李捍華，鄭衛(wèi)東，梁海騰，邵帥

（華能玉環(huán)電廠，浙江玉環(huán)317604）

1 000 MW超超臨界火電機組發(fā)電機氫氣控制裝置改造分析

李捍華，鄭衛(wèi)東，梁海騰，邵帥

（華能玉環(huán)電廠，浙江玉環(huán)317604）

氫氣控制裝置是氫冷發(fā)電機氫系統(tǒng)中最重要的設(shè)備，它擔(dān)負(fù)著發(fā)電機的安全充氫和排氫、自動補氫以維持發(fā)電機內(nèi)設(shè)定的氫氣壓力，并監(jiān)測發(fā)電機內(nèi)氫氣的壓力、純度、補氫量等重要參數(shù)。華能玉環(huán)發(fā)電廠1 000 MW發(fā)電機的氫氣控制裝置是國內(nèi)第一臺全集裝的氫氣控制裝置，具有安裝、調(diào)試、運行維護(hù)方便及操作人性化等一系列優(yōu)點。隨著運行經(jīng)驗的積累，發(fā)現(xiàn)最初的設(shè)計存在防鹽霧腐蝕能力差、安全等級低等不足之處。對原氫氣控制裝置提出了一種防腐蝕力強、安全等級高的升級改造方案，該方案能有效改進(jìn)原氫氣控制裝置的不足之處，可為沿?；痣姍C組氫氣控制裝置的改造提供借鑒。

氫冷發(fā)電機；氫氣控制；集裝設(shè)計；氫氣安全

0 引言

華能玉環(huán)發(fā)電廠1 000 MW超超臨界發(fā)電機組是國內(nèi)率先投入商業(yè)運行的百萬級發(fā)電機組。發(fā)電機引進(jìn)德國西門子技術(shù)，其中發(fā)電機的氫油水系統(tǒng)裝置完全國產(chǎn)化。發(fā)電機QCP-1型氫氣控制裝置由河南日立信公司研發(fā)，是一個集裝裝置，由2個部分組成：一是充、排氫部分，由管道、閥門、儀表等組成；二是氫氣純度監(jiān)測部分。氫氣控制裝置運行7年來，雖然一直安全運行，但也發(fā)現(xiàn)一些不足：一是發(fā)電廠處于海邊，海風(fēng)中帶有大量鹽分，對裝置中的金屬部件造成腐蝕；二是裝置的氫氣安全等級不高。由于以上2點及裝置中部件的老化、精度下降等原因，對機組安全可靠運行已帶來隱患，亟待進(jìn)行具有抗腐蝕、安全等級高的升級改造。

1 改造必要性分析

1.1 設(shè)備老化、腐蝕分析

QCP-I型發(fā)電機氫氣控制裝置自2006年投運以來使用正常，由于長期連續(xù)運行及海邊鹽堿環(huán)境的影響，目前存在以下安全隱患：

（1）設(shè)備的金屬部件（包括設(shè)備框架、管道、閥門、儀器殼體等）均出現(xiàn)不同程度的腐蝕現(xiàn)象，存在漏氫安全隱患。

（2）設(shè)備內(nèi)的氣體置換閥門、自動補氫調(diào)壓器、氫氣純度儀采樣系統(tǒng)和法蘭等部件未進(jìn)行過全面的檢修，密封性能下降，存在漏氫安全隱患。

（3）設(shè)備內(nèi)的氫氣純度儀經(jīng)過長期使用，精度下降，影響二氧化碳和氫氣純度儀的監(jiān)測精度，已經(jīng)有2套設(shè)備發(fā)生故障而更換。

（4）設(shè)備內(nèi)的氫氣壓力變送器、氣體質(zhì)量流量計、壓力分析儀表等經(jīng)長期使用，有不同程度的老化情況，影響數(shù)據(jù)監(jiān)測的精度和穩(wěn)定性。

1.2 氫氣使用規(guī)范分析

氫氣是易燃、易爆氣體，一旦發(fā)生泄漏，將可能發(fā)生爆炸，導(dǎo)致人員的死傷和設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。氫氣與空氣混合，氫氣濃度為4．1%～74．2%時具有強烈的爆炸特性，爆炸分為爆燃和爆轟，當(dāng)濃度達(dá)到18．3%～59%就會發(fā)生爆轟。

按照GB 4962－2008《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》要求：“氫氣設(shè)備應(yīng)嚴(yán)防泄漏，所用的儀表及閥門等零部件密封應(yīng)確保良好，定期檢查，對設(shè)備發(fā)生氫氣泄漏的部位應(yīng)及時處理?！绷硗?，將氫氣控制裝置及其0．5 m范圍內(nèi)定義為防爆區(qū)域Ⅱ，在這個區(qū)域內(nèi)，所有設(shè)備都要滿足防爆區(qū)域Ⅱ的防爆要求。但原設(shè)計中有些設(shè)備沒有按防爆要求設(shè)計或選型。

根據(jù)安全技術(shù)規(guī)程要求，氫冷發(fā)電機必須具備遠(yuǎn)程排氫的能力。這是為了在發(fā)電廠萬一發(fā)生火災(zāi)或發(fā)電機發(fā)生重大事故需快速排氫時，遠(yuǎn)程控制排氫。但原設(shè)計中無此功能。

1.3 氫氣純度控制異常分析

根據(jù)上海發(fā)電機制造廠規(guī)范，發(fā)電機氫氣純度應(yīng)該維持98%以上，如果由于氫氣檢測裝置異常造成氫氣純度過高，則將導(dǎo)致極大浪費；而氫氣純度過低，一方面將導(dǎo)致冷卻效率降低，造成發(fā)電機內(nèi)構(gòu)件局部過熱，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣老化、鐵心及其金屬部件腐蝕；另一方面根據(jù)西屋公司的計算，氫氣純度降低，將會造成巨大的經(jīng)濟損失。

1.4 氫氣露點控制異常分析

氫氣露點超標(biāo)，使氫氣中水分含量提高、介電強度越低，導(dǎo)致定子繞組受潮降低絕緣電阻，從而降低了絕緣表面放電電壓，引起定子線圈電暈、閃絡(luò)和絕緣擊穿事故。同時氫氣中濕度大、水分高，使得氣體密度增大，增加了發(fā)電機通風(fēng)損耗，嚴(yán)重降低發(fā)電機的運行效率。

《防止電力生產(chǎn)事故二十五項重點要求實施細(xì)則》中11．2．2．1條明確要求，在發(fā)電機內(nèi)壓力下，氫氣露點溫度要在－25～0℃之間。11．2．2．2條要求使用性能優(yōu)越的吸附式氫氣去濕裝置。

因此，需要對發(fā)電機氫氣控制裝置進(jìn)行技術(shù)升級改造，消除安全隱患，確保發(fā)電機氫氣系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、有效地運行。

2 改造方案

由于發(fā)電廠原布置中氫氣控制裝置位于0 m層，而氫氣干燥器位于8．6 m層，為2個獨立的裝置，位于不同的樓層，操作不方便。改造時考慮將這2個裝置組裝成一個大系統(tǒng)，方便今后操作、運行。

升級改造為新型的防爆型氫氣控制裝置，該裝置為確保發(fā)電機組的安全，從對氫氣發(fā)生、傳輸?shù)窖a給、置換、運行、排空全過程進(jìn)行監(jiān)測和控制，但目前市場上尚缺乏此類綜合監(jiān)控系統(tǒng)。新開發(fā)的氫氣控制裝置為具有氫氣干燥、氣體置換、計量補氫、失電自動排空、氫氣多參數(shù)實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能的氫氣質(zhì)量控制裝置，該裝置的儀表和電器部分均采用符合氫氣環(huán)境的防爆部件，可為發(fā)電機組高效、安全運行提供有力保障。

向改造廠家提供的安裝尺寸、地基尺寸、法蘭接口尺寸等資料，要求依據(jù)原有設(shè)備實際尺寸，進(jìn)行設(shè)計制造，以確保改造設(shè)備外部接口尺寸與原設(shè)備一致。在生產(chǎn)廠家完成整套設(shè)備裝配、氣密性試驗并合格后，將設(shè)備整體托運至發(fā)電廠。整體設(shè)備到發(fā)電廠后僅需進(jìn)行地基、法蘭接口安裝和電氣接線、設(shè)備調(diào)試等工作，以確保氫氣控制裝置改造的可靠性和檢修周期可控。

3 設(shè)備改造

為解決氫氣控制裝置存在的防鹽霧腐蝕能力差、安全等級低等問題，對以下設(shè)備進(jìn)行了改造：

（1）整體外框升級，采用全新碳鋼外框，表面處理、噴塑以及防腐工藝加工，增加防腐措施。

（2）氫氣管道升級為316L不銹鋼。閥門、過濾器等升級為全不銹鋼或采取防腐措施，見圖1。

圖1 閥門管道

（3）氫氣質(zhì)量流量計升級為美國KURZ新一代防爆型氫氣質(zhì)量流量計，見圖2，以更可靠地監(jiān)測發(fā)電機的漏氫，提高發(fā)電機運行可靠性和安全性。

圖2 氫氣質(zhì)量流量計

（4）增加coax防爆排氫電磁閥組，見圖3。當(dāng)發(fā)電廠發(fā)生緊急事故時，如發(fā)生火災(zāi)時，操作人員無法進(jìn)入到現(xiàn)場操作閥門排氫時，可通過設(shè)定在主控室的按鈕人為或程序自動診斷緊急打開電磁閥，并連鎖關(guān)閉供氫電磁閥，切斷供氫系統(tǒng)管路，以避免在強排氫的同時，又在不斷地向發(fā)電機供氫。

圖3 coax防爆排氫電磁閥

防爆排氫電磁閥組由4個相同電磁閥組成，2個電磁閥串聯(lián)成1組，再與另1組并聯(lián)，如圖4所示。閥組中任何1個電磁閥出故障，不影響閥組功能，使排氫功能高可靠性。電磁閥之間的壓力儀可在線檢查電磁閥的功能是否正常。

（5）氫氣壓力變送器升級為全新的SIEMENS 7MF4033防爆型壓力變送器（見圖5），以提高可靠性。

圖4 電磁閥組

圖5 氫氣壓力變送器

（6）在原裝置的基礎(chǔ)上增加氫氣露點儀，如圖6所示，以監(jiān)測發(fā)電機內(nèi)和氫氣干燥器出口的氫氣濕度。氫氣濕度儀選用芬蘭維薩拉HM364產(chǎn)品，帶有自動校準(zhǔn)功能，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

圖6 氫氣露點儀

（7）氫氣純度分析儀升級為防爆型氫氣純度分析儀7866，見圖7。2臺純度儀同時運行，相互對比，確保測量準(zhǔn)確，提高發(fā)電機運行安全性。

圖7 防爆型氫氣純度分析儀

（8）氫氣純度儀機柜上安裝有圖示式閥門操作圖，見圖8，顯示在充、排氫時的閥門狀態(tài)，方便操作并可有效防止閥門誤操作。

圖8 氫氣純度儀機柜

（9）采用表面經(jīng)防腐處理的純度傳感單元殼體，見圖9。

圖9 純度傳感器

（10）在原裝置的基礎(chǔ)上增加氫氣干燥器。

吸附式氫氣去濕裝置采用雙塔交替吸附、再生，可連續(xù)不斷地對氫氣進(jìn)行干燥去濕。干燥劑的再生采用壓力下加熱后再冷凝脫水，不消耗再生氣體，既節(jié)約再生氣體又安全簡便。

該去濕裝置具有吸附容量大、性能穩(wěn)定、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點。去濕裝置內(nèi)置循環(huán)風(fēng)機，當(dāng)被處理系統(tǒng)中氣體無流量或氣體流量小的情況，可增大氣體流量，尤其在發(fā)電機停機情況下，氣體干燥效果不受影響。

該去濕裝置還設(shè)計安裝了油過濾器，可在氣體干燥前先將氣體內(nèi)的油蒸汽去除，既保證了去濕效果又可延長吸附劑的使用壽命。吸附劑采用進(jìn)口活性氧化鋁吸附容量大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，使用壽命可大于4 a（一個大修周期），經(jīng)干燥出口氫氣露點值可達(dá)-40℃。

4 結(jié)語

隨著機組運行年限增加，設(shè)備老化腐蝕逐漸嚴(yán)重，尤其在海邊發(fā)電廠設(shè)備腐蝕程度更加嚴(yán)峻，在這種環(huán)境下氫氣系統(tǒng)加強設(shè)備可靠性和設(shè)備抗腐蝕能力就顯得格外重要。本次發(fā)電機氫氣控制裝置升級改造方案充分考慮了海邊發(fā)電廠的環(huán)境，并根據(jù)發(fā)電機最新的安全要求，配置了防爆純度顯示儀和防爆壓力顯示儀，另外在系統(tǒng)中增加了緊急排氫閥，其余部分按防爆區(qū)域Ⅱ設(shè)計。本次改造方案對沿海超超臨界火電機組氫氣控制系統(tǒng)的防腐改造具有較好的借鑒意義。

[1]GB 4962-2008氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

（本文編輯：陸瑩）

Transformation Analysis of Hydrogen Control Device for 1 000 MW Ultra-supercritical Thermal Power Generating Unit

LI Hanhua，ZHENG Weidong，LIANG Haiteng，SHAO Shuai
（Huaneng Yuhuan Power Plant，Yuhuan Zhejiang 317604，China）

Hydrogen control device is the most important equipment in the hydrogen system of hydrogen cooling generator.The device is used for hydrogen filling safety，hydrogen discharge，automatic hydrogen supply，maintaining the hydrogen pressure to the setting point and monitoring key parameters such as hydrogen pressure，purity，supply amount and so on.The hydrogen control device for 1 000 MW generating unit in Huaneng Yuhuan Power Plant is the first complete package design in China，characterized by convenient installation，commissioning,operation and maintenance as well as user-friendly operation.With the accumulation of operation experience,it is found that the device is not resistive to salt fog corrosion and is deficient in safety level.This paper proposes an upgraded retrofit scheme with stronger corrosion resistance and higher hydrogen safety level，which can effectively improve the former hydrogen control device and provid reference to retrofit of hydrogen control device of thermal power generating units in coastal areas.

hydrogen cooled generator；hydrogen control；package design；hydrogen safety

TM311

：B

：1007-1881（2016）03-0046-04

2015-07-30

李捍華（1973），男，工程師，長期從事發(fā)電廠熱工檢修工作。