某電廠發電機氫氣露點波動大及純度偏低的原因分析與處理

摘要：某電廠正常運行期間存在發電機內氫氣純度偏低、露點波動大等問題，經過現場檢查及分析為密封油真空箱油水分離異常及密封油中微水含量偏高所致。通過對密封油真空油箱油水分離改造、更換高效的吸附式氫氣干燥器、氫側回油管改造等，徹底解決了氫氣純度偏低、露點波動大的問題。

關鍵詞：氫氣露點;氫氣純度;油水分離;吸附式氫氣干燥器

0 ? ?引言

某電廠QFSN-1000-2-27型汽輪發電機采用水氫氫冷卻方式，機組正常運行時需滿足氫氣純度≥96%，且露點需在-25～-5 ℃范圍內。但在正常運行中，氫氣純度24 h下降約1%，氫氣露點波動較大，對發電機轉子繞組、定子鐵芯的冷卻效果，定子、轉子的絕緣等均有較大的影響。

2017年5月25日，機組正常運行期間，運行監盤人員通過盤前監測及現場檢查發現發電機內氫氣純度時常在96%以下，無法滿足機組正常運行要求，且運行期間氫氣露點不穩定，在-32～-1 ℃波動較大，因此需要徹底檢查異常原因，并及時處理后將氫氣純度和露點維持在合理且穩定的范圍。

1 ? ?發電機氫氣露點波動大及純度偏低原因分析

1.1 ? ?發電機內氫氣露點波動大原因分析

（1）發電機內氫氣中水分的大部分是源自密封油中溶解的水分，在氣體通過密封瓦后，隨著油溫的升高（由40 ℃升高至60 ℃），油中溶解的水分在較高溫度時從油中蒸發出來，同樣富集在發電機的回油擴大槽、密封瓦回油腔體中，濃度持續升高，并向主要開放口（發電機轉子軸端內擋油環）擴散，通過軸端風扇進入發電機內，與機內的主氣體相互混合置換，造成機內氫氣露點波動。

（2）該廠密封系統真空油箱內設計有再循環噴嘴、補油噴嘴，該部分噴嘴直接將密封油噴射在油箱內，由于噴射距離短、霧滴滯空時間短，密封油中的水分分離效果較差。進入密封瓦的密封油含水量較高時，在密封油升溫后其中含有的水分很容易從油中分離，大量彌散在密封油腔室內，在密封瓦座內擋油環部位隨著發電機轉子風扇的空吸作用進入發電機內。

（3）真空油箱內再循環噴管距離液位面僅為260 mm且直接垂直向下噴射，密封油在真空油箱中的滯空時間很短并直接沖擊油箱中的密封油、液體，產生的液滴太大，總體表面積過小，導致真空油箱油位鏡可視油位處泡沫極為豐富，真空油箱的脫水、去除不溶解氣體的效果很有限，未破裂的泡沫中包裹著氣（汽）體，被主油泵帶入密封瓦及回油系統中。

（4）發電機氫氣系統采用QLQ-ⅢA型冷凝式氫氣干燥器，正常工作時一用一備。該設備為早期產品且使用時間較長，且受工業水溫度影響，冷凝效果、除濕效果一般，因此也會導致氫氣干燥器中存在部分未干燥的水分進入密封瓦及回油系統中。

1.2 ? ?發電機氫氣純度偏低原因分析

對發電機內氫氣成分取樣分析，主要成分為H2、CO、N2、O2，其中N2、O2含量極低。由于機內壓力較高，外界低壓氣體無法滲透進入發電機膛內部，而機內有機部件降解應不會產生如此大的氣體量來降低氫氣純度。CO的主要來源應是密封油溫度升高后在高溫狀態分解的產物[1]，該部分產物在運行時在回油擴大槽、密封瓦回油腔體中富集，逐步進入發電機轉子軸端，在端部風扇空吸作用下進入發電機內，從而導致發電機內氫氣純度逐步降低。

2 ? ?處理方案

2.1 ? ?加強油水分離，降低密封油微水含量

（1）將密封油再循環管路噴嘴、補油噴嘴進行改型，在不減少流量的前提下，通過減小管路噴嘴及補油噴嘴的出口霧滴粒徑，增加霧滴的外總表面積，最終達到增強密封油脫水效果的目的，同時將密封油再循環、補油噴管噴嘴直接垂直向下噴射改為向斜向上與垂直線夾角30°噴射。

（2）在噴管噴射位置下方低于噴管中心線50 mm部位加裝水平夾角為-5°的不銹鋼板，并在該平板上焊接直徑為1.5 mm的全通橫向不銹鋼絲濾油板，盡可能增加密封油在真空中的持續時間和接觸面積，從而增強密封油脫水效果。

（3）在濾油板下方100 mm位置加裝3 mm厚的304不銹鋼平板，接上方濾油板自流下來的油流，保持平板上較薄的油膜，并在油流向下流動時依靠濾網的梳流作用消除油中泡沫。

2.2 ? ?更換吸附式氫氣干燥器

將原B冷凝式氫氣干燥器更換為除濕效果更好的新型吸附式氫氣干燥器，為了節約改造成本，可以保留A冷凝式氫氣干燥器作為緊急備用，仍然一用一備。吸附式干燥器帶有A、B兩塔，運行期間可根據實際情況自行設定A、B兩塔的切換時間，通常設定為8 h。氫氣干燥器中的吸附式干燥劑吸附一部分氫氣中的水分后吸附能力逐漸降低，但進入機內的水分總量不降低，此時機內氫氣中的水分含量會有所上升，相應的氫氣露點會出現升高的現象;在投用再生好干燥劑的干燥塔后，干燥器的吸附能力增加，機內氫氣中的水分降低，相應的氫氣露點再次降低。氫氣干燥器改造前后對比情況如表1所示。

2.3 ? ?發電機氫側回油管路改造

發電機氫側回油管路上加裝列管式換熱器，管側為油流、殼側為水流，可降低發電機氫側回油溫度，不影響回油的正常流動，控制回油溫度接近進油溫度，減少油中溶解的水分析出及油的分解量，減少水分進入發電機的總量[2]。改造前后發電機氫氣露點、純度對比情況如圖1所示。

3 ? ?結論

（1）氫氣露點主要受氫氣干燥器和密封油中微水含量影響，通過更換先進的吸附式氫氣干燥器和對密封油油水分離進行改造，大大提高了氫氣干燥效率，同時減少了密封油微水含量，從源頭和出口兩方面進行提升，大大降低了氫氣露點的波動，使得露點波動維持在較為合理的范圍。

（2）通過對發電機氫側回油管路進行換熱改造，降低氫側回油溫度，減少油中溶解的水分析出及油的分解量，降低CO的產生，使氫氣純度保持在合格范圍。

[參考文獻]

[1] 孫兵.發電機氫氣純度降低的原因分析[J].機電信息，2012（12）：47-48.

[2] 韓國寧.發電機氫氣露點升高原因分析及防范措施[J].電力安全技術，2009，11（7）：51.

收稿日期：2020-08-04

作者簡介：林濤（1988—），男，廣東韶關人，電力運行工程師，主要從事大型火力發電廠生產運行工作。