气液隔离浮球(发电机单流环密封油系统详解)

Posted 2023-05-30

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气液隔离浮球(发电机单流环密封油系统详解)

系统的作用和形式

1.大容量火力发电机普遍采用氢气作为冷却介质。因氢气易燃易爆，为防止发电机内的氢气从转轴处向外泄漏，发电机都配备密封油系统。

2.密封油系统专用于向发电机密封瓦提供润滑以防止密封瓦磨损，且使油压高于发电机内氢压一定数值，以防发电机内氢气沿转轴与密封瓦间隙想外泄漏，同时尽可能的减少发电机内部的空气和水汽。

3.密封油系统是根据密封瓦的形式而决定的。最常见的有单流环式和双流环式，还有三流环式。

4.密封油系统对发电机的安全正常运行具有重要作用。在事故规程以及25项反措都有规定。

25项反措里关于密封油的条文（原文摘要）

11.防止发电机损坏事故

11.2 防止定子绕组故障

11.2.5 防止密封油向发电机内泄漏，避免线圈和半导体漆受到油的侵蚀、溶解而使绝缘强度和防晕性能降低。

11.2.6 严格控制密封油含水量在规程允许的范围内。

11.4防止氢冷发电机漏氢

11.5.1 大修后气密试验不合格的氢冷发电机严禁投入运行。

11.5.3应按时检测氢冷发电机油系统、主油箱内、封闭母线外套内的氢气体积含量，超过1％时，应停机查漏消缺。当内冷水箱内的氢气含量达到2％时报警，加强对电机的监视，若超过10%应立即停机处理；或当内冷水系统中漏氢量大于0.3 Nm3/d时可在计划停机时安排消缺；若漏氢量大于5Nm3/d时应立即停机处理。

11.5.4 密封油系统平衡阀、压差阀必须保证动作灵活、可靠，密封瓦间隙必须调整合格。若发现发电机大轴密封瓦处轴颈有磨损的沟槽，应及时处理。

系统的组成及原理

密封油系统主要由密封瓦、交流主密封油泵、直流事故密封油泵、滤油器、差压调节阀、氢侧回油扩大槽、浮子油箱、空气抽出槽、真空净化装置和相应连接管道、阀门及仪表组成。
油系统的装置为集装式，方便检修。
密封瓦结构为单流环式。
主油源来自汽机轴承润滑油，润滑油回油管上装设视流窗，以便观察回油。
油氢差压由差压调节阀自动控制，并提供差压和压力报警信号接点。
油温通过汽机润滑油系统的冷油器得到调节。
2台100%容量的交流密封油泵和1台100%容量的直流密封备用油泵 , 1台100%容量的再循环油泵。

密封油系统原理简介

发电机采用氢气冷却，为防止运行中氢气沿转子轴向外漏，引起火灾或爆炸，维持发电机内的氢气纯度和压力，在发电机端轴（励端和汽端）伸出处的静止和转动部分，各装有一套密封装置—密封瓦，其间供以压力高于氢压0.03～0.08Mpa的压力油，形成油环，以密封发电机内的氢气，使其不能向外泄漏。同时也防止油压过高而导致发电机内大量进油。常见的密封油系统采用单流环式密封瓦、双流环式密封瓦、三流环式密封瓦。我厂机组发电机采用的是单流环式密封瓦，密封油只有一路，分别进入汽侧和励侧的密封瓦，经中间油孔沿轴向间隙流向空气侧和氢气侧，形成了油膜起到了密封润滑作用。然后分两路（氢侧、空气侧）回油。

密封油系统主要设备及其功能

1、扩大槽

发电机氢气侧(以密封瓦为界)汽端(简称T)、励端(简称G)各有一根排油管与扩大槽相连，来自密封环的排油在此槽内扩容，以使含有氢气的回油能分离出氢气(H2),油向下经管路流至浮子油。扩大槽里面有一个横向隔板，把油槽分成两个隔间，之间可通过外侧的U形管连接，目的是防止因发电机两端之间的风机压差而导致气体在密封油排泄管中进行循环。扩大槽内部有一管路和油水探测报警器(LSH--202)相连接，当扩大槽内油位升高超过预定值时发出报警信号。

2、浮子油箱

氢侧回油经扩大槽后进入浮子油箱，该油箱的作用是使油中的氢气进一步分离。浮子油箱内部装有自动控制油位的浮球阀，以使该油箱中的油位保持在一定的范围之内。浮子油箱外部装有手动旁路阀及液位视察窗，以便必要时人工操作控制油位。

浮子油箱的浮球调节阀结构图

浮子油箱的工作原理

浮球阀（浮子阀）门的控制原理如上图示，油位逐渐上升时，浮球阀逐渐开大直至全开；油位逐渐降低时，浮球阀逐渐关小直至全关。当浮球阀卡涩时，易出现油位过高或过低甚至看不到的现象。油位过高，说明浮球阀未有效地打开，有可能造成扩大槽油位的异常升高；油位过低，说明浮球阀未有效地关闭，有可能造成氢气大量外排，引起机内压力的下降。出现上述情况，应当振打浮球阀，无效时隔离浮球阀，暂时使用旁路阀进行调节，并通过玻璃油位计观察油位。

3、空气抽出槽

发电机空侧密封油和轴承润滑油混合后排至空气抽出槽内，油中的气体分离后经过管路(GBV)排往厂外大气，润滑油经过管路流回汽机主油箱。

4、密封油控制装置

密封油控制装置中的主要设备有两台交流油泵、一台直流油泵、真空装置、一只压差阀、二只滤油器、仪表箱和就地仪表及管路阀门等。两台主油泵一运一备，均由交流电动机驱动，故称交流密封油泵。一台直流油泵由直流电动机驱动，当两台主油泵均故障或失去交流电源不能运行时，该泵投入运行，故又称事故油泵。再循环泵，通过管路使真空油箱中的油形成一个局部循环回路，从而使油得到更好的净化。差压调节阀用于自动调整密封瓦进油压力，使该压力自动跟踪发电机内气体压力且使油—气压差稳定在所需的范围之内。

5、油氢差压调节阀

发电机密封油系统油压始终高于氢压运行以保证发电机不漏氢，油氢差压调节阀是实现这一任务的关键设备。

油氢差压调节阀用于发电机组密封油系统是通过氢压与弹簧压力之和同油压进行比较，当有压差时，阀杆产生上下运动，从而影响阀口的开度，使压差阀出口流量及压力发生相应变化，并最终实现压力平衡。之时氢压与油压的压差ΔP相对恒定，通过调节弹簧可实现对压差值ΔP进行调整。

氢油压差调节阀系统图在密封油系统中的位置

差压阀投运注意事项：

密封油系统初期由于发电机内部没有气压，无法投运。

密封油系统配合发电机打风压初期应该使用压差阀的旁路控制进入发电机的油压，随着发电机内部气压的升高，一般发电机的气压0.03MPA左右时可以缓慢投入压差调节。

压差阀投运

A）油循环阶段不投用压差阀。

B）只要压差阀不投运或者退出运行，就必须关闭压差阀前后以及引压管路的截至阀（图示的J1、J2、J3、J4）

C）压差阀投运步骤：

a)先使用旁路门手动调节密封油系统的油－氢压差（ΔP），将ΔP值调至0.56bar 即0.056MPa左右，（在显示表上观察ΔP值）；

b)先打开阀门J1引入氢压，紧接着打开阀门J2，直至全开，再全开阀门J4（进油阀）。

c)逐步关闭旁路门，同时逐步打开出油阀门J3，直至旁路门全关、J3全开，此时压差阀投入运行。

6、密封油真空装置

密封油真空装置主要是指真空油箱、真空泵和再循环泵。它们是单流环式密封油系统中的油净化设备。

发电机正常运行中，汽机轴承润滑油不断地补充到真空油箱中，润滑油中含有的空气和水份在真空油箱中被分离出来，通过真空泵和真空管路被排至厂房外，从而使进入密封瓦的油得以净化，防止空气和水份对发电机内的氢气造成污染。真空油箱的油位由箱内装配的浮球阀进行自动控制，浮球阀的浮球随油位高低而升降，从而调节浮球阀的开度，这样使得补油速度得以控制，真空油箱中的油位也随之受到控制。真空油箱的主要附件还有液位信号器，当油位高或低时，液位信号器将发出报警信号。当油位变化时，液位信号器将输出模拟信号。

真空油箱浮球调节阀结构图

密封油真空箱的油位同样也是由一浮球阀控制，油位逐渐上升时，浮球阀逐渐关小直至全关；油位逐渐降低时，浮球阀逐渐开大直至全开。当浮球阀故障时，易于出现油位失控的现象，此时可通过开关手动补油门暂时来维持合适的油位。

7、空气抽出槽油烟净化装置

发电机密封油系统的空气抽出槽配备了两台100%容量的排烟风机，并通过风机出口处的止回阀，将两台风机并联连接。正常情况下，一台风机运行，另一台备用，两台风机可以相互切换。风机启动时，首先将全部疏油阀门全部打开排净存油，风机入口蝶阀可锁定在50%开度，在正常运行工况下，投入一台排烟风机，真空表的负压值一般应维持在0.25—0.5KPa，并可通过调节入口碟阀直到入口处的真空度达到上述范围，同时应观察排入空间的排气量，至适中为度。在风机的进口和出口之间设有一个旁路止回阀，意在两台排烟风机全部停止运行时，借油烟的自然升力将油烟排向大气。如果在某种工况下，装置的入口处负压未能达到要求时，两台排烟风机也可并联同时工作。

空气抽出槽油烟净化装置系统图

密封油系统主要技术参数

密封瓦进油温度：25～50℃

密封油的供油温度是十分重要的运行参数，油的温度决定其粘度，并且影响到密封瓦的间隙，密封瓦的单侧间隙通常在0.010~0.015cm，油温升高将降低油的粘度，增大密封瓦间隙，直接提高密封油的流量，而过大的流量容易引起发电机进油。油温降低时粘度增大，可能引起密封瓦的摩擦，造成发电机轴承振动，尤其是双流环结构的密封瓦，不恰当的油温对振动有较明显影响。

密封瓦出油温度：≤70℃

密封油压大于机内氢压：0.056±0.02MPa

压差正常才能保证发电机不漏氢。

密封油系统的运行

密封油系统工作过程

密封油系统中主要包括：正常运行回路、事故运行回路、紧急密封油回路（即第三路密封油源）、真空装置、压力调节装置及开关表盘等。这些回路和装置可以完成密封油系统的自动调节、信号输出和报警功能。油氢差压由差压调节阀自动控制，氢侧和空侧油压平衡由调节阀自动控制，并提供差压和压力报警信号。

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，经滤网过滤后进入发电机的密封瓦，其中空气侧的回油进入空气析出箱，氢气侧的回油进入氢侧回油扩大槽后再向下流入浮子油箱，而后依靠压差流入空气析出箱。由于采用汽轮机润滑油这一高压油源，空气抽出槽内的油无法流入真空箱，而只能流入汽轮机润滑油套装油管，回到主油箱，开始下一个油循环。

密封油系统配置了一台再循环油泵，用于正常运行中对真空箱内的密封油形成一个局部循环回路，经处于高度真空状态下的真空箱顶部设置的喷头降压喷雾，从而析出油中的水分和气体，不断的排到主厂房外，起到了循环处理净化作用。此泵与主密封油泵联启联停。真空泵的作用在于形成真空箱内的高度真空，出口有一储水器，应定期放水。滤网的作用在于过滤密封油中的油泥和其它杂质，应定期转动旋转手柄并定期排污。另外，在氢侧回油扩大槽顶部和发电机底部引出细管，接至油水检测器，用于正常运行及气体置换时检查密封油进入发电机的程度。发现有油时应及时排放并查找原因予以消除。

密封油系统具有四种运行方式，能保证各种工况下对机内氢气的密封。

（1）正常运行时，一台交流密封油泵运行，油源来自主机润滑油。

（2）当交流密封油泵均故障或交流电源失去时，运行方式如下：

（3）当交直流密封油泵均故障时，轴承润滑油直接作为密封油源（第三路油源）密封发电机内氢气。此时发电机内的氢气压力必须降到0.02MPa~0.05MPa，因此发电机需紧急停机并排氢，降压直至主机润滑油压能够对氢气进行密封。

（4）密封油系统可独立循环运行。此时应注意保持密封油真空箱高真空，以利于充分回油。此工作方式，密封油系统无冷源，不允许长期运行，运行过程中需关注密封油温度；另外务必高度注意密封油箱油位不能低，必要时补油，而主油箱油位不能太高跑油。

注意：此情况下最好关闭主机润滑油至密封油手动门。

密封油系统投入前准备

密封油系统检修工作结束，工作票已终结，检修安全措施全部恢复。

确认主机润滑油系统已运行正常，轴承润滑油油质正常，连续两次达到6级。

按系统启动检查卡检查系统阀门状态正常，设备已送电。

只要发电机轴系转动或机内有需要密封的气体,密封油系统均需向密封瓦供油。

发电机大修后都需要做气密性试验，气密性试验不合格不允许发电机启动投入运行（主要通过24小时的气压下降来计算下降率看是否符合设计要求）。

我们每次机组大修后由于调试时间紧张，多次在没有投盘车的情况下打风压。

发电机轴系转动时：密封油压高于机内氢压0.05-0.07MPa.g 最为适宜；

发电机轴系静止时：密封油压高于机内氢压0.036-0.076MPa.g 均可。

机组大修后第一次启动润滑油系统时，由于发电机密封油系统不是同步投运，务必做好润滑油系统与密封油系统的完全隔离，一是防止油质不合格的油进入密封油系统，二是防止发电机进油。

如果密封油系统不能进油，必须关闭以下阀门：

a．润滑油至密封油补油总门(一期没有)

b. 第三密封油源手动截止阀；

b．真空密封油箱进油手动阀；

c．直流密封油泵进油阀。

d. 6米浮子油箱隔离

密封油系统投入

1 启动空气抽出槽排烟风机。

2 开启密封油系统补油总门，将真空油箱油位补至正常，启动真空油箱真空泵抽真空，检查真空泵运行正常，油箱真空上升至－90KPa以上。启动再循环泵，建立局部循环，净化油质。

3 全开浮子油箱旁路门。

4 向发电机内充压缩空气，打开第三路油源手动门，发电机内气体压力开始上升。

5 调节浮子油箱旁路门，使浮子油箱旁路观察窗内的油位处于约1/2处。

6 当发电机内气体压力达到0.08MPa以上时，氢油差压调节阀一般可以正常调节，此时可启动一台交流密封油泵，油泵供油正常后关闭第三路油源门。此时浮子油箱也可正常控制油位，可关闭浮子油箱旁路门，切换至浮子油箱，监视浮子油箱油位稳定在约1/2处。

7 发电机内气体进行置换时，出于节约CO2的考虑发电机内气体压力可能会降低至0.08MPa左右，因此进行置换的过程中应加强监视氢油差压调节阀和浮子油箱的工作情况及发电机液位探测开关的报警情况。

密封油投运时注意事项

发电机刚开始用第三油源进行注油充气式时务必关注发电机的液位探测器，加强监视。

由于刚开始发电机内气压偏低，压差调节阀不能正常投入，只能通过期旁路手动调节，另外低于0.05MPa.g浮子油箱必然排油不畅，甚至出现满油是正常的，只要扩大槽用的油水探测报警器内不出现油，则说明氢侧回油依靠扩大槽与空气抽出槽两者之间的高差已自然流至主回油装置(空气抽出槽)。尽管如此，气压偏低时仍然必须对油水探测报警器加强监视，一旦出现报警信号或发现有油，应立即进行人为排放，以免油满溢至发电机内。机内气压升高，浮子油箱排油才会通畅。

务必在发电机内气压达到0.08MPA以上时才能启动主密封油泵，严禁提前启泵以防发电机进油。

密封油系统停运

密封油系统只有在发电机排氢结束置换为空气后，主机盘车停运后才能进行停运操作。

密封油系统的停运操作基本上是启动的逆过程。停运前最好联系热工解除泵的联锁，或者将备用泵停电。

首先进行发电机排放气体进行降压，发电机内部降压过程中，当压力为0.1MPA时需要打开第三路油源门，0.08MPA时可停运密封油泵，继续用第三路油源降压，一般0.02MPA左右可以关闭第三油源。关闭润滑油补油至真空油箱手动门，关闭润滑油管路至密封油备用油源手动总门。

停运过程中发现浮子油箱油位升高，应将其旁路门打开，油箱进出口门关闭，退出浮子油箱，并严密监视回油扩大槽的液位报警信号。

监视差压阀自动保持油气差压在0.036-0.076MPa，保证发电机内部不进油，也不应向外喷油。

停运真空泵，打开真空油箱的真空破坏门，破坏真空油箱真空

密封油系统停运后务必将密封油系统与汽机润滑油做完全隔离，防止发电机进油事故发生。

发电机进油后的危害

发电机进油后，油中携带的水蒸发释放出来，使得氢气湿度升高，造成发电机定子线圈绝缘下降。

进入发电机内部的油烟、油雾及空气造成氢气纯度下降。

发现发电机进油后立即打开发电机底部放油门进行放油。视进油情况，一般先关闭观察油罐上部门，然后打开放油门放油，以防跑氢。

异常运行和事故处理

1.主密封油泵故障

主密封油泵故障需要投入事故密封油泵，真空油箱中的浮球阀故障需要检修，也应改用事故密封油泵供油，真空油箱退出运行。

事故密封油泵(直流泵)投入运行时，由于密封油不经过真空油箱而不能净化处理，油中所含的空气和潮气可能随氢侧回油扩散到发电机内导致氢气纯度下降，此时应加强对氢气纯度的监视。当氢气纯度明显下降时，每8h(小时)应操作扩大槽上部的排气阀进行排污，然后让高纯度氢气通过氢气母管补进发电机内

事故密封油泵投入运行，且估计12h(小时)之内主油泵不能恢复至正常工作状态，则真空油箱补油管路上的阀门以及真空泵进口阀门应关闭，停运再循环泵及真空泵，然后操作真空破坏阀门破坏真空，真空油箱退出运行。

2.真空泵故障

如果真空泵故障停运，主密封油泵仍可正常运行供油，但是此种清下必须加强氢气纯度的监视，氢气纯度低于96%必须进行排污、补氢，以保持机内氢气纯度，此工况下还应对真空油箱的油位进行密切监视，如无法维持允许的油位，则应停运主密封油泵，而改用事故密封油泵供油。

3.事故密封油泵故障

事故密封油泵故障且主密封油泵或真空油箱真空泵不能恢复运行，应立即改用第三供油回路供油，同时发电机内氢压应下降至0.05—0.08MPa.g之间或以下 (此时发电机负荷按要求迅速递减，严密监视发电机各部温度不超限)，视情况而定，扩大槽上部的排氢管也应连续排放且向发电机内补充高纯度氢气以维持机内氢气纯度。

4.液位信号器报警

如果扩大槽油位过高而导致其溢油管路上装设的液位信号器报警，则应立即将浮子油箱退出运行，改用旁路排油，此时应根据旁路上的液位指示器操作旁路上阀门的开度，以油位保持在液位信号器的中间位置为准，且须密切监视。因为油位逐步增高，可能导致氢侧排油满溢流进发电机内；油位过低则有可能使管路“油封段”遭到破坏,而导致氢气大量外泄，漏进空气抽出槽，此时发电机内氢压可能急剧下降。因此也必须对浮子油箱中的浮球阀进行紧急处理，以使尽快恢复浮子油箱至运行状态。

5.油－气压差低及其处理办法：

a. 压差调节阀跟踪性能不好，可能引起油—氢压差低，此时重新调试压差调节阀，并结合以下两项处理结果判断压差调节阀是否要处理或换新。

b. 油过滤器堵塞也可能引起油—氢压差低，此时应对油过滤器进行清理。

c. 重新校验压差表计。

如果发现差压阀故障，必要时立即采用旁路调节保证发电机供油，防止密封瓦磨损和严重漏氢事故发生，同时旁路调节时加强监视注意防止发电机进油。

6.真空油箱故障及其处理对策：

a. 真空油箱真空低

引起原因：一是管路和阀门密封不严；二是真空泵抽气能力下降。前者需找出漏点，然后消除；后者则需按真空泵使用说明书找原因，并且消除缺陷。

b. 真空油箱油位高

引起原因主要是真空油箱中的浮球阀动作失灵所致，说明浮球阀需要检修，假如一时不能将真空油箱退出运行，则作为应急处理办法，可以将浮球阀进油管路的阀门S-58开度关小,人为控制补油速度。

c. 真空油箱油位低

引起原因一是浮球阀动作失灵；二是浮球阀出口端(真空油箱体内)的喷嘴被脏物堵住。这两种情况必须将真空油箱退出运行，停运真空泵、再循环泵、主密封油泵(改用事故密封油泵供油)破坏真空后，排掉积油然后打开真空油箱的人孔盖进行检修。另外，因密封瓦间隙非正常增加也可能引起真空油箱油位始终处于低下的状况,此时可对密封瓦的总油量进行测量，测量结果与原始纪录相对照即可判断密封瓦间隙是否非正常增大。如果得到确认，则须换用新密封瓦才能解决问题。