韓 丹,周 莽,李 軍

(1.大唐長春第二熱電有限責(zé)任公司,長春 130031;2.國網(wǎng)長春供電公司,長春 130021)

根據(jù) GB 4962— 2008《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》:氫氣系統(tǒng)動火檢修,必須保證系統(tǒng)內(nèi)部和動火區(qū)或氫氣體積分數(shù)最高不超過 0.4%,因此,在發(fā)電機進行 A、B檢修時,需要對發(fā)電機進行氣體置換。為確保發(fā)電機在氣體置換過程中安全,氣體置換一般采用中間介質(zhì),氮氣是較為理想的中間介質(zhì)。用密度大的氣體置換密度小的氣體時,密度大的氣體應(yīng)從發(fā)電機底部二氧化碳母管送進,密度小的氣體從發(fā)電機頂部氫氣母管排出;用密度小的氣體置換密度大的氣體時,密度小的氣體應(yīng)從發(fā)電機頂部 H2母管送進,密度大的氣體應(yīng)從發(fā)電機底部二氧化碳母管排出。某發(fā)電公司現(xiàn)運行的6×200 MW機組,發(fā)電機的冷卻方式均為定子繞組采用水內(nèi)冷,轉(zhuǎn)子繞組采用氣隙取氣斜流式氫氣內(nèi)冷,定、轉(zhuǎn)子鐵心采用氫氣表面冷卻,整機內(nèi)部為密閉氫氣循環(huán)冷卻。

1 常規(guī)置換方法

某發(fā)電公司《電氣運行規(guī)程》規(guī)定,對發(fā)電機進行氣體置換時需要使用氮氣瓶,氮氣儲量按發(fā)電機容積(73 m3)的 1.5倍準備,要求瓶裝氮氣純度大于98%,氧氣體積分數(shù)要小于0.5%。將安有減壓器的氮氣瓶接于置換母管各置換分閥門上,開啟置換總閥門及分閥門向發(fā)電機內(nèi)充氮氣,開啟排氫閥門。為確保置換過程的安全,規(guī)定充氮氣壓力最高不得超過 0.4 M Pa,機內(nèi)氣體壓力保持在 0.003～0.005 MPa。當?shù)獨庥猛?15瓶左右時,關(guān)閉氮氣瓶閥門、減壓器閥門、置換總閥門及相應(yīng)置換分閥門,停止充排,取樣化驗合格則停止置換,不合格則繼續(xù)充排。

由于氮氣瓶質(zhì)量較大,操作人員在搬運過程中消耗的體能較多,并且氮氣瓶還易發(fā)生碰撞、倒落等危險。另外,氮氣瓶內(nèi)壓力一般較高(14 M Pa左右),如果置換操作過程中對壓力掌握不好,易導(dǎo)致接口聯(lián)接的膠管脫落而引起意外事故。為保證6臺機組的置換需求,該發(fā)電公司每年需要對外采購 400瓶以上氮氣,一定程度上增加了企業(yè)的運營成本,因此,采用傳統(tǒng)方法使用氮氣瓶對發(fā)電機進行氣體置換在安全性和經(jīng)濟性方面均存在一定弊端。

2 變壓吸附制氮系統(tǒng)簡介

運用變壓吸附(PSA)原理,以空氣為原料,以碳分子篩作為吸附劑,利用碳分子篩對氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法,通稱變壓吸附制氮。與傳統(tǒng)制氮法相比,它具有工藝流程簡單、自動化程度高、產(chǎn)氣快、能耗低,產(chǎn)品純度可在較大范圍內(nèi)根據(jù)用戶需要進行調(diào)節(jié),操作維護方便、運行成本較低、裝置適應(yīng)性較強等特點。

變壓吸附制氮正是利用碳分子篩的選擇吸附特性,采用加壓吸附,減壓解吸的循環(huán)周期,使壓縮空氣交替進入吸附塔(也可以單塔完成)來實現(xiàn)空氣分離,從而連續(xù)產(chǎn)出高純度的產(chǎn)品氮氣。制氮系統(tǒng)的主要流程是:空壓機→空氣緩沖罐→V級過濾器→冷干機→ A級過濾器→B級過濾器→活性炭過濾器(除油)→空氣工藝罐→吸附塔(左、右)→氮氣工藝罐→粉塵過濾器→減壓閥→氮氣輸出。

為保證進入制氮系統(tǒng)的高壓空氣干燥,在制氮系統(tǒng)前端加裝冷卻器或冷凍式干燥機,根據(jù)冷凍除濕原理壓縮空氣在冷凍器中和制冷劑進行熱交換,空氣中的水分冷卻后再次發(fā)生冷凝,從而將其中所含的大量水蒸氣、油霧冷凝成液滴,由自動排水器排出。同時,為保證產(chǎn)出的氮氣質(zhì)量,在制氮機出口安裝氮氣分析儀,以便監(jiān)視產(chǎn)出的氮氣純度是否滿足要求。

3 系統(tǒng)改造及維護

為實現(xiàn)變壓吸附制氮系統(tǒng)進行發(fā)電機氣體置換,該發(fā)電公司引進了一套 PSA制氮系統(tǒng),并為各臺機組安裝了氮氣置換管路,對發(fā)電機 0 m小氫站氫系統(tǒng)進行了改造,配備了氮氣壓力表以及氮氣分析取樣門。從實際效果來看,PSA制氮機可以連續(xù)產(chǎn)出高純度的產(chǎn)品氮氣,產(chǎn)氣量達 20 m3/h,純度可達99.5%。

為滿足發(fā)電機氮氣置換要求,公司結(jié)合實際工況制訂了新的氣體置換規(guī)定。規(guī)定要求,氮氣管路正常運行方式為制氮機至發(fā)電機充氮總門在關(guān)閉位置,各臺發(fā)電機B排墻氮氣管路分門在開啟位置,發(fā)電機0 m小氫站置換總門及分門在關(guān)閉位置。在開始進行氣體置換之前,要對制氮系統(tǒng)徹底排污一次,通知化學(xué)人員檢測來氮管路氮氣純度,合格標準是:氮氣純度大于 98%,氧氣體積分數(shù)小于 0.5%,并對氮氣管路做15 min以上的吹掃。全開制氮機至發(fā)電機充氮總門,在置換過程中保證發(fā)電機入口氮氣壓力不低于 0.15 MPa。發(fā)電機氮氣置換完畢后,關(guān)閉制氮機至發(fā)電機充氮總門。發(fā)電機氣體置換(N2置換 H2)流程為:變壓吸附制氮系統(tǒng)→氮氣→發(fā)電機→氫氣→排入廠房外大氣。

為了保證制氮系統(tǒng)可靠運行,還要對其所屬設(shè)備進行維護。對制氮系統(tǒng)中的設(shè)備的維護主要包括空壓機、冷干機、過濾器、制氮主機的維護?？諌簷C的日常維護主要是經(jīng)常檢查空壓機壓縮油是否正常,嚴格按照壓縮機使用說明書進行維護:1～2 h要排放空氣儲罐下的排污閥門;冷干機的散熱器要經(jīng)常用壓縮空氣吹掃;制氮機過濾器的排污口要經(jīng)常檢查是否堵塞或泄漏等。

4 結(jié)束語

變壓吸附制氮系統(tǒng)耗能低,運行費用少,原料空氣取自自然,只需提供壓縮空氣和電源即可制氮,可大大降低生產(chǎn)成本,且連續(xù)運行可靠性高。目前,該發(fā)電公司采用母管式氮氣氣體置換方式已經(jīng)完成了6臺機組大 A、B檢修前后氣體置換工作。從實際操作情況來看,變壓吸附制氮機可以為發(fā)電機置換提供充足的氮氣。將變壓吸附制氮系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)電機氣體置換,不僅提高了置換的安全性,縮短了置換時間。該方法也為類似冷卻方式的發(fā)電機組的氣體置換提供了參考。需要注意的是,應(yīng)保證進入發(fā)電機的氮氣是干燥的,所以考慮在置換總閥門前加裝干燥劑罐。