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        海陽核電廠氫氣干燥器的運(yùn)行及優(yōu)缺點(diǎn)分析

        2020-12-28 02:45:10
        江西電力 2020年12期
        關(guān)鍵詞:干燥塔干燥劑干燥器

        張 弛

        (山東核電有限公司,山東 煙臺 265100)

        0 引言

        對于氫冷汽輪發(fā)電機(jī)來說,其定子線圈絕緣水平往往與氫氣的濕度密切相關(guān),汽輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中,常常因?yàn)槊芊庥椭泻窟^大、制氫站來氫濕度過高等原因而使發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣濕度增高。過高的氫氣濕度會相應(yīng)增加發(fā)電機(jī)的通風(fēng)損耗,降低發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率,加速絕緣材料的腐蝕速度,縮短發(fā)電機(jī)使用壽命,對發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行造成極大的危害,氫氣濕度超標(biāo)已成為影響氫冷汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率和使用壽命的重要因素之一。在發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)中加裝干燥設(shè)備,可以使氫氣濕度降至標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi),避免發(fā)生惡性及災(zāi)難性事故,是確保大容量氫冷汽輪發(fā)電機(jī)組可靠運(yùn)行的重要措施[1-3]。

        1 幾種類型氫氣干燥器的簡介

        氫氣去濕的方法主要分為兩種,一種是冷凝式除濕,即使用制冷設(shè)備將氫氣的溫度降低,使其中的水分以結(jié)露或結(jié)霜的形式析出,再經(jīng)過化霜將析出的水分排出,從而達(dá)到氫氣去濕的目的。根據(jù)使用制冷設(shè)備的不同,冷凝式除濕裝置又分為機(jī)械制冷式和電子制冷式二種,通常前者稱冷凝式氫氣干燥器,后者稱電子致冷式(或稱半導(dǎo)體致冷式)氫氣干燥器。另一種是吸附式除濕,即使氫氣以一定的速度、壓力流過裝有吸濕劑的容器,使其中的水分被吸濕劑吸收,從而達(dá)到氫氣去濕的目的。

        吸附式除濕干燥程度深,節(jié)電節(jié)能,但吸濕量有限,需再生,干燥劑消耗量和設(shè)備維護(hù)工作量很大;而冷凝式除濕能持續(xù)干燥去濕,無需再生,操作簡單,并能使被干燥的氫氣降溫,但是其制冷深度和干燥程度很難滿足現(xiàn)行電力標(biāo)準(zhǔn)。兩者各有其發(fā)展領(lǐng)域和市場潛力,文中后續(xù)將主要針對海陽核電廠使用的吸附式除濕干燥器優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。

        2 海陽核電廠氫氣干燥器的運(yùn)行總結(jié)

        2.1 氫氣干燥裝置的結(jié)構(gòu)

        海陽核電廠氫氣干燥器由三菱公司生產(chǎn),設(shè)備主要由2個(gè)干燥塔,四通導(dǎo)向閥、泄壓閥、壓力平衡閥、冷凝器、再生風(fēng)機(jī)和循環(huán)風(fēng)機(jī)等部件組成,每個(gè)干燥塔內(nèi)置吸濕劑和再生加熱器,其流程簡圖見圖1。

        圖1 干燥器流程簡圖

        2.2 氫氣干燥裝置的工作流程

        干燥器采用雙塔切換吸附的運(yùn)行方式對氫氣進(jìn)行干燥,封閉在再生列內(nèi)的氫氣由再生風(fēng)機(jī)推動和四通閥導(dǎo)向始終流過再生列吸收塔,發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣則由循環(huán)風(fēng)機(jī)和四通閥導(dǎo)向始終流過干燥列吸收塔進(jìn)行除濕,再生列干燥塔和干燥列干燥塔定期進(jìn)行切換,因此能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣進(jìn)行不間斷的干燥。整個(gè)工作過程由PLC按預(yù)定程序自動控制,也可以進(jìn)行手動控制。由于手動模式下,所有設(shè)備均要手動操作,流程十分繁瑣,一旦操作失誤即可能造成設(shè)備超壓、加熱器超溫等嚴(yán)重后果,所以不建議使用手動模式。

        將氫氣干燥器投入自動模式后,氫氣干燥器會按照如下方式運(yùn)行:

        1)被選擇為干燥列的干燥塔,會持續(xù)對氫氣干燥2周(336 h),2周后會自動切換至另一列進(jìn)行氫氣干燥。

        2)對于另一列未被選為干燥列的干燥塔,在投入自動模式后立即開始再生。

        3)再生過程:再生風(fēng)機(jī)和再生加熱器啟動,SV-1(泄壓電磁閥)自動開啟將再生列壓力降至50 kpa并始終保證其不超壓,再生過程持續(xù)300 min;再生過程中產(chǎn)生的凝結(jié)水通過SV-3(疏水電磁閥)進(jìn)行排放,SV-3會在再生加熱器啟動后的30 min時(shí)第一次開啟,并且在此后的每5 min開關(guān)一次,每次開10 s;再生過程中加熱器維持500℃,干燥劑溫度約為150℃。

        4)經(jīng)過300 min再生,干燥塔會進(jìn)行1 h的冷卻,冷卻完畢后SV-2A/2B(平衡電磁閥)開啟,將再生列和干燥列的氫氣干燥塔的壓力進(jìn)行平衡,干燥列干燥塔投入備用,等待干燥塔的定期切換。

        2.3 氫氣干燥裝置的常見故障

        2.3.1 進(jìn)出口露點(diǎn)溫度報(bào)警

        氫氣干燥器(干燥列)進(jìn)出口露點(diǎn)溫度分別達(dá)到(+5/0)℃時(shí),系統(tǒng)會產(chǎn)生相應(yīng)報(bào)警,表明發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣濕度已不合格。海陽核電廠出現(xiàn)多次該報(bào)警的原因是干燥塔自動模式下切換時(shí)間長達(dá)2周,并且不會根據(jù)露點(diǎn)溫度自動切換,當(dāng)制氫站供氫濕度較高時(shí),干燥劑經(jīng)常會在3天左右就失效,從而產(chǎn)生上述報(bào)警。

        針對該問題,建議增加相應(yīng)邏輯,當(dāng)干燥列出口露點(diǎn)溫度達(dá)到-20℃時(shí),立即自動進(jìn)行干燥塔切換,確保發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣濕度在標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。

        2.3.2 干燥塔進(jìn)油

        由于發(fā)電機(jī)密封油與發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣存在接觸,難以避免進(jìn)入干燥塔的氫氣中含有一定量的油沫,油沫附著在干燥劑表面,會嚴(yán)重影響干燥塔的除濕效率,進(jìn)而導(dǎo)致干燥器失效。海陽核電廠2020年2月對氫氣干燥器的定期維護(hù)過程中就發(fā)現(xiàn)干燥劑表面的油污過多,已經(jīng)失效,最終只能整體更換干燥塔處理。

        對于吸附式干燥器進(jìn)油問題,國內(nèi)很多電廠都有類似的問題,只有改進(jìn)發(fā)電機(jī)的制造工藝水平,減小密封油向氫氣的泄露才能治本。海陽核電廠的汽輪發(fā)電機(jī)組由三菱哈動提供,其制造工藝水平較高,相比其他國產(chǎn)發(fā)電機(jī),漏油量比較小,此外運(yùn)行處還會持續(xù)對干燥器疏水中的水中油進(jìn)行取樣跟蹤,以確定干燥劑的失效周期。

        2.3.3 再生列干燥塔超壓

        再生列干燥塔在再生過程中,由于是密閉系統(tǒng)且有電加熱器一直加熱,其壓力會持續(xù)上升,當(dāng)其壓力升至55 kpa時(shí),SV-1(泄壓電磁閥)自動開啟,通過1-HCS-V3429(HCS背壓氣動調(diào)節(jié)閥)維持再生列干燥塔壓力不超過50 kpa。由于1-HCS-V3429可以人為調(diào)節(jié),故存在故障的可能性,一旦其無法實(shí)現(xiàn)調(diào)壓功能導(dǎo)致再生列干燥塔超壓,系統(tǒng)會自動發(fā)出報(bào)警并停止干燥塔再生。海陽核電廠商業(yè)運(yùn)行以來,多次出現(xiàn)再生列干燥塔超壓報(bào)警,均是由于1-HCS-V3429故障無法實(shí)現(xiàn)其調(diào)壓功能。

        針對該缺陷,運(yùn)行值已多次提出相應(yīng)整改要求,并由維修人員對1-HCS-V3429進(jìn)行故障處理。

        3 海陽核電廠氫氣干燥器的優(yōu)缺點(diǎn)分析

        封閉再生吸附式氫氣干燥器具有出口氫氣濕度小、可持續(xù)除濕、除濕效果好、干燥劑可再生重復(fù)使用、干燥劑再生不消耗氫氣、振動和噪聲小,不易出故障等優(yōu)點(diǎn)。

        由于采用吸濕劑除濕,再生吸附式氫氣干燥裝置主要缺點(diǎn)是:

        1)氫氣中的油污、灰塵對除濕效果影響很大,甚至使吸濕劑失去除濕能力;

        2)吸濕劑在再生加熱時(shí)和冷卻時(shí)都會產(chǎn)生溫度的不均勻變化,由于熱脹冷縮原理產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力變化,這種變化最終將導(dǎo)致吸濕劑顆粒粉末化,粉末可能由氫氣流帶入發(fā)電機(jī)內(nèi),造成對發(fā)電機(jī)的污染;

        3)由于吸附劑的性質(zhì)是能把比其直徑小的分子吸附到孔穴的內(nèi)部中來,因此,當(dāng)吸附劑接觸空氣時(shí)將吸收大量的空氣,包括氧氣。如果氣體置換時(shí)使用二氧化碳,則又會吸附大量的二氧化碳。在干燥器投入運(yùn)行后,在再生過程中將這些氣體脫附釋放出來,會在密封的再生系統(tǒng)中形成氫氣和空氣或二氧化碳的混合氣,輕則會在一定程度上影響發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度,重則由于再生系統(tǒng)內(nèi)有電加熱器,可能點(diǎn)燃混合氣體發(fā)生燃燒或爆炸。

        雖然吸附式氫氣干燥器存在上述缺點(diǎn),但這不代表這種產(chǎn)品是不可靠的,相比于冷凝式干燥器的一些缺陷,吸附式干燥器是更好的選擇,而且隨著技術(shù)的不斷迭代更新,新式的吸附式氫氣干燥器早已問世,將老式吸附式干燥器的一些缺陷進(jìn)行了處理,現(xiàn)將其特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

        新一代雙塔型氫氣干燥器采用開環(huán)方式進(jìn)行再生,將再生塔釋放出水氣和污染物全部排空,徹底清除了干燥塔工作時(shí)所吸附的污染物和水氣,大幅度提高回路中氫氣純度;同時(shí)也省去了水冷卻系統(tǒng),降低了運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。其代價(jià)只是多消耗了少量氫氣(每次再生約放空6~10 m3的氫氣)。由于再生徹底,再生塔每次可連續(xù)工作15天以上,甚至30天。因而,這種再生方法在全年運(yùn)行中,所消耗的氫氣是非常有限的。此外,通過對進(jìn)出口露點(diǎn)的設(shè)定和監(jiān)測,干燥塔進(jìn)行自動切換,使系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定的最佳運(yùn)行狀態(tài),保證氫氣純度的提高,效果十分理想。

        4 結(jié)語

        再生吸附式氫氣干燥器技術(shù)源于美國,在西方比較普及,該技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)非常成熟,具有出口氫氣濕度小、可持續(xù)除濕、除濕效果好、干燥劑可再生重復(fù)使用、干燥劑再生不消耗氫氣、振動和噪聲小,不易出故障等優(yōu)點(diǎn)。雖然也存在一些缺陷,但通過合理運(yùn)行及定期維修,都是可以處理的。

        作為運(yùn)行值班人員要認(rèn)真學(xué)習(xí)氫氣干燥器相關(guān)知識,及時(shí)處理氫氣干燥器運(yùn)行中出現(xiàn)的故障。

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