鐘文健(廣東粵電靖海發(fā)電公司,廣東揭陽(yáng)515223)

HM氫氣發(fā)生器關(guān)鍵技術(shù)問題探討

鐘文健(廣東粵電靖海發(fā)電公司,廣東揭陽(yáng)515223)

本文闡述了HM氫氣發(fā)生器電解槽的特點(diǎn)，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行探討。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了一些保證系統(tǒng)安全的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和改造建議，為同類型氫氣發(fā)生器的安全運(yùn)行與管理提供技術(shù)借鑒。

氫氣發(fā)生器；電解槽；關(guān)鍵問題；改造建議

在電力系統(tǒng)中，常采用氫氣作為汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻劑[1]。美國(guó)Teledyne公司生產(chǎn)的HM氫氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)緊湊，自動(dòng)化水平高，氫氣純度極優(yōu)，在國(guó)內(nèi)電廠應(yīng)用廣泛。

1 HM氫氣發(fā)生器電解槽介紹

HM氫氣發(fā)生器電解槽為雙極性壓濾式電解槽，是HM制氫系統(tǒng)的核心部件[2]。由若干個(gè)電解池通過雙極板互相串聯(lián)組成，兩端用單極性端板壓緊，呈壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)。每個(gè)電解池由氫電極、氧電極、隔膜及電解液構(gòu)成，原料水在此發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，分解成產(chǎn)品氣氫和氧。HM氫氣發(fā)生器電解槽本體示意圖如圖1，其電極使用的是多孔鎳電極，可以較大程度提高電解槽的電流密度。隔膜采用的是厚度僅為0.3mm左右的石棉紙，國(guó)產(chǎn)水電解槽使用的隔膜材料一般是厚度為3.2mm石棉布，采用薄型石棉紙可大大降低隔膜電阻造成的電壓降。

圖1 HM氫氣發(fā)生器電解槽本體示意圖

2 氫氣發(fā)生器關(guān)鍵問題探討

2.1 關(guān)于系統(tǒng)安全的探討

HM系統(tǒng)在運(yùn)時(shí)僅保留少量氫氣，減少了可燃?xì)怏w儲(chǔ)存的潛在威脅。但值得注意的是，HM氫氣發(fā)生器中氫氣混入氧氣有兩處途徑，一是HM系統(tǒng)電解槽中使用石棉隔膜將氫、氧兩種氣體分隔開來；二是氫氣捕集器的底部采用石棉隔膜阻集固體顆粒，它只允許凝結(jié)水返流到KOH儲(chǔ)罐，而氫氣不能穿透該膜，防止氫氧氣體混合。但石棉纖維易脫落，且系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，氫側(cè)壓力略高于氧側(cè)壓力，若石棉隔膜泄漏，氫氣將穿透隔膜與氧氣混合，并與氧氣一同排入大氣，這是十分危險(xiǎn)的，一旦發(fā)生，必須立即停車，進(jìn)行交叉泄漏檢查，查明故障點(diǎn)并修復(fù)后方可運(yùn)行。

HM系統(tǒng)配備氧中氫監(jiān)測(cè)儀，連續(xù)監(jiān)測(cè)氧氣中含氫量，氧中氫的檢測(cè)是通過一個(gè)催化電極來實(shí)現(xiàn)的。在催化電極作用下氫氣和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出反應(yīng)熱。反應(yīng)熱的大小與氧氣中氫氣濃度成一定比例。日常維護(hù)中，應(yīng)定期檢查氧中氫探頭的靈敏度，可調(diào)節(jié)通往探頭的氧氣流量，觀察探頭的溫度測(cè)量信號(hào)變化是否靈敏。滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，氧氣流量恒定在100ml／min，氧中氫的溫升應(yīng)小于20℃。另外，在平時(shí)的故障排查中，當(dāng)出現(xiàn)氫氣發(fā)生器出力低或氫氧壓差低時(shí)，可進(jìn)行交叉泄漏檢查，以便排查是否因石棉隔膜泄漏故障，導(dǎo)致氫氣透過隔膜從氧氣管道排放出去，進(jìn)而出現(xiàn)氫氣發(fā)生器出力低或氫氧壓差低缺陷。

2.2 關(guān)于壓差調(diào)節(jié)器故障的分析

HM氫氣發(fā)生器設(shè)有氫氣和氧氣壓差調(diào)節(jié)器(DPR1和DPR2)，它們是確保系統(tǒng)氫氧側(cè)間壓差的關(guān)鍵部件。氫、氧壓差調(diào)節(jié)器均為氣室充氣控制器，依靠氣室的參比氣壓來保持系統(tǒng)一定的背壓。通常氧氣壓差調(diào)節(jié)閥故障率較高，因?yàn)檫\(yùn)行過程中，氧氣易攜帶KOH或K2CO3（白色結(jié)晶沉淀物），造成調(diào)節(jié)器排空通道堵塞，而無法將多余的氧氣排空，使得壓差調(diào)節(jié)失效。

另外，在氫氣發(fā)生器預(yù)加壓過程中，也易出現(xiàn)壓差調(diào)節(jié)器故障，導(dǎo)致氫氧壓差低故障。觀察發(fā)現(xiàn)，造成該原因多為氧氣差壓調(diào)節(jié)器未能及時(shí)排出氧側(cè)多余的氣體所致。分析氧氣壓差調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，雖然它是不可調(diào)且不能被重新標(biāo)定的，但可以通過改變壓差調(diào)節(jié)器的彈簧壓縮行程來改變壓差大小，即可簡(jiǎn)單地在氧氣壓差調(diào)節(jié)器彈簧座添加2～4mm厚的聚四氟乙烯墊圈，從而增加彈簧壓縮行程，增大壓差。

2.3 關(guān)于干燥器循環(huán)失敗故障的分析

HM氫氣發(fā)生器易出現(xiàn)干燥器循環(huán)失敗的故障，通過觀察，干燥器循環(huán)切換主要的工作流程為：在再生干燥器投運(yùn)前的三十分鐘，吹洗排空門（SV4）關(guān)閉，再生干燥器開始增壓。兩干燥器切換時(shí)，30分鐘內(nèi)兩者的壓力差必須≤0.0352MPa，干燥器四通閥才動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)兩者平滑切換。通常主要的故障點(diǎn)有：孔板堵塞或SV4電磁閥關(guān)閉不嚴(yán)使得再生干燥器無法增壓，干燥器四通閥故障也易造成干燥器切換故障。另外，干燥器系統(tǒng)中的氣體過濾器堵塞，也是干燥器切換失敗的故障之一。究其原因，應(yīng)是過濾器堵塞后，氣體阻力增大使得再生干燥器增壓達(dá)不到要求而使得兩干燥器壓差過大，無法切換。該過濾器過濾介質(zhì)為微孔玻璃纖維，過濾精度為0.2μm，過濾器堵塞失效后無法復(fù)原，只能更換處理。應(yīng)定期更換系統(tǒng)中的氣體過濾器，約每年一次。

對(duì)于干燥器孔板，由于其孔徑極小，只有0.16~0.25mm，運(yùn)行過程中，節(jié)流孔很容易出現(xiàn)被分子篩粉末堵塞的現(xiàn)象，進(jìn)而造成干燥器吹掃或切換故障?？蓪⒏稍锲骺装甯脑鞛殚y門開度可調(diào)的計(jì)量閥（SWAGELOK的SS-SS4型計(jì)量閥）組件，既可達(dá)到調(diào)節(jié)氫氣流量的目的，又可避免孔板堵塞的現(xiàn)象。

2.4 關(guān)于電解槽檢修維護(hù)的探討

電解槽工藝流程十分復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)要求公差配合非常精密，且拆卸和安裝須使用專用器械。因施工條件及技術(shù)的限制，電廠設(shè)備維護(hù)人員無法對(duì)其進(jìn)行解體檢修。為延長(zhǎng)電解槽壽命，保持其完整性，應(yīng)定期對(duì)電解槽進(jìn)行外觀檢查，定期檢測(cè)每個(gè)拉桿與端板之間的絕緣電阻，防止短路熔斷電解槽拉桿。

石棉隔膜是HM氫氣發(fā)生器電解槽不可缺少的部件，但石棉屬致癌物。近年來，美國(guó)已頒布法令禁止使用，美國(guó)德立臺(tái)能源系統(tǒng)公司也已停止HM型氫氣發(fā)生器電解槽的生產(chǎn)，這給用戶帶來嚴(yán)重的影響。某電廠兩臺(tái)HM125氫氣發(fā)生器電解槽在使用10年后，相繼出現(xiàn)石棉隔膜泄漏嚴(yán)重的故障，只能委托國(guó)內(nèi)相關(guān)公司對(duì)其進(jìn)行維修，更換內(nèi)部部件。尋找可替代的電解槽或?qū)錃獍l(fā)生器進(jìn)行升級(jí)改造是擺在HM氫氣發(fā)生器用戶目前急需解決的問題。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)HM氫氣發(fā)生器電解槽的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)易出現(xiàn)故障進(jìn)行探討，以期更好的保養(yǎng)和維護(hù)氫氣發(fā)生器，保障制氫系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]電子工業(yè)部第十設(shè)計(jì)研究所編著.氫氣生產(chǎn)與純化[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)出版社，1983.

[2]Telydyne Brown Engineering，Inc.，Operation and Mainte?nance Manual for the Teledyne TitanTMHM Generator Series Hydro?gen/Oxygen Gas System

鐘文?。?978-）男；廣東粵電靖海發(fā)電有限公司；研究方向：電廠化學(xué)設(shè)備及技術(shù)管理。