600MW氫冷發(fā)電機(jī)氫氣濕度高分析及處理

高東華

摘要：某電廠#2發(fā)電機(jī)組因氫氣濕度高，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行，對該問題進(jìn)行了深入分析，尋找原因，解決濕度超標(biāo)的安全隱患，對同類氫冷機(jī)組相似問題的分析處理具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；氫氣濕度；氫氣干燥器

1.概述

我廠發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN4-600-2三相同步發(fā)電機(jī)，采用水-氫-氫冷卻方式，即定子線圈直接水冷，轉(zhuǎn)子線圈直接氫冷，轉(zhuǎn)子本體及定子鐵芯氫冷，定子出線水內(nèi)冷。發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，氫氣濕度是一項(xiàng)重要的監(jiān)測指標(biāo)，直接影響著機(jī)組的安全運(yùn)行。過于干燥的環(huán)境會對發(fā)電機(jī)定子的某些部件產(chǎn)生有害的影響，造成端部墊塊收縮和支撐環(huán)裂紋，將導(dǎo)致定子端部絕緣發(fā)生磨損。濕度過高，水汽在氫氣溫度過低時會產(chǎn)生結(jié)露，降低發(fā)電機(jī)絕緣，使定子絕緣薄弱處發(fā)生表面爬電、閃絡(luò)、相間短路等。按我廠規(guī)程要求，氫氣干燥裝置應(yīng)保證在額定氫壓下機(jī)內(nèi)氫氣露點(diǎn)不大于-5℃同時又不低于-25℃。

2.現(xiàn)象描述

今年5月以來，#2發(fā)電機(jī)氫氣濕度出現(xiàn)了緩慢增大的現(xiàn)象，濕度由-11℃逐步上升，5月25日已最高至-1℃左右，除濕效果很不理想，若不及時解決，將給#2發(fā)電機(jī)帶來嚴(yán)重的安全隱患。

3.氫氣濕度高原因分析

影響氫氣濕度的各個主要因素有發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)及氫冷器、密封油系統(tǒng)、補(bǔ)氫系統(tǒng)、氫氣干燥器等，下面對各因素進(jìn)行詳細(xì)分析及排查。

3.1 定冷水系統(tǒng)，氫冷器系統(tǒng)

若發(fā)電機(jī)內(nèi)部線棒、水接頭、水盒等部位發(fā)生滲漏，將造成氫氣濕度增大，但定冷水壓力低于氫壓較多（氫壓0.38-0.4Mpa，定冷水壓0.25Mpa），氫氣系統(tǒng)及定冷水系統(tǒng)壓力一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，可排除定冷水漏入的可能性。

若氫冷器鎳銅冷卻水管破裂或存在沙眼、冷卻水管與兩端水箱的脹口質(zhì)量不良，冷卻器密封墊不嚴(yán)，也將發(fā)生冷卻水直接與氫氣接觸，造成氫氣濕度增大。氫冷器采用開式水冷卻，開式水壓較為穩(wěn)定，各氫冷器入口的水壓0.28MPa左右，低于氫壓較多，可排除氫冷器系統(tǒng)漏水的可能性。

3.2密封油系統(tǒng)

我廠的密封油系統(tǒng)為集裝式，其密封油路為雙流環(huán)式，正常運(yùn)行中，氫側(cè)密封油壓力略高于氫氣壓力，而氫氣直接同密封油接觸，如果密封油內(nèi)水分含量超標(biāo)，將會引起發(fā)電機(jī)氫氣的濕度超標(biāo)。

我廠密封油系統(tǒng)的中氫側(cè)密封油箱的補(bǔ)油來自空側(cè)密封油，而空側(cè)密封油油箱補(bǔ)油及備用油源均由大機(jī)潤滑油系統(tǒng)提供，由于潤滑油系統(tǒng)在潤滑汽輪機(jī)各軸瓦時受到軸封系統(tǒng)的影響，會使?jié)櫥偷乃趾吭黾樱芊庥偷乃趾恳矔黾樱M(jìn)而影響到氫氣濕度。近期大機(jī)潤滑油凈化裝置運(yùn)行正常，潤滑油化驗(yàn)結(jié)果中水分含量正常，故可排除大機(jī)潤滑水分含量高造成氫氣濕度增大。

3.3補(bǔ)氫系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫氣源由制氫站制得，制氫站的氫氣質(zhì)量將直接影響補(bǔ)氫后發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的濕度，而制氫機(jī)氫氣濕度均在-50℃以下，查看曲線發(fā)現(xiàn)每次發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫后氫氣濕度有略微下降趨勢，且我廠#1、#2機(jī)補(bǔ)氫均由同一氫站的同一管路提供，在補(bǔ)氫次數(shù)相當(dāng)?shù)那闆r下#1機(jī)氫氣濕度正常，可排除補(bǔ)氫因素對#2機(jī)氫氣濕度造成的影響。

3.4氫氣干燥器

我廠采用的氫氣干燥器是牡丹江市聯(lián)合電力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的XFG-1F-1型氫氣干燥器，發(fā)電機(jī)內(nèi)濕氫氣在轉(zhuǎn)子兩端風(fēng)扇的作用下順序經(jīng)過：除濕裝置入口濕度計、油分離器、吸附式干燥器，氫氣進(jìn)入吸附式干燥器后，所含水分被干燥劑吸附，被干燥后的氫氣返回至發(fā)電機(jī)內(nèi)。當(dāng)活性氧化鋁吸收水分達(dá)到一定程度后，程序?qū)⑶兄猎偕^程，通過加熱使氧化鋁束縛的水分汽化，再通過存留氫氣的循環(huán)將水汽帶出，經(jīng)冷卻器冷卻后，水從疏水口排出，氫氣返回再生塔繼續(xù)循環(huán)，干燥劑的再生效果對整個干燥器的干燥效果影響至關(guān)重要，再生后的冷凝水要及時排出。

經(jīng)檢查確認(rèn)氫氣干燥器冷卻水進(jìn)口閥W1、出口閥W2以及與氫氣系統(tǒng)相連的各個閥門均已開啟，氫氣干燥器界面正常，無故障指示，但在檢查過程中發(fā)現(xiàn)汽水分離器后的疏水罐幾乎無水分排出，懷疑冷卻器效果不佳，通過溫槍測量冷卻器冷卻水進(jìn)出口管道溫度高達(dá)37℃，而冷卻水由開式水提供，此溫度高于開式水進(jìn)、回水母管溫度（正常夏季進(jìn)水溫度為27℃，回水溫度30℃），初步懷疑氫氣干燥器冷卻水進(jìn)出口管道堵塞或冷卻器堵塞造成換熱不佳，影響氫氣中水分的冷凝分離效果，造成氫氣濕度偏高。

4.處理過程

為驗(yàn)證氫氣干燥器冷卻水進(jìn)出口管道或冷卻器存在堵塞，將氫氣干燥器冷卻水出口管道上壓力表卸下，出口冷卻水渾濁，水中存在固體雜質(zhì)，水質(zhì)很差，排放一段時間后出口水質(zhì)有所改善，但氫氣濕度依舊未發(fā)生變化，在敲擊冷卻水進(jìn)口管道時，出口水質(zhì)再次出現(xiàn)渾濁、雜質(zhì)的現(xiàn)象，因而可以確定氫氣干燥器冷卻水入口管道堵塞。

由于冷卻水入口管堵塞無法在線隔離處理，考慮到開式水回水溫度僅有30℃左右，壓力0.31MPa，可通過開式水回水反向流過氫氣干燥器冷卻器也可達(dá)到一定程度的冷卻效果。5月26日，我們將冷卻水進(jìn)出口手動門W1、W2關(guān)閉，將入口管道與冷卻器連接法蘭處分開，用一根軟管接至放水槽中，再開啟氫氣冷卻水出口手動門W2，可見開式水回水流經(jīng)冷卻器，再從入口軟管穩(wěn)定流出，水質(zhì)連續(xù)干凈。雖然冷卻水與氫氣同向流動，冷卻效果不如逆流冷卻，但發(fā)現(xiàn)氫氣濕度正在逐步下降，5月28日已降至-12℃左右，達(dá)到規(guī)程要求范圍內(nèi)。

5.總結(jié)及建議

（1）影響發(fā)電機(jī)氫氣濕度及純度的影響因素較多，在平常機(jī)組正常運(yùn)行過程中若發(fā)現(xiàn)此類現(xiàn)象，應(yīng)逐條細(xì)致分析處理。

（2）通過認(rèn)真細(xì)致的分析排查，確定了#2機(jī)氫氣干燥器冷卻器冷卻水入口管道堵塞，冷卻水不暢造成干燥劑再生效果差導(dǎo)致氫氣濕度升高，通過冷卻水回水回流經(jīng)過冷卻器后進(jìn)入臨時排水管至排水槽，臨時處理后發(fā)現(xiàn)#2機(jī)氫氣濕度已經(jīng)達(dá)到了合格標(biāo)準(zhǔn)，終于將氫氣濕度高這一威脅#2發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的重大隱患排除。

（3）由于此次采取的是臨時措施，未達(dá)到根治的效果，建議進(jìn)行氫氣干燥器冷卻器擴(kuò)容改造或定期清洗冷卻器工作，提高冷卻器換熱能力及干燥劑的再生效果。

（4）由于開式水由循環(huán)水供水，水質(zhì)較差，且循環(huán)水?dāng)M進(jìn)一步提高濃縮倍率，水質(zhì)會更差，為保證開式水的各用戶的通流正常，建議盡早投入開式水加藥（阻垢劑）系統(tǒng)，目前我廠#1機(jī)開式水加藥管路已加裝但未投入，#2機(jī)還未改造，盡早改造并投入有利于開式水系統(tǒng)各用戶的正常運(yùn)行，保證機(jī)組的安全。

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