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西门子燃气轮机发电机氢油水系统
2025-07-09 07:51    202    中华厨具网

上海汽轮发电机有限公司的燃机发电机氢油水系统是引进德国西门子公司的技术。按技术协议要求,燃机的发电机氢油水系统由中方设计、制造;西门子公司则转让设计技术包括所有设备图纸、外购件规范和技术人员的培训。**套氢油水装置已顺利设计、制造和试验完毕。其中,密封油供油装置和定子冷却水供水装置,在制造厂的模拟试验装置上,通过数星期的各种模拟型式试验,达到了西门子的技术要求。由于燃机发电机的氢油水系统与普通火力发电机的氢油水系统基本类似,因此,西门子300 -500mw发电机的氢油水系统设计,也是一种典型设计。

2系统介绍2.1氢系统氢系统主要用于发电机的充排气操作,监测发电机内氢气的压力、纯度、流量、露点等与氢气有关的参数。一些通过带氢气管道来实现功能的设备,如氢气干燥器、绝缘过热监测装置、漏液检测装置等,也归在氢系统中。

1供氢系统发电机的氢气来之氢瓶供氢汇流排。瓶中氢气首先通过供氢汇流排上的**级减压装置把压力减到中等程度,然后通过氢气控制装置上的第二级减压装置把氢压减到发电机所需的压力。根据iec34规范,氢气减压阀或减压阀下游设有安全阀,以防压力过高损坏阀门或设备。安全阀的出口连到排空管上。供氢系统具有二级减压装置,氢气流量较小时压力相当稳定。

2供二氧化碳系统及二氧化碳蒸发器为防止氢爆在充、排氢气时,氢气不能与空气直接接触。在充、排氢时,发电机必须先用中间惰性气体进行置换。西门子的典型设计是采用氩气作为中间惰性气体。使用氩气,可直接向发电机内快速充气,不需加热装置。二氧化碳与水分接触后可能形成带腐蚀性的碳酸气;氩气则不会,必要时可长期留在发电机内。

如采用二氧化碳,气源以液态形式存在钢瓶中。钢瓶必须采用带有吸管的结构,以保证二氧化碳以液体形式全部排出。瓶压下的液态二氧化碳通过高压软管及阀门流入二氧化碳蒸发器(力口热器)体积膨胀变成气体。

西门子二氧化碳蒸发器是一台有2个并列并交替工作的热交换器,二氧化碳必须以液体形式进入蒸发器,否则上游管道可能在大流量时产生冰堵。液体状的二氧化碳,通过蒸发器后体积膨胀成气体状的二氧化碳。在蒸发器的高压端有一安全阀,以防止系统压力过高;出口有一减压阀,以提供发电机所需的压力。

2.1.3氢气控制装置氢气控制装置是一个集成装置,装置上组合了第二级氢气减压阀、充气置换阀门、氢气流量计、压力变送器、气体纯度仪等控制设备,如所示。

充气置换阀门用以在向发电机充、排二氧化碳或氢气时进行切换。装置上设有图示式标牌,以指示在各充气阶段阀门的位置状态,以方便操作。装置上设有可拆式连接管,可在充氢时断开空气接管或在充空气时断开氢气接管,防止氢气与空气混合,形成爆炸性气体。

(4)按照iec规范,装置上设有2台独立的三范围(二氧化碳一空气;氢气一二氧化碳;氢气一空气)气体纯度仪。2台气体纯度仪同时工作,互相对照,以便可靠地监测发电机内氢气纯度。

4氢气干燥器发电机内的露点温度必须高于冷氢的露点温度,否则将给发电机中部件带来极大的危害。西门子的氢气干燥器为一台单塔吸附式干燥器,干燥剂用加热空气再生,再生过程人工操作。在国产化设计时,采用了双塔密闭循环再生的吸附式氢气干燥器,为全自动工作,且完全不消耗氢气。干燥器上设有2台露点仪,一台设在干燥器的进口用于监测发电机内的露点;另一台设在干燥器的出口用于监测干燥器的干燥效果。

5漏液检测装置燃机的主出线设在发电机顶部,故在系统中只设置2个漏液检测开关(汽、励端各一个)。2个开关组合成一个装置。漏液开关为电子式音叉开关,不会发生机械故障。

6其它监测仪器按用户要求,系统还配置了绝缘过热监测装置和在线式漏氢监测装置。

2.2密封油系统发电机转子两端通过轴密封来密封发电机内的氢气。轴密封是用压力油来防止发电机氢气外流,同时防止机外的空气进入到发电机内。只要发电机密封环处的密封油的压力大于氢气的压力,氢气就不会外流。密封油来之一个独立的密封油供油装置。密封油的油源与轴承润滑油的油源为同一个油系统。密封油系统由密封油供油装置、排油烟机、空侧油箱(密封油贮油箱)组成。2.2. 1密封油供油装置西门子的密封油供油装置采用带真空处理系统的单流密封油系统。装置中设置了2台交流密封油泵和一台直流油泵。油一氢压差阀、油冷却器、过滤器按冗余设置。装置的结构布置便于操作和维护,如所示。

密封油回路:在正常工作时,油泵1从密封油箱抽油,通过冷却器和过滤器后进入密封环,进入密封环的油经密封环和转轴间的间隙流向氢侧和空侧。流向空侧的油直接与轴承油一起回到密封油箱。流向氢侧的油首先回到发电机端盖下的消泡箱,再回到氢侧回油箱。当主密封油泵1由于机械或电气故障退出运行时,主密封油泵2自动启动。当上述两台主油泵退出运行时,直流备用油泵自动无扰启动。

密封油压力调节:**级压力调节,密封油泵的出口各有一个类似溢流阀的自力式压力控制阀。根据阀的压力设定及信号压力的反馈(泵出口压力信号),控制阀控制泵旁路油量的大小以维持泵出口的设定压力。第二级压力调节,发电机密封油入口所需的压力由压差调节阀来控制。为保证系统的可靠,设置了2个压差调节阀,分别设定在不同的压力设定值。正常工作时,一个工作,一个备用。根据压差阀的设定,压差阀控制流向密封瓦的流量,以保持密封油的压力。当氢气压力和密封油压力信号不平衡时,所产生的压差推动阀心开或闭。当氢气压力升高或密封油压力降低时,推动阀心向下,打开阀门增大流量,密封油压力随之升高。反之,推动阀心向上,关闭阀门,减少流量,密封油压力随之降低。

氢侧回油系统:密封油氢侧回油,先回到消泡箱。在消泡箱里,油的流速减慢,油中所含的氢气析出,油的泡沫消除。汽、励端的氢侧油在发电机外会合后,流向氢侧回油箱。箱内有一浮球阀以控制箱中的油位,并防止氢气外泄。氢侧回油箱内的油与空侧回油,通过浮球阀流入真空油箱。如流向真空油箱的油太多,多余的油则溢出流入空侧回油箱。少量的氢气不会在空侧回油箱内造成危害,因为空侧回油箱与排油烟机系统连接在一起,以保证对空侧回油进行连续的排气。

密封瓦浮动油:为了保证密封瓦在高氢压时活动自如,系统中设置了密封瓦浮动油系统,在发电机正常运行时,浮动油系统必须投入运行。

浮动油由发电机密封油进口前的压差来控制。汽、励端的浮动油分别由一个压差阀和一个流量计来控制。当控制阀因故退出运行时,可手动调节旁路阀并观察流量计来控制浮动油。

2排油烟机由于氢气会渗漏到轴承室或积蓄在真空油箱内,因此必须连续排气,以防氢气进入汽机房或润滑油系统。废气由排油烟通过相关的管道,直接排到汽机房外。

2台排油烟机,互为备用。西门子的排油烟机系统为散件,由用户在现场组装成系统。国产设计为组装结构,装有2台微压力变送器。正常工作时,一台机工作,另一台备用,并可自动切换。

轴承室内的负压可有效防止润滑油雾通过油挡散布到汽机房内。同时,在密封油系统出故障时,排油烟机也将渗漏到轴承室内的氢气排出厂房外。流入密封油油箱中的轴承油与密封油的混合体中可能含有一小部分氢气,这部分气体也由排油烟机排出。真空泵用于排出密封油中的空气和氢气,此系统也与排油烟机相连。

3空侧回油箱西门子的空侧回油箱称为密封油贮油箱,此油箱的容积要比西屋公司设计得大,因此在一定的时间内,密封油系统可脱离润滑油系统独立工作,如在发电机调试阶段。空侧回油箱出口有一*u*形管,防止来之发电机密封油中的氢气进入汽机润滑油系统。空侧回油箱与排油烟机相连,将油中分离出来的氢气排出系统。

2.3定子线圈冷却水系统定子水系统用于冷却定子线圈。发电机的转子、铁心、相间连线及出线套管用氢气来冷却,而只有定子线棒用水来冷却。线棒中通水的导管是用非导磁的不锈钢材料制成,系统不会产生铜离子腐蚀现象,因而系统中不设离子交换器,系统采用连续少量补水一溢流结构。定子水系统是一个闭式循环系统,包含定子线圈冷却水供水装置()、水箱、发电机出水管道上的监测仪表。

定子供水装置系统回路:定子冷却水先通过高精度的过滤器,再通向位于发电机底部的进水汇流管,流入定子线圈。热水从发电机的另一端的汇流管从发电机的顶部流出回到供水装置中。这种设计可确保汇水管及线棒中无气体。按用户要求,发电机的进出水口设有反冲洗阀门,可在发电机停机时,对定子线圈进行反冲洗。

水泵:系统中设有2台相同的水泵,互为备用。

过滤器:冷却水必须纯净无杂质,以免引起线圈结垢或堵塞。为此,系统设有高精度的过滤器。运行时不允许旁路过滤器。过滤器两端设有压差变送器,在过滤器结垢时发出报警。

冷却器:定子水系统为一闭式系统,西门子标准设计为两个冷却器,每个承担50%的负荷。目前,国产化设计为2个100%冷却器。冷却器为板式冷却器,与水接触部分为不锈钢管。在冷却器的热水端,有2根并联的小管子作为排气管,很小一部分带有气泡的水,通过排气管流到水箱,析出在水箱顶部。

定子水箱:定子水箱布置在高于发电机的位置,其作用是缓冲冷却水因温度变化而引起的体积变化、排出系统中多余的水,去除水中气体。水箱中通过很小流量的水,将主水路中的气体带入水箱。排水和排气同时通过一充水的u形管进行。u形管自动从补水系统充水,因此不必对u形管进行监测。考虑到可能有少量的氢气进入水系统,会使水箱压力增高、水位降低,但由于排水管的虹吸作用,水箱中的气体才得以排出,使水箱保持一定的压力。系统中配有氮气管道,用以置换水箱中的空气。

监测仪表:在发电机出水管道上设有3个流量变送器,用以监测定子水流量,并组成“三取二”断水保护信号。另外,还设有温度传感器,监测线圈出水温度。

3氢油水系统的控制与目前投运的大量300、600mw发电机相比,西门子的燃机氢油水控制系统充分利用电厂的计算机系统来控制、监测,性能更优。目前大多数发电机在密封油泵上采用压力/压差开关信号,主控室的操作人员从显示屏上只了解油泵的开或关,油泵间的切换由开关直接控制,而计算机数据采集系统(das)上记录的历史内容,*多只有开关的开或关的时间,不能完全反映油泵所处的工作状态。

另外,一般油泵在正常工作时为1.3mpa左右,由于油泵磨损、密封破坏、密封瓦油量增大、油泵出口的安全阀设定值飘移、供油不及等原因,引起油泵输出压力减小而报警信号还未动作时,主控室人员不能及时了解事故的隐患及其发展过程。若采用变送器取代开关,则在计算机上除了设置报警信号外,还可设置历史记录、实时显示、多路控制、机组保护等多项功能,故障的变化过程一目了然。

同样,过滤器上的压差开关的报警,也是一个过滤器逐渐堵塞的发展过程。如果运行人员对这一过程及时掌握,则可了解水/油质的工况,提前作好准备和应对措施。这样的功能只靠过滤器两端的压差开关是办不到的,若设置一个模拟信号(压差变送器),其他如液位、流量等采用模拟信号也是同样的处理方式。

随着计算机技术在电厂的广泛应用,氢油水系统其他的控制也由计算机来完成。例如:原从西屋公司引进的密度式气体纯度仪,其原理是将纯度风扇上测得的气体密度信号(压差变送器,4~20ma)和发电机内压力信号(压力变送器,4~ 20ma)送入一组运算组件,经线性运算后,得出发电机内气体纯度参数。虽然运算原理和运算过程很简单,但用线性组件来实现这一功能,组件的结构却很复杂,且还要依赖进口件。若将密度模拟信号和压力模拟信号送入计算机,由计算机来完成运算过程,却是非常简单。又如:发电机补氢量,只要在氢系统的管道中设置一流量变送器,把变送器上瞬时流量信号送入计算机,就能很方便地得出累计流量、提示补氢、补氢超限报警等一系列功能。

这次设计的燃机发电机氢油水系统中,大量采用了变送器,使发电机的辅助系统自动化程度大为提高。系统中配置的少量压力开关,则是考虑万一dcs系统出故障,可以起安全、保护作用。

4结语西门子燃机发电机氢油水系统的主要特点是集装程度高,操作、维护较人性化;计算机控制、监测程度高。在燃机发电机氢油水系统国产化设计0寸,按用户要求,在各装置上,安装了仪控接线端子盒,方便现场接线。今后,在300、600mw发电机的氢油水控制系统上,要跟上现代先进技术的步伐,广泛汲取、采用西门子的先进技术,并进一步优化现有的氢油水系统技术。

机氢油水系统的总体设计和开发工作,x6187.(责任编辑:杜建军)hwp





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