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        水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量定量在線檢測裝置的研究

        2018-02-21 13:23:18王成申袁東月
        吉林電力 2018年6期
        關(guān)鍵詞:冷水氫氣發(fā)電機(jī)

        崔 明,姜 浩,王成申,孫 斌,楊 明,袁東月,何 鑫

        (1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院,長春 130021;2. 國電吉林龍華長春熱電一廠,長春 130052;3.吉林電力股份有限公司四平熱電廠,吉林 四平 136001)

        目前各電廠在200 MW及以上水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)組上都安裝了內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線監(jiān)測裝置,能時時監(jiān)測內(nèi)冷水箱所含氫氣體積含量。國家能源局2014(161)號文件《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》重新對內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改 ,并給出了要求值,但目前國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水含氫氣的檢測方法、參數(shù)控制等方面沒有明確規(guī)定。為了確定水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量定量的檢測方法,研制了新型水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置(以下簡稱在線檢測裝置)。

        1 原在線檢測裝置存在的問題

        a.內(nèi)冷水箱安裝的氫氣傳感器所測得的數(shù)據(jù)不真實。連接氫氣傳感器的垂直方向管路氣體不流動,內(nèi)冷水箱運(yùn)行時,由于氫氣質(zhì)量相對較輕,溢出的氫氣在上部垂直管路聚集,導(dǎo)致所測氫氣含量很高,所以測得的數(shù)據(jù)不真實。

        b.原在線檢測裝置氫氣傳感器量程小。該量程為0~4%,不能滿足國家能源局2014(161)號文件《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》規(guī)定的10%的檢測指標(biāo)要求。當(dāng)內(nèi)冷水箱測點發(fā)出報警時,運(yùn)行人員無法判定內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量是否超標(biāo)。

        c.所裝氣體流量表不能檢測氫氣的流量。安裝的氣體流量表的量程較大、靈敏度低,內(nèi)冷水箱所排出的氣體中除了氫氣以外,還有其他組分氣體,因此安裝的氣體流量表不能檢測氫氣的流量。

        2 新型在線檢測裝置的研制

        2.1 傳感器的選擇

        水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置主要部件之一是氫氣傳感器,選擇合適的傳感器是研發(fā)該檢測裝置關(guān)鍵的一步。目前市場上有6類測量氫氣的傳感器,其測量原理、量程、代表設(shè)備及優(yōu)缺點見表1。針對水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置的特殊性,最終確定選用在線熱導(dǎo)原理式傳感器,它具有測量范圍寬、線性好、反應(yīng)速度快等優(yōu)點。

        表1 不同傳感器特點的對比

        2.2 試驗室的模擬試驗

        在確定傳感器之后,研制的新型內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置在制造企業(yè)的試驗室進(jìn)行模擬試驗,以確定該裝置是否滿足檢測要求。

        在制造企業(yè)的試驗室內(nèi),搭接一個與現(xiàn)場內(nèi)冷水系統(tǒng)運(yùn)行方式基本相同的水回路,包括:水箱、循環(huán)水泵、傳感器、氫氣檢測裝置、混有飽和水蒸氣的氫氣、標(biāo)準(zhǔn)氫氣等。

        在搭接的水回路中保持通入氣體為濕氣(混有飽和水蒸氣的氫氣)的條件下,測試不同溫度下,傳感器顯示值與氫氣體積分?jǐn)?shù)間的關(guān)系,傳感器示值與氫氣體積分?jǐn)?shù)間的線性關(guān)系見圖1。

        圖1 傳感器示值與氫氣體積分?jǐn)?shù)間的線性關(guān)系

        通過上述傳感器示值與氫氣體積分?jǐn)?shù)間的測試數(shù)據(jù)可知,通入濕氣時,在不同溫度下傳感器示值對氫氣的體積分?jǐn)?shù)均呈較好的線性關(guān)系,且直線的斜率、截距與溫度間也有規(guī)律可循,因此,當(dāng)內(nèi)冷水箱溫度變化時,該傳感器可以滿足水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測的要求。

        2.3 在線檢測裝置的檢測原理

        內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置由監(jiān)控主機(jī)、傳感單元及遠(yuǎn)傳氣體流量計組成。特制的傳感單元可對氫氣體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行大量程測量。膜式流量計可以最小程度減少水汽、溫度等因素影響,能準(zhǔn)確計量氣體泄漏量。

        在線檢測裝置由傳感單元檢測內(nèi)冷水箱內(nèi)實時氫氣體積分?jǐn)?shù),由氣體流量計采集流量數(shù)據(jù),經(jīng)通信上傳給監(jiān)控主機(jī),由主機(jī)處理這些數(shù)據(jù),對氣體泄漏量與氫氣體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行時間上積分,即可計算出氫氣泄漏量。裝置具有顯示實時氫氣體積分?jǐn)?shù)、日平均滑窗含氫量、日累計氫氣泄漏量、日排氣量、總排氣量功能,并能夠存儲每日氫氣泄漏量以及前一天微小時間段(若干分鐘)內(nèi)氣體泄露數(shù)據(jù),提供歷史氫氣泄漏量查詢功能。內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置屏幕顯示的參數(shù)見圖2。

        圖2 在線監(jiān)測裝置屏幕顯示的參數(shù)

        3 現(xiàn)場試驗

        3.1 在線檢測裝置安裝位置

        在內(nèi)冷水箱上部排至大氣的管路中接入冷凝器、遠(yuǎn)傳氣體流量計、氫氣傳感器,并經(jīng)過多次改進(jìn)和完善已經(jīng)定型,現(xiàn)場安裝位置見圖3。目前已在吉林省2座發(fā)電廠2臺350 MW汽輪發(fā)電機(jī)上成功安裝新型內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置,運(yùn)行效果較好。

        圖3 在線檢測裝置安裝示意圖

        3.2 內(nèi)冷水箱含氫量與水位之間的關(guān)系

        在新型在線檢測裝置的現(xiàn)場測試過程中發(fā)現(xiàn),內(nèi)冷水箱氫氣體積分?jǐn)?shù)與水位之間存在一定的關(guān)系見圖4,圖中曲線1為在線監(jiān)測裝置測得的內(nèi)冷水箱氫氣體積分?jǐn)?shù),曲線2為內(nèi)冷水箱水位高度。為了縮短測試時間,采用人工操作降低內(nèi)冷水箱的水位,當(dāng)內(nèi)冷水箱水位下降到一定高度時,自動開啟補(bǔ)水系統(tǒng),使內(nèi)冷水箱水位開始上升,當(dāng)開啟排氫閥門時,在內(nèi)冷水箱上部聚集的氫氣突然集中釋放出來,所測得氫氣體積分?jǐn)?shù)從0值躍變到某一數(shù)值。隨著測量時間延長,氫氣不斷釋放,測得的氫氣體積分?jǐn)?shù)不斷下降,約4 h左右濃度降低至0;當(dāng)再次降低內(nèi)冷水箱水位,自動開啟補(bǔ)水系統(tǒng)時,上述過程再次重復(fù)。通過上述測試過程可以看出:當(dāng)水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水箱中存在氫氣時,其含量釋放速度與內(nèi)冷水箱水位變化情況有關(guān)。

        圖4 某電廠內(nèi)冷水箱氫氣體積分?jǐn)?shù)與水位之間的關(guān)系

        3.3 在線檢測裝置與標(biāo)準(zhǔn)器對比測試

        為了確定研究的內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測方法的準(zhǔn)確性,選用標(biāo)準(zhǔn)器“氫冷發(fā)電機(jī)安全檢修測試儀”進(jìn)行比對,它能夠準(zhǔn)確地檢測氫氣含量。將標(biāo)準(zhǔn)器“氫冷發(fā)電機(jī)安全檢修測試儀”串接在研制的內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置之后,使內(nèi)冷水箱的氣體先后流經(jīng)內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置和標(biāo)準(zhǔn)器。在對比測試前,首先開啟“氫冷發(fā)電機(jī)安全檢修測試儀”自帶的勻速抽氣泵,每5 s記錄1次2種測量方式測得的數(shù)據(jù),直至兩者數(shù)據(jù)穩(wěn)定。由于標(biāo)準(zhǔn)器“氫冷發(fā)電機(jī)安全檢修測試儀”連接在內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置之后,故在短時間尺度內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)器測得的瞬時氫氣體積分?jǐn)?shù)滯后于在線檢測裝置測得的瞬時氫氣體積分?jǐn)?shù)。每次對比測試約2 min后兩者數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定,5次對比測試后進(jìn)行計算分析,標(biāo)準(zhǔn)器“氫冷發(fā)電機(jī)安全檢修測試儀”測得的平均氫氣體積分?jǐn)?shù)為8.69%,內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置測得的平均氫氣體積分?jǐn)?shù)為8.43%,誤差-3.0%,說明在長時間尺度內(nèi)氫氣體積分?jǐn)?shù)偏差較小。

        通過2種測量方法測得的數(shù)據(jù)對比得出:本文檢測裝置所測量的氫氣體積分?jǐn)?shù),能夠滿足內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測的要求。

        4 結(jié)束語

        根據(jù)國家能源局2014(161)號文件,應(yīng)定量地開展水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測,這對保證發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。針對目前水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置存在的問題,研發(fā)了新型在線檢測裝置,并探討了其檢測方法,首先選擇內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量在線檢測裝置的傳感器,在線熱導(dǎo)原理式傳感器的量程為0~20%,能夠滿足國家能源局2014(161)號文件要求。管路中的氣體可以正常流動,氫氣不會產(chǎn)生聚集的問題。在氫氣傳感器之前增加了冷凝器,避免了水蒸汽對傳感器的干擾,并延長了傳感器的使用壽命。膜式流量計靈敏度高,能準(zhǔn)確計量氣體泄漏量,然后在制造企業(yè)的試驗室進(jìn)行了模擬試驗,最后在吉林省內(nèi)2座電廠2臺350 MW汽輪發(fā)電機(jī)安裝了該在線檢測裝置,并通過現(xiàn)場與標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行測試數(shù)據(jù)比對,說明在長時間尺度內(nèi)氫氣體積分?jǐn)?shù)偏差較小。由此證明了本文的檢測方法的有效性,檢測方法切實可行,檢測精度能夠滿足內(nèi)冷水系統(tǒng)漏氫量檢測的要求,

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