装下半端盖过程中，端盖在基础框架中放置的时间应尽量缩短，并采取临时措施使端盖多点受力。为减小转子自重对端盖结合面间隙的影响，应采取有效措施临时托起发电机转子，避免转子自重导致端盖位移，造成发电机端盖水平结合面间隙增大。端盖安装时螺栓严格按照 1000 MW 级水氢冷汽轮发电机安装导则 规定的顺序紧固，防止应力集中导致端盖变形。使用力矩扳手扳紧端盖整圈螺栓，制造厂提供的 螺栓螺钉拧紧力矩规范 规定扳紧力矩不低于1840 N，螺栓扳紧应按顺序反复进行，如图4所示，图中数字表示在端盖回装过程中扳紧螺栓的次序。图4端盖螺栓拧紧步骤示意图3.5注胶工艺中容易忽略的部分注胶应严格按照安装导则规定的注胶工艺进行，需要注意的是注胶工艺中容易忽略的部分。注姜根，等：1000 MW汽轮发电机端盖漏氢原因分析及预防措施27山东电力高等专科学校学报第26卷 第4期Vol.26 No.4胶前应清理注胶枪，将注胶枪的胶罐、管子及注胶接头清理干净；注胶枪加注密封胶时应确保没有杂质及空气混入其中；注胶开始前要检查注胶接头是否完好，出胶是否通畅。端盖注胶完成后开始排气，直到流出的胶体干净且没有气泡才可进行下一步注胶工序，待密封面注胶全部完成后静置812 h，再次进行排气，确定注胶槽内没有气泡后进行逐步加压，加压分3次完成，次日再试压时注意观察注胶槽内胶体压力有无明显下降（需加设压力表），若下降明显则需继续加压，直至胶体压力无明显下降时注胶方可结束6。4结语氢冷发电机漏氢影响机组安全运行。本文针对某发电机端盖漏氢的问题，分析了发电机漏氢的原因，提出了相应的预防措施，为发电机端盖漏氢处理提供借鉴。参考文献1全国大型发电机标准化技术委员会.氢冷电机气密封性检验方法及评定：JB/T 62272021 S.北京：机械工业出版社，2021.2李伟清.汽轮发电机故障检查分析及预防 M.北京：中国电力出版社，2002.3汪耕，李希明.大型汽轮发电机设计制造与运行M.上海：上海科学技术出版社，2011.4电力行业电机标准化技术委员会.汽轮发电机运行导则：DL/T11642012 S.北京；中国电力出版社，2012.5孙晖，孙志斌，朱荣，等.1000 MW超超临界发电机大端盖漏氢原因分析及处理 J.上海电力学院学报，2012，28（1）：28-30，34.6李明涛，姜根.1000 MW发电机漏氢原因分析与治理 J.神华科技，2017，15（11）：42-45.保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全保障电力系统安全可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠可靠、绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色绿色、高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效高效、智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行智能运行28