李陽

摘要：我公司汽輪發(fā)電機(jī)系QFSN-660-2型汽輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)采用水氫氫冷（定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氣隙取氣氫內(nèi)冷，定子鐵芯和定、轉(zhuǎn)子表面及端部結(jié)構(gòu)件氫氣表面冷卻）冷卻方式。正常運行時額定氫壓0.5MPa，露點-5℃～-25℃， 氫氣純度正常維持98%以上，當(dāng)氫氣純度<96%時通過排污、補(bǔ)氫來提高氫氣純度。為了防止發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣外泄，采用了雙流環(huán)式密封瓦，通過密封油系統(tǒng)的油壓進(jìn)行密封，以確保汽輪發(fā)電機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運行。我公司在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)#1發(fā)電機(jī)氫氣壓力基本保持平穩(wěn)而氫氣純度緩慢下降，發(fā)電機(jī)只能通過頻繁的排污、補(bǔ)氫置換的方法來維持機(jī)內(nèi)氫氣純度合格，自2011年投產(chǎn)以來，發(fā)電機(jī)月平均氫氣純度從97.8%降至96.6%，為了維持發(fā)電機(jī)的氫氣純度，日補(bǔ)氫量從17m3/d增加至22m3/d，月平均補(bǔ)氫次數(shù)從11次/月增加至23次/月，這不僅增加了氫站設(shè)備的工作壓力和運行人員的工作量，而且造成了氫氣的浪費，同時影響了機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的運行，解決氫氣純度低的問題迫在眉睫。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；氫氣純度下降；原因

設(shè)備簡介：

由于氫冷發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸必須穿過發(fā)電機(jī)的端蓋，因此這部分成了氫內(nèi)冷發(fā)電機(jī)密封的關(guān)鍵。密封油分為空側(cè)和氫側(cè)兩個油路將油供給軸密封瓦上的兩個環(huán)狀配油槽，油沿轉(zhuǎn)軸軸向穿過密封瓦內(nèi)徑與轉(zhuǎn)軸之間的間隙流出。如果這兩個油路中的供油油壓在密封瓦處恰好相等，油就不會在兩個配油槽之間的間隙中竄流，通常只要密封油壓始終保持高于機(jī)內(nèi)氫氣壓力，便可防止氫氣從發(fā)電機(jī)內(nèi)逸出。空側(cè)油路供給的油則將沿軸和密封瓦之間的間隙流往軸承側(cè)，并同軸承回油一起進(jìn)入空側(cè)密封油箱，從而防止了空氣與潮氣侵入發(fā)電機(jī)內(nèi)部。氫側(cè)密封油則沿軸和密封瓦之間的間隙流往發(fā)電機(jī)內(nèi)側(cè)，落入消泡箱，最后回到氫側(cè)密封油箱?？諅?cè)油為主密封油，通過差壓閥將調(diào)節(jié)空側(cè)密封油壓力始終保持在高出發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力0.084Mpa的水平上。氫側(cè)密封油始終跟蹤空側(cè)油而達(dá)到平衡，并使之自動跟蹤與空側(cè)密封油壓差保持±0.49kPa，限制兩路油相互竄流，以達(dá)到基本平衡的目的。油與空氣和氫氣之間的隔絕是采用兩道迷宮式油擋來實現(xiàn)的，氫側(cè)為了防止油進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)，還有一道迷宮式外油擋阻止油進(jìn)入發(fā)電機(jī)。

我公司氫氣干燥器對氫氣進(jìn)行干燥處理的原理是利用活性氧化鋁對水分子具有吸引力特性，還有它的化學(xué)惰性和無毒特性。當(dāng)活性氧化鋁吸收水分達(dá)到飽和后。再生-通過加熱來清除干燥劑自身束縛的水分，從而恢復(fù)它的吸濕能力，并且活性氧化鋁的性能和效率并不受重復(fù)再生的影響。設(shè)備設(shè)計有兩個干燥塔，當(dāng)一個干燥塔處于吸濕狀態(tài)時，另外一個處于再生狀態(tài)。所以吸附式干燥器能連續(xù)對氫氣干燥。

圖2 氫氣干燥器工藝流程圖

吸濕過程：濕氫氣從發(fā)電機(jī)高壓端出來，流經(jīng)油水分離器。通過干燥器底部的四通閥V8，氫氣氣流到干燥塔A 的底部，在內(nèi)部風(fēng)機(jī)幫助下給氫氣施加壓力，使其通過干燥劑脫掉水分，干燥的氫氣通過上部的四通閥V7 回到發(fā)電機(jī)低壓入口。

再生作用：通過內(nèi)部風(fēng)機(jī)，氫氣被加壓使其上升通過正在被加熱器加熱的干燥劑，帶走干燥劑束縛水分因加熱汽化的水蒸汽，使?jié)竦臍饬魍ㄟ^氣流控制閥V1，暖濕的氫氣流，繼續(xù)通過溫度低于攝氏38度的冷卻器，水份開始冷聚。一種離心型汽水分離器把水從氫氣中分離出來，水被分離系統(tǒng)流向疏水閥，冷卻的氫氣繼續(xù)通過底部的四通閥，再返回進(jìn)入容器的底部，加熱過程在那里又重新開始。

梳理原因：

1 閥門和設(shè)備的內(nèi)漏或外漏

利用BJZ5-8800A氫氣檢漏儀對發(fā)電機(jī)整體、密封油系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)進(jìn)行實地檢測，發(fā)現(xiàn)4處漏氫部位都屬于很輕微的漏點，同時發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力一直很穩(wěn)定。

2 氫氣源純度、濕度超標(biāo)

根據(jù)制氫站運行人員報表記錄，氫氣源（儲氫罐）的純度為99.99%和濕度（露點均值-51.9℃），因而氫氣源引起氫氣純度下降的原因可排除。

3 油中含水量

跟蹤近6個月的密封油化驗報告，油質(zhì)均合格，油中含水量平均值為10.9mg/L（標(biāo)準(zhǔn)值≤50.0mg/L），密封油中的含水量不足以造成氫氣純度的下降。從投產(chǎn)以來我們一直加強(qiáng)油品監(jiān)督工作，定期濾油。

4 油氫壓差

當(dāng)氫側(cè)油壓過高于發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓，氫側(cè)油將通過油擋進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)，油品蒸發(fā)后油氣混入氫氣中，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度下降；氫側(cè)油壓過低于發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓，密封油阻擋氫氣的能力下降，氫氣隨油外泄，使氫氣純度下降。通過對油氫壓差調(diào)整后，隨著油氫壓差的提高，日補(bǔ)氫量有所減少，氫氣的純度只有很小幅度的提升，但是在97.5%以下。油氫壓差提高過程中，一直嚴(yán)密監(jiān)控發(fā)電機(jī)浮子檢漏儀，檢漏儀中未發(fā)現(xiàn)油跡。

5 密封瓦處空氫側(cè)密封油交換。

密封瓦間隙過大，平衡閥跟蹤不好或工作失常，空側(cè)密封油壓與氫側(cè)密封油壓不平衡，都會造成密封瓦處空氫側(cè)密封油交換，使得氫側(cè)密封油污染，會造成氫氣純度下降。通過對發(fā)電機(jī)油氫壓差調(diào)整，隨著油氫壓差的提高，空、氫側(cè)密封油油壓有所提升，發(fā)電機(jī)汽、勵兩端密封油平衡表基本沒有變化，說明汽勵兩端空、氫密封油壓差不變，汽、勵兩端的平衡閥工作正常，沒有發(fā)生空、氫側(cè)密封油交換。

6 氫側(cè)回油箱補(bǔ)、排油浮球閥狀態(tài)

氫側(cè)密封油箱中的補(bǔ)排油浮球閥故障導(dǎo)致氫側(cè)密封油箱中的空側(cè)和氫側(cè)油大量交換，使含有大量空氣的空側(cè)密封油進(jìn)入氫側(cè)密封油箱，引起氫氣純度下降。通過對氫側(cè)密封油箱液位和氫側(cè)油箱補(bǔ)、排油管溫度的監(jiān)測記錄，油氫壓差基本平穩(wěn)，氫側(cè)密封油箱油位沒有變化，氫側(cè)密封油箱溫度、氫側(cè)油箱補(bǔ)油管溫度和氫側(cè)油箱排油管溫度基本沒有變化，氫側(cè)油箱補(bǔ)油管溫度<空測密封油泵出油母管溫度，氫側(cè)油箱排油管溫度<空測密封油泵進(jìn)油母管溫度，說明氫側(cè)回油箱補(bǔ)、排油浮球閥工作正常，同時佐證密封瓦處沒有發(fā)生空、氫側(cè)密封油竄油的現(xiàn)象。

7 氫氣置換不徹底

根據(jù)上一次停機(jī)，發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)充氫過程中氫氣純度的監(jiān)測記錄得到氫氣純度能長時間的維持在100%，說明不存在氫氣置換不徹底的現(xiàn)象。

8 氫氣干燥器除濕不利

因為密封油中含有少量的水分，密封油在密封瓦處循環(huán)的過程中，油和油中的水分以氣體型式析出混入氫氣中，對氫氣純度有一定的影響，氫氣干燥器就是用于除去氫氣中的水分。

1.首先對氫氣干燥器前置油水分離器和氫氣干燥器進(jìn)行內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)油水分離器中的活性炭和氫氣干燥器中的AL2O3顆粒表面油滑，Al2O3有些許的淡黃色，說明活性炭的除油功能已大大降低，Al2O3已被油污染，達(dá)不到額定的除濕效果。

2.將上述中污染的活性炭和AL2O3進(jìn)行更換后，將設(shè)備投入運行，繼續(xù)監(jiān)測氫氣純度變化，發(fā)現(xiàn)活性炭和AL2O3更換后，氫氣純度提高明顯，但是運行10天左右后，氫氣純度又回到96.9%。我們對氫氣干燥器疏水閥進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)疏水閥中存積了大量的水，沒有及時排盡。疏水閥為浮球式自動排水閥，排水孔尺寸為0.03mm，如果排水孔被堵，疏水閥中必定積攢大量的疏水，氫氣干燥器再生過程中，冷卻器中的冷凝水無法排放，勢必造成水分又再次蒸發(fā)，在干燥器中打循環(huán)，使得干燥器除濕效果大大減弱。

對策實施：

1.對于查出的氫氣漏點，我們將能處理的漏點及時進(jìn)行處理，對需要停機(jī)處理的漏點在停機(jī)以后也及時進(jìn)行了處理，通過檢測，所有漏氫點已檢測不出氫氣。

2.將氫氣干燥器的浮球自動疏水閥改為手動排污的疏水器（有可視視窗），疏水器后增加手動排污閥，每1天進(jìn)行一次手動排污。

對策實施后，我們進(jìn)行了3個月的氫氣純度、發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)月提純次數(shù)和日均補(bǔ)氫量統(tǒng)計：

氫氣純度提升到97.75%左右，日補(bǔ)氫量已降低到12.2m3/d，月補(bǔ)氫次數(shù)降低到14次/月（三個月的平均值）。

結(jié)論

由于氫氣熱容量大，導(dǎo)熱性比空氣高6倍多，流動性比空氣好，重量不到空氣的1/10，使得發(fā)電機(jī)內(nèi)的通風(fēng)摩擦損耗大大減小，所以在現(xiàn)代單機(jī)大容量發(fā)電機(jī)中被普遍應(yīng)用。為使機(jī)組能夠安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定地運行，嚴(yán)格地保證機(jī)內(nèi)氫氣的純度是十分必要的。

¤如果氫氣純度下降至爆炸范圍內(nèi)，在一定的條件下可能會引起發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣爆炸。

¤氫氣純度不合格，會造成機(jī)內(nèi)構(gòu)件局部過熱。

¤有害氣體的存在還會造成絕緣老化、鐵芯及其金屬部件腐蝕，直接影響機(jī)組的安全。

¤氫氣純度下降時，混合氣體的密度隨氫氣純度的下降而上升，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的通風(fēng)摩擦損耗增加，降低發(fā)電機(jī)的效率。

¤僅靠發(fā)電機(jī)排污、補(bǔ)氫置換的方法維持機(jī)內(nèi)的氫氣純度，這對機(jī)組的安全運行構(gòu)成潛在威脅，同時也造成了一定經(jīng)濟(jì)損失。

（作者單位：寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司）