徐偉明
(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)浙江火電建設(shè)有限公司 杭州市 452218)
上汽-西門子發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)方法探討
徐偉明
(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)浙江火電建設(shè)有限公司 杭州市 452218)
發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行直接影響整個(gè)電廠的發(fā)電效益,因此發(fā)電機(jī)的氣密性試驗(yàn)的結(jié)果是很重要的。本次主要探討發(fā)電機(jī)的發(fā)展史、發(fā)電機(jī)的氣密性試驗(yàn)理論介紹以及發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)的計(jì)算三部分,其中發(fā)電機(jī)的氣密性試驗(yàn)理論介紹和發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)的計(jì)算探討重點(diǎn)。在發(fā)電機(jī)的氣密性試驗(yàn)理論介紹的這一部分談到了從氣密的檢漏、氣密的要求和氣密的理論公式;而在發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)的計(jì)算這部分里,則是針對(duì)現(xiàn)在所在工地(廣西欽州國(guó)投電廠二期擴(kuò)建工程)的真實(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,直到達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。
發(fā)電機(jī);氣密性試驗(yàn);檢漏;計(jì)算
1.1 氫冷發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介
在社會(huì)發(fā)展的早期,科學(xué)并不發(fā)達(dá),那時(shí)發(fā)電機(jī)大多都是采用空氣來(lái)進(jìn)行給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻,用空氣進(jìn)行冷卻有很多的缺點(diǎn),如:空氣的導(dǎo)熱能力小、摩擦損失大等,所以在機(jī)組容量增大的同時(shí)就會(huì)產(chǎn)生更多的熱量,需要更多的空氣來(lái)進(jìn)行散熱,要讓空氣可以達(dá)到一定的量,就必須增加發(fā)電機(jī)本體的體積,機(jī)組變大對(duì)安裝帶來(lái)很大不便,也是對(duì)安裝空間的浪費(fèi)。
20世紀(jì)中期以后,人們采用了氫外冷技術(shù),氫氣和空氣對(duì)比起來(lái),有了很多的有點(diǎn),如:氫氣輕、熱容量大和摩擦損失小等諸多優(yōu)點(diǎn)。直到20世紀(jì)50年代末期,人類在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子繞組上采用直接冷卻技術(shù),與此同時(shí)使得氫氣的壓力增加到了0.5MPa,單機(jī)容量從200MW提高到1000~1200MW以上。從此,發(fā)電機(jī)的冷卻技術(shù)基本成型。
本工地為廣西欽州國(guó)投電廠二期擴(kuò)建工程,在建地發(fā)電機(jī)是(2×1000MW)4號(hào)機(jī)組,發(fā)電機(jī)布置于15.5m層汽機(jī)運(yùn)行平臺(tái)上,由上海發(fā)電機(jī)廠制造供貨,型號(hào)為THDF-125/67型水氫氫汽輪發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)額定容量1109MVA,額定功率為1020MW,額定功率因數(shù)為0.92,絕緣等級(jí)為F級(jí)。發(fā)電機(jī)總體上可分為定子(包括定子機(jī)座、定子鐵芯、定子線圈、總進(jìn)出水管、主出線、測(cè)溫元件),轉(zhuǎn)子(包括轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子繞組),底板,軸承及端蓋,機(jī)座冷卻器端罩及冷卻器、密封瓦及支座、單級(jí)風(fēng)扇。
1.2 氫冷發(fā)電機(jī)原理
氫冷發(fā)電機(jī)的單級(jí)風(fēng)扇隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部的氫氣會(huì)在單級(jí)風(fēng)扇的驅(qū)使下,在發(fā)電機(jī)內(nèi)會(huì)以閉式循環(huán)的方式循環(huán)流動(dòng),從而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵芯得到冷卻(水氫氫汽輪發(fā)電機(jī))。氫氣帶走的熱量會(huì)在其流經(jīng)氫氣冷卻器時(shí)得到冷卻,本機(jī)組氫氣冷卻器共兩臺(tái),位于發(fā)電機(jī)前部,氫氣冷卻器內(nèi)部的冷卻水來(lái)自閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
由于氫氣常溫下氫氣與氧氣或空氣混合時(shí)遇見明火會(huì)發(fā)生爆炸,后果相當(dāng)嚴(yán)重,因此發(fā)電機(jī)對(duì)氫氣純度的要求相當(dāng)嚴(yán)格(氫氣不低于96%,氧氣不高于2%)。
在進(jìn)行氫冷發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)后要對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣與空氣進(jìn)行置換,本工地為避免氫氣和空氣直接接觸而引發(fā)爆炸,采取使用二氧化碳作為過渡。先充入二氧化碳驅(qū)趕發(fā)電機(jī)內(nèi)部及相關(guān)管路內(nèi)部的空氣,用純度分析儀確認(rèn)氧氣含量不高于2%,方可充入氫氣,將二氧化碳置換出發(fā)電機(jī),由于在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)部分氫氣會(huì)溶解于密封油中,從而帶入排煙管路,所以在機(jī)組運(yùn)行后要定時(shí)給發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫。
2.1 泄漏實(shí)驗(yàn)
發(fā)電機(jī)在整套啟動(dòng)前要先進(jìn)行系統(tǒng)檢漏,要保證沒有非正常的氣體從發(fā)電機(jī)、供氣裝置和管路泄露到外部,系統(tǒng)檢漏是保證發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的基本要求。
2.1.1 發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)漏氫的途徑
發(fā)電機(jī)泄露分為兩類:外漏和內(nèi)漏。外漏:氫氣直接漏入大氣,查漏方式可以通過肥皂水、測(cè)氫儀等等。內(nèi)漏:氫氣漏入其他系統(tǒng)或由于閥門關(guān)閉不嚴(yán)而漏出,由于位置不明確,所以檢測(cè)查漏非常困難。
2.1.2 發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)漏氫的地點(diǎn)、主要原因和檢測(cè)辦法
(1)發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)漏氫的地點(diǎn)
①法蘭連接處;
②對(duì)接處;
③螺紋連接處;
④焊縫處;
⑤……
(2)發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)漏氫的主要原因
①外部漏氫原因:
a.法蘭螺栓未擰緊,接觸面有毛刺、不平整;
b.端蓋水平結(jié)合面不好;
c.定子引出線套筒法蘭松動(dòng);
d.發(fā)電機(jī)機(jī)殼或氫管路焊縫接口不好,存在沙眼;
e.氫管路法蘭接觸面不好或墊片質(zhì)量不佳;
f.氫管路閥門密封不嚴(yán)。
②內(nèi)部漏氫原因:
a.氫氣冷卻器銅管破損;
b.氫管路排污或排空閥門關(guān)閉不嚴(yán);
c.密封瓦安裝不合格,與軸徑徑向間隙超標(biāo);
e.差壓閥控制精度不足。
(3)發(fā)電機(jī)泄漏的檢測(cè)方法
①肥皂水檢漏:向發(fā)電機(jī)內(nèi)充入干燥潔凈的空氣,升壓至0.1MPa,就可以對(duì)氫系統(tǒng)管路各焊口焊縫、各閥門法蘭連接處、發(fā)電機(jī)機(jī)殼焊縫、端蓋接合面、氫氣冷卻器安裝面、發(fā)電機(jī)各人孔門、密封瓦座安裝面噴肥皂水檢查,如確認(rèn)不漏,繼續(xù)升壓至5.0MPa,在此過程中不間斷用肥皂水對(duì)可能泄漏點(diǎn)進(jìn)行查漏。
②氟利昂檢漏:先向發(fā)電機(jī)內(nèi)充入干燥清潔壓縮空氣,壓力至
0.1MPa,然后充入3kg左右的氟利昂氣體,逐漸充壓縮空氣達(dá)到0.5MPa,在此充壓過程中要監(jiān)視差壓調(diào)節(jié)伐的自動(dòng)跟蹤情況,差壓過大會(huì)造成發(fā)電機(jī)靜子內(nèi)部進(jìn)油,差壓過小起不了密封作用;在此期間可用鹵素檢測(cè)儀檢測(cè)發(fā)電機(jī)端蓋把合面、氫氣冷卻器安裝面、發(fā)電機(jī)各人孔門、密封瓦座安裝面等處。
③氫氣檢測(cè)儀檢漏:當(dāng)機(jī)組運(yùn)行充氫期間,對(duì)可能會(huì)泄漏的地方用氫氣檢測(cè)儀進(jìn)行查漏。
2.2 氣密性試驗(yàn)要求
發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)要求如下:
(1)整套系統(tǒng)檢漏工作結(jié)束;
(2)密封油系統(tǒng)沖洗合格;
(3)油氫差壓調(diào)節(jié)閥工作正常,調(diào)整油氫差壓80~120kPa;
(4)試驗(yàn)要用經(jīng)過凈化、除油和干燥處理后的壓縮空氣;
(5)試驗(yàn)壓力為額定工作壓力(本工地為0.5MPa);
(6)記錄數(shù)據(jù)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部空氣達(dá)到要求后開始,并系統(tǒng)內(nèi)部溫度相對(duì)穩(wěn)定,試驗(yàn)時(shí)間24h;
(7)氣密試驗(yàn)期間,真空泵不得投用,打開排空閥門即可;
(8)試驗(yàn)所得漏氫量VGen<1.5m3/d,則氫系統(tǒng)是可靠的。
2.3 氣密性試驗(yàn)計(jì)算公式
2.3.1 計(jì)算公式
式中:VGen——總氣體泄露量m3d;
VG——發(fā)電機(jī)容量m3;
t——漏氣測(cè)試持續(xù)時(shí)間h;
pe1——漏氣測(cè)試開始時(shí)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)壓力mbar;
pe2——漏氣測(cè)試結(jié)束時(shí)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)壓力mbar;
pamb1——漏氣測(cè)試開始時(shí)外部大氣壓力mbar;
pamb2——漏氣測(cè)試結(jié)束時(shí)外部大氣壓力mbar;
T1——漏氣測(cè)試開始時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部溫度(平均溫度)℃;
T2——漏氣測(cè)試結(jié)束時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部溫度(平均溫度)℃。
本工地采用壓力上升法測(cè)量氣體經(jīng)過密封油油箱的控制氣體泄露量VD:
式中:VD——密封油油箱的控制氣體泄露量m3/d;
VT——密封油真空油箱容量m3;
t——漏氣測(cè)試持續(xù)時(shí)間h;
p1——測(cè)量開始時(shí)密封油油箱的壓力mbar;
p2——測(cè)量結(jié)束時(shí)密封油油箱的壓力mbar;
T——密封油油箱內(nèi)空氣的溫度℃。
2.3.2 密封油油箱的控制氣體泄露量VD測(cè)量方法介紹
本工地采用壓力上升法測(cè)量密封油油腔的泄漏量。
在測(cè)量時(shí),要保持真空泵處于關(guān)閉狀態(tài),真空油泵的旁路閥也應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。氣初始?jí)毫1=0bar(相對(duì)值),測(cè)量時(shí)僅需過壓0.1mbar,以此來(lái)防止壓力過高,使油位下降過多,油位過低會(huì)導(dǎo)致油腔真空空間過大,從而測(cè)量值發(fā)生錯(cuò)誤,嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致液位檢測(cè)裝置動(dòng)作,交流油泵關(guān)閉。
3.1 氣密性試驗(yàn)基本參數(shù)
已知:
發(fā)電機(jī)容量:VG=100m3;
密封油真空油箱容量:VT=2.12m3;
標(biāo)準(zhǔn)溫度:0℃;
標(biāo)準(zhǔn)壓力:1.013kPa=1.013bar;
試驗(yàn)壓力:0.5MPa。
3.2 氣密性試驗(yàn)計(jì)算過程
(1)發(fā)電機(jī)內(nèi)部空氣泄露量
記錄原始數(shù)據(jù):2016年5月29日8:00和5月30日8:00;
大氣壓力為欽州市當(dāng)?shù)卮髿鈮骸?/p>
表1 發(fā)電機(jī)內(nèi)部空氣泄露量原始數(shù)據(jù)
由此可知:t=24(h),pe1=4923.58(mbar),pe2=4862.00mbar,T1=34.471(℃),T1=34.330℃,pamb1=1001(mbar),pamb1=1002mbar。
代入公式1得:
(2)密封油油箱的控制氣體泄露量VD
經(jīng)2016年5月30日上午對(duì)密封油真空油箱的控制氣體進(jìn)行秒表式測(cè)量,對(duì)其隨機(jī)記錄十組數(shù)據(jù),如表2。
表2 密封油油箱的控制氣體泄露量VD測(cè)量數(shù)據(jù)
此時(shí)密封油的油溫:46℃,并可計(jì)算出密封油油箱的控制氣體壓力每上升0.1mbar時(shí)所用的平均時(shí)間為3.5s,因此:
代入公式2得:
(3)最終漏氣量
將(1)、(2)代入公式 3得:
最終漏氣量=VGen-VD=5.073-4.425=0.648m3/d
由于0.648m3/d<1.5m3/d,因此氫系統(tǒng)確認(rèn)是可靠的。
發(fā)電機(jī)的漏氫是汽輪發(fā)電機(jī)安裝的一項(xiàng)重要指標(biāo),發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)是檢測(cè)發(fā)電機(jī)漏氫大小的唯一途徑。以上介紹了發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)的方法和計(jì)算,從中可以看出,整套氣密性試驗(yàn)和發(fā)電機(jī)內(nèi)部鐵芯溫度、密封油的溫度、試驗(yàn)時(shí)的大氣壓、密封瓦的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)的,以及空氣與氫氣的溶解率的不同,表明了發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)在發(fā)電機(jī)安裝過程中是至關(guān)重要的,它可以檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)本體及氫油水系統(tǒng)管路安裝的質(zhì)量好壞。
TM311
A
1004-7344(2016)23-0069-02
2016-7-26