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慢一秒氢爆!发电机浮球阀卡涩导致的漏氢停机事故案例

鹰眼研究2018-06-28 08:43:54



老板:这里应该有你要的技术或成果

某公司1号660MW 配套汽轮发电机组,发电机为QFSN-660-2-22 型隐极式、二极、三相同步汽轮发电机,采用水、氢、氢冷却方式。发电机密封油系统密封瓦采用单流环形式,系统由2台交流主油泵、1台直流事故油泵、密封油回油扩大槽、浮子油箱、空气抽出槽、排烟风机、压差调节阀、滤油器、真空油箱、真空泵、再循环泵、仪表箱等部件组成。

1. 事故经过及原因分析

(1)事故经过

8 月25 日13:30,1 号机负荷升至660MW,机组运行参数稳定,氢压436kPa,发电机密封油系统运行正常,氢油差压83kPa。14:15,1 号机组光字报警“发电机漏氢”,发电机汽端、励端回油漏氢含量点由零迅速上升到3.9%,达到报警值报警。发电机氢气压快速下降,汽机房13.7m发电机汽端和励端出现明火,密封油防爆风机排烟口也出现明火,运行人员立即破坏真空停机,并对发电机紧急排氢,发电机氢压降至48kPa 左右后进行充CO置换,经现场人员扑救,发电机两端明火扑灭。由于及时发现,采取措施得当,本次事故只烧损了部分热工电缆及测量探头,未造成汽轮机油系统着火以及氢气系统爆炸的重大设备损坏事故。

(2)发电机大量漏氢着火原因分析

检查发现,密封油浮子油箱浮球阀在全开位卡死,浮子油箱处“油封”破坏,造成发电机内氢气从回油扩大槽大量漏至空气抽出槽。由于漏氢量较大,防爆风机来不及将氢排出,空气抽出槽内氢气通过两端回油管道返回至发电机汽、励两端,再通过发电机大端盖从轴端外漏,同时造成7,8 号瓦回油不畅,大量氢气携带润滑油回油从发电机大端盖喷出,最终造成7,8 号瓦处氢气及润滑油外漏。发电机大量漏氢路径见图1。

氢气在高流速下,易与管道摩擦产生静电,氢气遇到静电后极易发生着火或爆炸。《GB 50177—93 氢氧站设计规范》要求,在管道中“氢气工作压力为0.1~1.6MPa,在不锈钢管中最大流速可为25m/s”。计算该1 号机组漏氢停机事故期间发电机漏氢速率,部分时段漏氢速率达到约25m³/min,换算为密封油防爆风机排烟口最大氢气流速可达150m/s,大幅超过了国标规定的氢气安全流速。可见额定氢压运行的发电机组浮子油箱处油封破坏后,如果此时浮球阀卡在较大开度时,发生氢气着火、爆炸几乎是不可避免的,遇到此类事故必须立即打闸停机。

2. 密封油浮子油箱浮球阀卡涩原因分析

事故发生后,对密封油浮子油箱浮球阀进行了检查,发现浮球阀卡死在开位,手摇不动,检查阀体内未发现异物,阀芯橡胶密封圈完好。阀芯导向和阀盖导向活塞处有明显卡涩磨损痕迹。检查发现油箱底部有较多橡胶、油漆皮等非金属颗粒。经与现场运行人员了解得知,该1 号机组浮子油箱浮球阀故障前,油箱有周期性异音,同时伴有浮子油箱油位周期性波动,油位上、下波动幅度最大时可达30mm。与密封油系统完全相同配置的2 号机组对比,2 号机组密封油浮子油箱无异音,油箱油位只有几个毫米的小幅波动。2015 年3 月,利用1,2 号机组同时停备的机会对两台机组浮子油箱浮球阀解体,经对比后发现,浮球阀在关键部位存在明显差异,从而判断造成1 号机组浮球阀卡涩的主要原因有下几点:

(1)浮球阀制造工艺存在不足

该1 号机组密封油浮子油箱浮球阀阀芯材质为不锈钢,经对比2 号机组浮球阀发现,阀体内孔与阀芯结合面有一层厚度约5mm 的铜质内衬套,由于单油环密封油系统浮子油箱浮球阀长期处于频繁调整状态,阀芯与阀体内孔处金属表面频繁发生碰磨,而铜质地较软,可有效地保护阀体及阀芯。该1 号机组浮球阀阀体内孔与阀芯表面材质相同,均为不锈钢材质,相同硬度的金属长期反复碰磨,必然造成阀芯表面磨损,最终造成浮球阀在全开位卡涩,是引发该1 号发电机大量漏氢停机的主要原因。

(2)机组安装及大修后,对密封油系统回油管路大流量冲洗不彻底

查看机组近3 年汽轮机润滑油、发电机密封油油质监测报告,未出现过油质超标现象。同时该机组密封油供油管路设置20 目的滤网,可见固体杂质不是来自密封油供油系统及管路。而追溯最近一次密封油系统检修发现,橡胶、油漆皮等颗粒物主要来自7,8 瓦润滑油回油,来自密封瓦安装以及发电机内、外端盖安装后的密封胶以及发电机外端盖,机组安装及大修后对密封油系统回油管路大流量冲洗不彻底,造成密封油浮子油箱内沉积较多非金属颗粒物。

(3)浮子油箱内部密封油进油口布置不合理

在密封油浮子油箱内部检查过程中还发现,该1 号机组浮子油箱密封油进油口布置不合理,油箱进油口正对浮球阀球体,密封油系统运行期间油流对浮球阀造成连续冲击力,此冲击力方向垂直于阀芯活动方向,增大了阀芯与阀体间的摩擦,从而加快了阀芯的磨损。对比Alstom 公司设计的密封油浮子油箱内部设计可发现,Alstom 公司在回油口装设了挡油板,有效避免了密封油进油对浮球阀造成的冲击。

3. 防止浮子油箱浮球阀卡涩及异常扩大的运行措施

发电机单油环密封油系统浮子油箱浮球阀卡涩,将造成发电机进油或发电机大量跑氢的重大异常,鉴于单油环密封油系统的这一薄弱环节,在系统改造升级未完成之前,为了指导运行人员及时发现密封油浮球阀运行中出现的异常,防止浮子油箱浮球阀卡涩造成事故扩大,可采取以下措施:

(1)重点做好密封油浮子油箱浮球阀选型及日常维护,保证密封油系统关键阀

门可靠运行。密封油浮子油箱浮球阀在单油环密封油系统中属于非常核心的重要阀门,浮球阀发生卡涩必然引起发电机大量进油或大量漏氢的严重后果,此类阀门在选型、检修维护、日常运行均需要重点对待,发现不符合规范的阀门应尽早更换,选择使用可靠性高、不易发生卡涩的阀门是防止重大事故发生的关键。

(2)加强点检定修维护管理。重视发电机密封油系统、密封瓦等部件安装、检

修后,对发电机轴承润滑油、发电机密封油回油系统死角的清理,做好密封油进、回油系统的大流量冲洗,避免系统大量遗留杂质造成浮球阀卡涩。逢机组停备要对浮子油箱浮球进行检查。逢机组检修,应对密封油系统真空油箱、浮子油箱、空气抽出槽、滤网等进行检查和清理

(3)加强油质监督管理。定期检验汽轮机润滑油、密封油供油,保证回油系统油质合格。

(4)针对密封油浮子油箱浮球阀运行期间有异音或浮子油箱液位有较大波动的机组,建议对密封油浮子油箱出口门进行节流,避免重大异常发生。通过该1 号发电机大量漏氢案例可以发现,浮子油箱“油封”破坏后,发电机漏氢速度非常快,甚至超过了事故排氢阀全开后的排氢速度。为避免浮球阀再次在全开位卡涩造成大量漏氢,现场进行了以下试验:发电机额定氢压、密封油氢油差压状态下,将密封油浮子油箱出口门逐渐关小,关小至约10%开度时,浮球阀调整仍能满足正常运行需要并有一定余量。试验说明浮球阀本身设计考虑了发电机各种氢(风)压工况下,不同密封回油差压下浮球阀的调整能力。而机组正常运行期间,发电机风压基本维在持430~450kPa,因此机组正常运行期间,可对密封油浮子油箱出口门进行适当节流,可有效避免浮球阀在全开位卡涩情况下发电机氢气大量溢出,有效避免瞬间氢气漏氢量过大造成氢气着火,为运行人员进行事故处理争取时间。但在节流方式下运行时,应注意在发电机风压非额定情况下需进行跟踪调整。

(5)在密封油浮子油箱上装设可以远程监视的液位计,设置发电机漏氢速率大光字报警,为运行人员提供判断浮子油箱异常的可靠依据。同时定期进行浮子油箱浮球阀液位扰动试验,验证浮球阀在变工况下的调整能力。

(6)针对单油环密封油系统浮子油箱存在的安全隐患,定期开展培训、演练和

总结。

4. 结论

密封油系统真空油箱、浮子油箱等浮球阀因布置在油箱内部,机组运行期间容易忽视其重要性,但从现场事故案例可发现,一旦这些浮球阀发生故障,造成的影响很大。密封油系统关键阀门的选型、检修维护、运行方式选择应作为生产过程的重要环节进行监督,密封油系统出现的一些小异常应引起现场技术人员的高度重视,因小异常往往背后隐藏着重大安全隐患。发电企业的运行人员,发生发电机大量漏氢着火事故时,应严格执行规程、反措,立即停运机组,防止主设备损坏。

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