氫冷發(fā)電機(jī)氫氣濕度的監(jiān)控與管理

胡遠(yuǎn)致粵江發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東韶關(guān) 512132

氫冷發(fā)電機(jī)氫氣濕度的監(jiān)控與管理

胡遠(yuǎn)致
粵江發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東韶關(guān) 512132

氫氣濕度超標(biāo)對(duì)發(fā)電機(jī)會(huì)造成很多損害，影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)氫氣濕度的監(jiān)控和管理，采取相應(yīng)的防范措施，以提高氫氣品質(zhì)，保障發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行。

發(fā)電機(jī)；氫氣濕度；監(jiān)控

在發(fā)電廠的氫冷發(fā)電機(jī)的運(yùn)行中，對(duì)于氫氣濕度有清晰明確的標(biāo)準(zhǔn)和要求，氫冷發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，其氫壓之下的最高值、最低值，以及在充氫、備氫時(shí)需要補(bǔ)充新鮮的氫氣，其濕度值值必須在可允許的范圍之內(nèi)。氫冷發(fā)電機(jī)的監(jiān)控和管理工作是一項(xiàng)細(xì)致、艱巨并且繁瑣的任務(wù)，需要做好標(biāo)準(zhǔn)化的宣傳和貫徹，實(shí)施有效的管理。本文通過(guò)分析氫氣濕度的標(biāo)準(zhǔn)和超標(biāo)帶來(lái)的危害，提出相關(guān)的防范措施，以提高監(jiān)控管理氫氣的工作。

1 氫氣的濕度標(biāo)準(zhǔn)

氣體中含有的水汽含量為濕度，濕度的表示方式有相對(duì)濕度、絕對(duì)濕度以及露點(diǎn)濕度，它們互相可以換算。在運(yùn)行中氫壓的濕度允許低限是露點(diǎn)溫度Td=-25℃，這是以發(fā)電機(jī)的最低濕度來(lái)限定了可允許的最高濕度，即發(fā)電機(jī)的最低溫度為5℃時(shí)，最高的露點(diǎn)濕度為T(mén)d=-5℃；發(fā)電機(jī)的最低溫度大于等于10℃時(shí)，最高濕度限定為T(mén)d=0℃。發(fā)電機(jī)在充氫、補(bǔ)氫時(shí)所用的新鮮氫氣，其常壓之下的允許濕度需要區(qū)分是新建廠房還是已建廠房，新建的電廠為T(mén)d≤50℃，已建的電廠為T(mén)d≤25℃［1］。

2 由氫氣濕度超標(biāo)造成的危害

2.1由濕度超標(biāo)引起的轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)損害

較高的的氫氣濕度會(huì)造成發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，如果轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)上已經(jīng)出現(xiàn)裂紋，氫氣濕度超標(biāo)會(huì)造成裂紋的快速發(fā)展。有3個(gè)必要的因素會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕，為較大應(yīng)力、材質(zhì)、腐蝕介質(zhì)。轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)的應(yīng)力腐蝕出現(xiàn)裂紋和氫氣的濕度含量有非常大的關(guān)系，在我國(guó)電廠應(yīng)用的護(hù)環(huán)一般采用采用18Mn5Cr、18Mn4Cr奧氏體鋼，機(jī)械性能很好。而由于出現(xiàn)腐蝕介質(zhì)，比如硫酸鹽、氫氧根等，在相對(duì)濕度大于50％時(shí)，護(hù)環(huán)的抗應(yīng)力腐蝕能力會(huì)遭到破壞，其裂紋的擴(kuò)展速度有所增加。

2.2由濕度超標(biāo)引起的轉(zhuǎn)子風(fēng)葉危害

某廠300MW機(jī)組因?yàn)闅錃鉂穸瘸瑯?biāo)，在發(fā)電機(jī)檢修過(guò)程中檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)汽勵(lì)兩側(cè)機(jī)座內(nèi)靠轉(zhuǎn)子風(fēng)葉附近絕緣油漆大片發(fā)霉、脫落，檢查汽勵(lì)兩側(cè)轉(zhuǎn)子風(fēng)葉表面有明顯的汽蝕現(xiàn)象，后逐一對(duì)轉(zhuǎn)子風(fēng)葉進(jìn)行稱(chēng)重，并聯(lián)系廠家對(duì)比同型號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子風(fēng)葉參數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)約60％葉片重量存在一定偏差，嚴(yán)重更達(dá)10％，于是更換了全部汽勵(lì)側(cè)轉(zhuǎn)子風(fēng)葉。因此，氫氣濕度大不僅會(huì)引起機(jī)座和葉片的腐蝕與磨損，如若轉(zhuǎn)子風(fēng)葉磨損嚴(yán)重，將會(huì)影響轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重危害。

2.3由濕度超標(biāo)引起的絕緣危害

在氫冷發(fā)電機(jī)中氫氣濕度超標(biāo)會(huì)造成定子的絕緣電氣強(qiáng)度下降，如定子存在絕緣薄弱處，則很可能出現(xiàn)短路。例如300MW發(fā)電機(jī)的定子在端部絕緣具有兩個(gè)薄弱的環(huán)節(jié)，為引線(xiàn)和水接頭處，而且這兩個(gè)部位都處在高電位。在氫氣中水汽非常大時(shí)，絕緣的薄弱處會(huì)出現(xiàn)擊穿發(fā)電情況。如果氫氣中水汽嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)，例如大于80％，定子的絕緣缺陷會(huì)發(fā)展迅速，導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度的下降。

3 導(dǎo)致氫氣濕度超標(biāo)的原因及對(duì)策

3.1缺乏嚴(yán)格的監(jiān)督和管理

在發(fā)電機(jī)的配套系統(tǒng)中應(yīng)配備相應(yīng)的氫氣濕度、純度監(jiān)視設(shè)備。檢測(cè)人員需要進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督和管理，而現(xiàn)實(shí)中一些工作人員缺乏管理意識(shí)，沒(méi)有及時(shí)的發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化，或者在變化趨勢(shì)有變動(dòng)時(shí)提高警惕，嚴(yán)格的把控氫氣濕度標(biāo)準(zhǔn)。因此，應(yīng)當(dāng)重視監(jiān)督管理工作，避免發(fā)生后續(xù)的事故。

3.2干燥裝置設(shè)置不合理

大型的發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子兩邊的風(fēng)扇會(huì)在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生風(fēng)壓差，形成了氫氣的循環(huán)流動(dòng)，發(fā)電機(jī)停運(yùn)時(shí)這種氫氣壓差消失，干燥器之內(nèi)失去了壓差進(jìn)氣，也就不能夠使氫氣循產(chǎn)生環(huán)流動(dòng)，干燥器也就無(wú)法進(jìn)行氫氣干燥。針對(duì)這種情況可采用氫氣通道風(fēng)機(jī)，或者在停機(jī)時(shí)進(jìn)行盤(pán)車(chē)。

3.3新制氫氣的濕度較高

根據(jù)我國(guó)的制氫設(shè)備的運(yùn)行情況分析，如果制氧設(shè)備只是應(yīng)用水冷除濕，氫氣的最低濕度會(huì)達(dá)到露點(diǎn)濕度-10℃，絕對(duì)的濕度僅有2.03g/m3，很多電廠的絕對(duì)濕度為8g/m3～14g/m3，相當(dāng)于露點(diǎn)濕度為7℃～17℃，并不能夠達(dá)到新鮮氫氣的標(biāo)準(zhǔn)和要求。如果水冷卻器后再加裝冷凝式的干燥器，當(dāng)運(yùn)行正常的時(shí)候，氫氣的露點(diǎn)濕度最低為-18℃，絕對(duì)濕度是1.04g/d，也是不能夠達(dá)到新鮮氫氣的標(biāo)準(zhǔn)［2］。而如果安裝分子篩干燥器，其露點(diǎn)濕度可低于-50℃，也就滿(mǎn)足了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。如制氧設(shè)備為中壓制氫設(shè)備，用水冷除濕，可以將露點(diǎn)濕度下降到-20℃～-25℃。對(duì)于老廠來(lái)說(shuō)已經(jīng)接近了標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)于新建廠來(lái)說(shuō)，則還不能滿(mǎn)足要求。因此應(yīng)在制氫設(shè)備中加裝分子篩干燥器，有效的降低新鮮氫氣的濕度，滿(mǎn)足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

3.4水系統(tǒng)泄漏問(wèn)題

氫冷發(fā)電機(jī)中水系統(tǒng)的泄漏可引起濕度的超標(biāo)，氫壓雖然大于水壓，但是水汽還是有可能會(huì)擴(kuò)散到氫氣的系統(tǒng)。水系統(tǒng)泄漏主要包括了氫冷卻器以及內(nèi)冷水系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏，這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該引起管理人員高度的重視，加強(qiáng)對(duì)氫冷發(fā)電機(jī)的檢查，出現(xiàn)隱患進(jìn)行及時(shí)的排除，提高檢修的質(zhì)量。

3.5密封油帶水漏進(jìn)發(fā)電機(jī)中

密封油帶水以及密封瓦中串油都會(huì)導(dǎo)致氫氣濕度太大，當(dāng)油中的水分漏進(jìn)了發(fā)電機(jī)中造成了濕度超標(biāo)。應(yīng)保持空測(cè)油壓和氫側(cè)的油壓為相等數(shù)值，或者互相之間的差值為最小，這兩側(cè)的油流應(yīng)該互相獨(dú)立起來(lái)，使空側(cè)油壓和氫側(cè)油壓不產(chǎn)生交換。因此應(yīng)該設(shè)置密封油凈化裝置，使其保持盡量的平衡狀態(tài)。同時(shí)還需要注意避免出現(xiàn)軸封漏氣現(xiàn)象，有效防止水對(duì)油質(zhì)造成污染。

實(shí)例分析：在某發(fā)電廠，自2012年到2014年，兩年之間10號(hào)發(fā)電機(jī)經(jīng)檢測(cè)其純度和濕度均存在不合格現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)管理人員多方面的檢測(cè)分析，一致認(rèn)為故障原因在于密封油系統(tǒng)，在氫油、空油之間發(fā)生了交換現(xiàn)象，但是卻找不到引起交換的原因。一直到2014年的3月，情況發(fā)生惡化，發(fā)電機(jī)12m平臺(tái)氫側(cè)油壓下降至0.15MPa，通過(guò)檢查可確定發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了氫側(cè)油泄漏情況。在停機(jī)處理之后，發(fā)電機(jī)的漏點(diǎn)濕度及純度都恢復(fù)了正常。壓不可以低于0.1MPa，應(yīng)當(dāng)保持干燥器能夠正常的運(yùn)行。在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，并網(wǎng)之后投入冷卻器，停機(jī)時(shí)需要保持內(nèi)冷水正常運(yùn)行，冷卻水可停止，使內(nèi)冷水可以保持在比較高的溫度不下降，防治定子絕緣受潮，避免轉(zhuǎn)子互環(huán)發(fā)生應(yīng)力腐蝕。

4.4運(yùn)行中的濕度監(jiān)控

在發(fā)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)行的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)控制風(fēng)溫保持在35℃～45℃，冷卻水溫在40℃～50℃，以避免大量低溫氫氣的補(bǔ)入，并且需要加強(qiáng)相關(guān)設(shè)備的排污工作，保證較高的儲(chǔ)罐壓力值，加強(qiáng)監(jiān)管其再生效果，保證氫氣濕度能夠符合標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

在氫氣的濕度管理中，發(fā)電設(shè)備、氫氣濕度檢測(cè)和設(shè)備操作屬于不同的專(zhuān)業(yè)，而各個(gè)專(zhuān)業(yè)在電廠的日常管理中都屬于邊緣管理，沒(méi)有將氫氣的濕度管理作為重點(diǎn)工作。因此管理人員應(yīng)該重視這項(xiàng)工作，認(rèn)識(shí)到濕度超標(biāo)對(duì)于設(shè)備的損害，制定相關(guān)的檢測(cè)及技術(shù)維修保證措施，及時(shí)的處理設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的各種情況。

4 發(fā)電機(jī)氫氣濕度監(jiān)控和管理

4.1使用合理的濕度單位，利于監(jiān)控

濕度表示方式中，漏點(diǎn)濕度比較直觀，為國(guó)際通用的濕度單位，在電廠的生產(chǎn)運(yùn)用當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)將相對(duì)濕度列出更加具有實(shí)用性，利于運(yùn)行過(guò)程中對(duì)濕度的監(jiān)控。發(fā)電機(jī)內(nèi)的相對(duì)濕度可以直觀的表達(dá)出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，利于把握實(shí)現(xiàn)運(yùn)行目標(biāo)。如只是顯示漏點(diǎn)濕度，在運(yùn)行時(shí)如果出現(xiàn)了溫度超標(biāo)現(xiàn)象，在幅度不大的情況下不用緊張，這并不會(huì)造成發(fā)電機(jī)的損害。因此通常情況下，應(yīng)用漏點(diǎn)溫度作為監(jiān)控目標(biāo)就可以。

4.2制氫時(shí)的濕度監(jiān)控

在制氫設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)候，應(yīng)控制好風(fēng)溫和水溫，應(yīng)保持風(fēng)溫在35℃～45℃之間，在補(bǔ)氫時(shí)需要通過(guò)控制水冷器，控制溫度在40℃～50℃之間。并且裝置分子篩干燥器，加強(qiáng)維護(hù)與監(jiān)控，將儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力值盡量保持比較高的水平上，以保證送氫的濕度能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3機(jī)組啟動(dòng)或充氫備用時(shí)的氫氣濕度監(jiān)控

在做充氫氣備用時(shí)需要保持溫度必須高于5℃，氫

［1］陳喜發(fā).氫冷發(fā)電機(jī)氫氣濕度的監(jiān)控與管理［J］.大眾科技，2008（9）：131-132.

［2］吳銳.氫冷發(fā)電機(jī)氫氣濕度的監(jiān)控與管理［J］.河北電力技術(shù)，2002，21（6）：35-37.

［3］國(guó)家能源局.DL/T 1164-2012汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行導(dǎo)則［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2012.

［4］中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部.DL/T 651-1998 氫冷發(fā)電機(jī)氫氣濕度的技術(shù)要求［S］，1998.

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胡遠(yuǎn)致，粵江發(fā)電有限責(zé)任公司。