冰塞法处理600MW机组密封油系统异常问题的探讨
详细内容
摘要:本文介绍了应用冰塞法处理600MW机组密封油系统异常问题的可行性、实施方案及消缺过程，提出了冰塞失效的原因及应对措施，指出冰塞是实现系统隔离，避免整个系统和机组停运的有效手段。
关键词:冰塞 密封油 浮球阀 失效
1 设备概况
邹县发电厂Ⅲ期工程2×600MW机组（#5、#6机组）的发电机系日本日立公司和中国东方电气集团联合设计制造，其主要特点是：全封闭、循环通风、强制润滑、隐极式同步发电机，定子绕组采用水内冷方式、转子绕组和铁芯采用氢内冷方式。为防止运行中氢气沿发电机转子轴向外漏，机组配备了密封油系统，向转轴与端盖交接处的密封瓦循环供应高于氢压的密封油。发电机密封油系统简图见下图。
发电机密封油系统简图
在正常运行方式下，汽轮机来的润滑油进入密封油真空箱，经主密封油泵升压后由差压调节阀调节至合适的压力（正常运行中油氢差压34-55kPa），经滤网过滤后分别进入汽轮机侧和励磁机侧的密封瓦，经中间油孔沿轴向间隙流向空气侧和氢气侧，形成油膜起到密封润滑作用，然后分两路（氢侧、空气侧）回油。其中，空气侧的回油进入空气析出箱，氢气侧的回油进入密封油膨胀箱再向下流入浮球阀箱，再依靠压差流入空气析出箱。由于密封油进油采用汽轮机润滑油这一高压油源，空气析出箱内的油不会流入真空箱，而只能流入汽轮机润滑油套装回油管，回到主油箱，开始下一个油循环。
2 冰塞法处理缺陷过程
2.1 缺陷原因
邹县发电厂#6机组在夏季高负荷期间，发电机密封油系统浮球阀箱突然出现油位维持不住的异常情况，密封油膨胀箱频繁发出油位高报警，发电机开始进油。经过检查及试验，发现缺陷原因为浮球阀箱进油门（图1中的V1阀门）阀芯脱落，导致密封油膨胀箱油位升高，发电机进油。由于浮球阀箱进油门无法隔离，正常情况下必须停机来检修或更换此阀门。而机组停运代价太大，在此情况下可制作冰塞来隔离系统，处理缺陷。
2.2 冰塞制作可行性分析
在系统介质为液态时，如果设备出现故障需维修或更换，而该系统的相关部分无隔离设备，或隔离设备不可用，或隔离设备本身需要维修等，可使用冰塞法来隔离系统。冰塞是管道内的一段冰冻的液体，可通过低温冷却剂冷却管道介质来制作。冰塞形成后能承载相当高的压力，甚至能承受超过管道的破裂压力。液氮和液态二氧化碳都是理想的冷却剂（液氮的蒸发温度为-196℃；液态二氧化碳的升华温度为-78℃）。下图为使用液氮法在油水管道上制作冰塞的示意图。
要制作冰塞，必须满足以下4个先决条件：
① 系统介质温度低于55℃
② 系统压力要低于300kPa
③ 管道内流体的流量为零
④ 管道充满液体介质（油或水）
本缺陷采用冰塞法处理的可行性分析：
⑴ 测量的机组密封油回油温度在60～65℃之间，如果关闭浮球阀箱进出口油门、旁路门，不流动的密封油油温将低于55℃，满足冰塞制作先决条件①。
⑵ 机组夜间低负荷时进行消缺，发电机氢压可由正常运行的380kPa降低到300kPa以下，满足冰塞制作先决条件②。
⑶ 浮球阀箱进出口油门、旁路门经过阀门试验，关闭严密，阀门关闭后可以达到系统流量为零，满足冰塞制作先决条件③。
⑷ 密封油系统工作介质为N32汽轮机油（凝固点约为-17℃），膨胀箱回油管路规格为ф57×3.5（无缝钢管10），满足冰塞制作先决条件④。
2.3 实施方案
首先根据现场实际情况来确定冰塞的制作位置。冰塞制作位置选取的基本原则为：附近没有焊缝（最好距离焊缝1.5m以上）；尽量避开靠近弯头、三通或设备，冰塞夹套端口距弯头、三通或设备的距离应超过2倍的管径；对受到刚性约束的管道，冰塞和刚性约束的距离要大于3米；避免结冰膨胀所挤出的水被封闭形成封闭端。本文事例是在图1中的L1处制作冰塞，以冻住密封油到浮球阀箱的回油。
在确定冰塞冷冻位置之后，金属专业人员应检查L1处管段有无夹杂、气孔、裂纹等原始缺陷。在确认相关管段无原始缺陷后，检修人员在膨胀箱底部和膨胀箱U形管的放油管处另接阀门和软管，使膨胀箱的密封油暂时通过外接软管疏油到空气析出箱（人为旁路掉密封油浮球阀箱的回油），由运行人员通过调节阀门开度来控制膨胀箱的油位，尽量防止发电机进油。机组降低负荷后，运行人员将发电机氢压从正常运行的380kPa降到300kPa左右，随后关闭浮球阀箱进油门、出油门和旁路门。待不流动的密封油油温低于55℃后，开始制作冰塞。约1个小时后，冰塞制作完毕，图1中V1处管段的油被成功冻住，检修人员开始拆掉浮球阀箱进油门。半小时后，新阀门更换完毕，打开浮球阀箱进出口油门，投入浮球阀自动控制密封油回油量，膨胀箱油位正常，发电机进油现象消除，至此成功完成不停机处理密封油系统缺陷的工作。
2.4 注意事项
使用冰塞法处理设备缺陷前，工程技术人员应充分论证方案，做好风险分析和事故预防方案。实际工作中，运行、生技、检修等相关部门需要充分沟通和协调，相关人员到位后，应协同工作，争取用最快的速度在最短的时间内完成消缺工作。
在制作冰塞的过程中，管道也有可能破裂。造成管道破裂的原因主要有：冰塞形成后，体积增加，导致管道内超压；冰塞附近管道遭受冲击、管道超载或刚性约束过大；焊缝存在缺陷，导致裂纹扩展；冷冻速率过大，导致高的热应力。相应的应对措施有：
① 避免形成高压，即避免将液体封闭在一小段管道内。
② 避免冲击，特别是碳钢，在用液氮制作冰塞时，温度通常会降到-100℃以下，在此温度下碳钢变脆，若受到冲击，易引起破裂。