發電機氫氣濕度超標的原因分析

吳貴德，劉 武，鄒 衢，徐向龍，韓國強，王 鑫

（1.華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300；2.國網四平供電公司，吉林 四平 136000）

發電機氫氣濕度超標的原因分析

吳貴德1，劉 武2，鄒 衢1，徐向龍1，韓國強1，王 鑫1

（1.華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300；2.國網四平供電公司，吉林 四平 136000）

對丹東電廠2號發電機氫氣濕度超標的特點、東港地區空氣濕度的走勢進行了分析，探討了環境濕度影響發電機氫氣濕度的機理。2號發電機氫氣濕度主要是在夏季超標，東港地區濕度的季節性與2號發電機氫氣濕度趨勢相吻合，其濕度超標是發電機氫氣系統不嚴密、空氣漏入所致。

空氣；水分；濕度；擴散；濃度差；嚴密性；形態

1 發電機氫氣濕度超標現狀

丹東電廠2號發電機氫氣濕度夏季高于控制指標已經很長時間，從2008年開始做了大量的改善工作，包括利用停機機會處理氫氣冷卻器、軸瓦。

發電機內的氫氣濕度超標，危害發電機定子、轉子繞組的絕緣強度，導致其受潮，造成絕緣電阻降低［1］，破壞有關部件的絕緣，嚴重時造成定子繞組、轉子繞組端部絕緣擊穿，并使轉子護環因應力腐蝕產生裂紋事故［2］。

丹東電廠2號發電機氫氣濕度超標的同時，氫氣純度也下降，說明發電機氫氣系統存在外部雜質進入，無論是純度下降還是濕度上升，都需要補入氫氣，以保障發電機氫氣濕度、純度合格，氫氣的制取需要消耗大量的電能，造成廠用電用量增加，對節能減排不利，影響發電機組經濟性和安全性。

發電機氫氣系統水分的來源［3］主要有：氫側密封油含水量高，氫氣和密封油的壓差控制不當；補入氫氣含水量大；定子冷卻水繞組、氫氣冷卻器泄漏；發電機氫氣干燥器工作不正常；發電機氫氣系統不嚴密。

根據電廠設備特點，導致水分進入氫氣系統、影響發電機氫氣濕度的途徑主要有：以水的形態進入，可能是氫氣冷卻器、軸瓦缺陷；隨空氣進入，可能是發電機本體不嚴密。

對2012年5月～2014年8月間2臺發電機的月補氫量和純度進行統計，見表1。

表1 發電機補氫量、純度統計表

可見通過排補氫，在維持發電機氫氣純度約為97%的情況下，2號發電機的補氫量約為1號發電機的4倍，說明2號發電機氫氣系統的嚴密性不好，氫氣外漏的同時，大量的環境空氣也要進入發電機氫氣系統，造成只有在大量補氫的情況下才能保證氫氣純度合格；同時環境空氣中的濕汽也進入發電機。

28個月期間，1、2號機組補氫量分別為7 841 Nm3和33 029 Nm3，平均每年2號發電機比1號多補氫10 795 Nm3，需要1臺氫氣發生器多運行3 598.29 h，氫氣發生器和壓縮機的總功率為19.11 kW［4］，多耗電68 770.5 kWh，廠用電按0.4元／kWh計算，每年多消耗費用2.751萬元，浪費廠用電同時也使發電機組失去安全性。

2 已經做過的工作

2.1 處理發電機密封瓦

2號發電機漏氫量13.51 Nm3／d、漏氫率3.1%，發電機密封瓦異常造成密封油水分進入氫氣系統，一直被認為是導致氫氣濕度超標的一個原因。

2014年4月2號機組C級檢修，發電機勵側密封瓦解體后，發現該密封瓦內襯鎢金及軸面輕度磨損、端面不平行度略超，全面檢測后未發現密封瓦原加工尺寸及精度異常。

初步懷疑該側密封瓦座可能存在問題，并經專業廠家反復核實后，確認勵側密封瓦座固定面平行度嚴重超標；該缺陷直接造成密封瓦運轉中傾斜、密封瓦內空、氫側密封油互竄、氫側密封油回油口密封不嚴、氫氣外漏等，該缺陷屬美國西屋公司制造中加工基準面定位失誤所致。

經對密封瓦座重新加工找正后，2號發電機密封瓦檢修后打風壓檢測合格，漏氫量由13.51 Nm3／d降至5.27 Nm3／d（西屋標準為小于5.7 Nm3／d，國際標準為≤16 Nm3／d），消除了發電機內存有大量油霧的隱患；但是，氫氣濕度仍然超標，因此，密封瓦缺陷不是此次氫氣濕度超標的決定因素，并且檢測密封油水分也是合格的。

2.2 檢查氫氣冷卻器泄漏的試驗情況

檢測發電機氫氣冷卻器閉冷水氫氣含量，判斷其嚴密性對發電機氫氣濕度超標的影響程度。

針對2號發電機氫氣濕度超標，在發電機正常運行的情況下，通過檢測氫氣冷卻器閉冷水中氫氣含量的方法，對2臺機組確定氫氣冷卻器嚴密程度，推測2號氫氣冷卻器的嚴密程度可能是2號發電機氫氣濕度超標的原因。

由于對氫氣冷卻器閉冷水取樣時，存在氣體逸出，此種檢測方法所測數據必然偏小，但由于此誤差為系統誤差，作為數據對比，是不會影響結果判斷的。

2014年8月6日，對2臺機組的4臺氫氣冷卻器的閉冷水共8個水樣（1號機組為1A、1B、1C、1D，2號機組為2A、2B、2C、2D）進行分析，試驗結果見表2。

表2 氫氣冷卻器的閉冷水氫氣含量檢測數據

1號、2號冷卻器氫氣含量的平均值分別為3.14 mg／L、0.59 mg／L；2號冷卻器數值比1號低得多，而1號發電機氫氣濕度是正常的；可以推斷：2號發電機氫氣濕度超標不是氫氣冷卻器導致；2號發電機氫氣系統的嚴密性比1號機還要好，原因為近年來對冷卻器進行多次治理，取得了成效。

根據幾年來所做的工作和2號氫氣濕度超標的特點，已經認識到此次故障原因不是以水的形態直接進入氫氣系統，進行此項工作的意義是對影響2號發電機氫氣濕度排出了氫氣冷卻器泄漏、導致水分以水的形態直接進入氫氣系統，在試驗數據上提供依據；明確下一步工作的方向，為查找發電機殼體的不嚴密處，以阻斷水分隨空氣進入發電機氫氣系統。

2.3 供氫品質統計

對2012年9月～2014年8月間的供氫品質進行統計（見表3），可以看出，供氫純度、露點滿足標準，同樣的供氫氫氣品質，1號發電機氫氣露點是合格的，說明2號發電機氫氣系統確實存在問題。

表3 供氫品質統計表

2.4 檢查2號發電機氫氣干燥器運行正常

通過檢測2臺發電機的氫氣干燥器排水量，判斷2號發電機氫氣干燥器的工作情況，見表4。

表4 發電機氫氣干燥器工作情況對比表

在夏季、空氣濕度高的時候，2號干燥器排水量可以每天達到1 000 mL，說明2號干燥器功能是正常的，此時氫氣露點最高為4.4℃；如果干燥器1天不工作，則2號發電機氫氣露點可以達到21.5℃。

1號氫氣干燥器排水量非常少，在夏季、空氣濕度高的時候，每天排水量約為200 mL，此時氫氣露點最高為-11.65℃；如果干燥器1天不工作，則1號發電機氫氣露點可以達到-1.2℃將要超標。

而在冬季、空氣濕度低的時候，每天排水量非常少，甚至有時難以觀察到，此時如果干燥器1天不工作，1號發電機氫氣露點會由-22.57℃升高到-21℃，僅升高1.57℃；補入的氫氣濕度低，因為嚴密性好，漏入的空氣量少，漏入的空氣濕分也低，因此經常會出現1號發電機氫氣露點低于-25℃的情況，此時采取停運干燥器的方法，以保證1號發電機氫氣露點在安全范圍。

3 環境空氣濕度影響發電機氫氣濕度的分析

3.1 2號發電機氫氣濕度超標的特點

對2009～2014年間的2號發電機每個月的氫氣露點進行統計（見表5）。可以看出，每年的6～10月，2號氫氣露點的合格率都很低（低于33%），特別是7～8月，合格率為零（發電機的氫氣露點標準為，低于-5℃，但高于-25℃）［6］。可以得出結論：2號發電機氫氣露點主要是在夏季超標。

3.2 東港地區濕度的特點

對東港地區的空氣溫度、露點按月平均值做出趨勢圖，見圖1。特點是每年的夏季6～10月溫度濕度較高，特別是7、8月，實時相對濕度可以達到90%以上；如果按25℃日平均氣溫和80%相對濕度計算，此溫度的飽和水汽含量為23 mg／L，則空氣濕度可達18.4 mg／L。東港地區的冬季，如果按5℃的平均氣溫和20%的相對濕度按計算，此溫度的飽和水汽含量是6.8 mg／L，則空氣濕度只有1.36 mg／L。

可以得出結論：東港地區的季節性濕度與2號發電機氫氣露點趨勢相吻合。

圖1 空氣溫度濕度趨勢圖

表5 2號發電機氫氣露點統計表℃

3.3 與1號發電機氫氣濕度的比較

對2009～2014年間2臺發電機氫氣露點進行統計，做出發電機氫氣露點趨勢圖（見圖2）。

圖2 發電機氫氣濕度趨勢圖

可見2臺發電機氫氣露點的趨勢相同，與東港地區的空氣濕度趨勢相同，只是1號發電機氫氣系統嚴密性好，環境空氣濕度對其影響小，其氫氣露點一直合格。從統計數據上看，2號發電機氫氣平均露點為-6.23℃，較1號發電機氫氣露點-16.05℃高9.83℃。

1號發電機氫氣露點在1、2月份，經常出現露點低于-25℃的情況，采取了定期停運氫氣干燥器的措施，以保證其氫氣露點不過于偏低。

3.4 環境濕度影響發電機氫氣濕度的機理

在影響氣體運動方向的因素中，某種氣體的濃度差（ΔC）和壓力差（ΔP）是其中最重要的兩項，為正比關系，即擴散速度V∝ΔC×ΔP。

發電機外氫氣濃度可以認為是零，氫氣壓力也可以認為是零，只要氫氣系統存在不嚴密，氫氣就要外泄；同時發電機內空氣的濃度可以認為是零，空氣壓力也可以認為是零，空氣就要向發電機氫氣系統內運動。這就使2號發電機補氫量高、氫氣濕度增加。

發電機內氫氣露點按指標值-5℃（0.4 MPa的體系）折算為常壓計算，則其絕對濕度為0.702 mg／L；在夏季，按氣溫25℃、空氣相對濕度80%計算，則絕對濕度按18.4 mg／L計算，發電機氫氣系統和環境空氣間的水分濃度差ΔC為17.7 mg／L。

在冬季，按氣溫-5℃、空氣相對濕度20%計算，則絕對濕度為0.97 mg／L，發電機氫氣系統和環境空氣間的水分濃度差ΔC為0.27 mg／L。可見夏季發電機氫氣系統和環境空氣間的濃度差較大，有很大的擴散強度。

這也印證了2號發電機氫氣濕度主要是在夏季超標，東港地區的季節性濕度與2號發電機氫氣濕度趨勢相吻合。

4 取得的效果

綜上所述，造成2號發電機氫氣濕度超標的原因就是氫氣系統嚴密性不好，導致空氣進入。夏季環境自然存在氫氣系統和空氣間的水蒸氣濃度差的問題，因此只有查找發電機氫氣系統的泄漏點，提高氫氣系統的嚴密性。

為解決發電機氫氣系統不嚴密、空氣漏入問題采取了諸多措施，如排查發電機氫氣系統殼體、包括連接的管道法蘭的嚴密性，查找泄漏點，取得了良好的效果。2014年11月，2號氫氣露點下降到為-13℃，與從2009年開始統計的每年11月份的平均露點-5.9℃相比，降低7.1℃，與從2009年開始統計的平均露點-3.3℃相比，降低9.7℃，基本與一直達標的1號發電機氫氣露點-13.3℃持平；同時，2號發電機月補氫量由之前的平均1 223 Nm3下降到882 Nm3，下降幅度達28%，每年11月份的平均月補氫量為1 410 Nm3，同比下降37%。

［1］ 林 軍，李云海，矯 健.發電機定子繞組絕緣受潮的現場干燥處理［J］.東北電力技術，2009，30（4）：13-14.

［2］ 杜秉謙，洪鼎華.氫冷發電機氫氣濕度超標的綜合治理［J］.華東電力，1998，26（2）：14-15.

［3］ 徐光昶.氫氣濕度對發電機的危害及標準的探討［J］.華東電力，1999，26（3）：13-16.

［4］ 吳貴德.TELEDYNE制氫設備的技術特點及運行方式介紹［J］.電力系統裝備，2002，創刊號：68-69.

［5］ 徐英杰.氫冷汽輪發電機氫氣濕度分析和測量［J］.東北電力技術，1995，16（2）：26-27.

［6］ DL／T651—1998，氫冷發電機氫氣濕度的技術要求［S］.

Analysis on the Cause of Excess Hydrogen Humidity for Generator

WU Gui?de1，LIU Wu2，ZOU Qu1，XU Xiang?long1、HAN Guo?qiang1，WANG Xin1
（1.Huaneng Dandong Power Plant，Dandong，Liaoning 118300，China；2.State Grid Siping Power Supply Company，Siping，Jilin 136000，China）

This paper analyzes the characteristics of excess hydrogen humidity for generator and the trend of air humidity in Donggang area.It explores the mechanism generator hydrogen humidity is affected by the environment humidity.It approves that excess hydrogen humidity for No.2 generator generally occurs in summer，and the change of hydrogen humidity for NO.2 generator is related to the seasonal change of air humidity in Donggang area.It comes to the conclusion that air leakage and poor seal in generator hydrogen sys?tem causes excess hydrogen humidity.

Air；Water content；Humidity；Diffusion；Composition difference；Tightness；Form

TM311

A

1004-7913（2015）03-0024-04

2015-01-20）

吳貴德（1963—），學士，高級工程師，從事火力發電廠化學專業的技術管理工作。