氫氣系統測量數據的校核

（內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司 內蒙古 010206）

1.引言

發電機內的氫氣在發電機的兩端風扇的驅動下，以閉式循環的方式在發電機內部做強制循環流動，使發電機的鐵芯和轉子繞組得到冷卻。常溫下的氫氣不怎么活躍，但當氫氣與氧氣或空氣混合后，如果被點燃則會發生爆炸。所以氫冷機組中含氧量對機組的安全運行起到至關重要的影響。

2.制氫裝置的流程和氣體成分

我廠的制氫系統工藝流程系統是由制氫裝置氫氣系統、氧氣系統和堿液系統組成。

(1)制氫裝置氫氣系統

原料水在電解槽內直流電作用下分解，在電解小室的陰、陽極表面分別產生氫氣、氧氣。從電解小室出來的氫氣和堿液的混合物一起通過極框上陰極側的氣道流出，進入氫氣分離器下部，在重力作用下進行氣液分離，分離出的氫氣進入洗滌器進行洗滌和冷卻，然后經洗滌器頂部除霧器除去液滴后，經氫氣調節閥到達氣動三通球閥，由該閥選擇進行放空或進入干燥部分除濕后進入儲存系統備用。

當進行吸附的吸附器達到飽和需要進行再生時，由PLC控制相應的氣動球閥動作，使氫氣進入需再生的吸附器，升溫帶出飽和的水分，再經冷凝分離器將水分冷凝分離，隨后進入另一只吸附器，吸附后的氫氣經過氫氣過濾器，合格的產品氣送入框架二。

(2)氧氣系統

由電解槽各電解小室陽極側分解出來的氧氣隨堿液一起，從主極板陽極側的出氣孔進入氧氣管道，再從右端極板流出，進入氧分離器，在其內與堿液分離，然后經氣動薄膜調節閥排空。

(3)堿液系統

堿液在氫分離器和氧分離器中分離出氫氣和氧氣后，在兩分離器底部的連通管內匯合，經堿液過濾器去除固態雜質，再進入循環泵，由泵加壓后回到電解槽。在電解槽中，堿液從左端壓板進入各主極板的進液孔，流經各電解小室，在各電解小室中進行電解，而后與電解出來的氫氣或氧氣一起，分別從各自的出氣孔進入氫氣道或氧氣道，再分別進入氫分離器或氧分離器，從而構成完整的堿液循環系統。

通過對制氫裝置的氣體的純度測定為氫氣99.9%，氧氣含氧量為0.1%，以這樣的氣體純度進入發電機氫冷系統。

3.發電機氫冷系統

發電機氫冷系統（含置換介質系統）及氫氣壓力自動控制裝置能滿足發電機充氫、自動補氫、排氫及中間氣體介質置換工作的要求，能自動監測和保持氫氣的額定壓力、規定純度及冷氫溫度等。氫氣系統中存在的正常漏氫：

（1）氫氣純度分析儀尾氣排至廠房外，所消耗的氫氣每天（24h）約為1.2m3。（2）單流環式密封油系統中密封瓦氫側回油所帶出的氫氣量按氫側排油量的10%（體積含量）計算。先測正常情況下的氫側排油量再計算每天密封油（氫側回油）所帶走的氫氣量。（此項耗氫量在3～6m3/d范圍內）。（3）密封油氫側回油全部回至“空氣抽出槽”，再回至汽機主油箱。因此空氣抽出槽排煙風機處有氫氣是不可避免的（氫含量與氫側密封油量有關聯），因此在排煙風機的排氣口處檢測到氫氣為正常現象。

4.測量儀器

使用的便攜式氫氣分析儀是由河南省日立信股份有限公司生產的，技術參數如下：

電池：鋰電池6000mAh。

充電電源：220VAC 50Hz。

充電時間：≤8小時。

使用時間：＞10小時。

氫氣純度測量參數：

測量范圍：90%～100%或0-100%（可選范圍）；

H2/Air：0-10%；

H2/Air：（氮氣置換）；

流量：0.3L/min（300mL/min）。

氧氣測量參數：

測量范圍：0～25%；流量：0.3L/min（300mL/min）。

露點測量參數：

測量范圍：-80℃～+20℃；

應用SPSS18.0統計學系統進行分析，計量資料用（± s）表示，組間比較采用t檢驗，計數資料用n（%）表示，組間比較采用χ2檢驗，P＜0.05為差異具有統計學意義。

流量：0.3L/min（300mL/min）。

(1)使用方法

①儀表開關機，輕按儀表左側電源按鈕，持續約5秒鐘系統開始上電初始化，初始化完畢后，自動進入測量顯示界面，開機后系統需要預熱3～8分鐘（濕度自校準時間約6～8min，不含濕度儀表預熱3min），預熱完成后才可以進行測量操作；如需要關閉儀表，測量工作結束后，先將被測氣體氣源關閉并斷開，流量調節閥調至關閉狀態，然后輕輕按下電源鍵，持續約5秒鐘，系統會彈出關機確認對話框，選擇“是”，再按下ENTER鍵后，儀表就會自動關閉了。

②測量操作，準備—初始化—預熱自校準—測量界面—開始測量調節流量在0.3L/min。數值穩定后記錄數據。

(2)注意事項

開機測量前確認管路是否暢通。測量時確保樣氣無油或經過濾器過濾，防止儀表管路進油。測量結束將儀表關機，避免電池電量耗盡影響使用。充電時使用儀表配套充電器，防止電池過充損壞。測量中注意盡量避免碰撞和劇烈振動，碰撞或劇烈振動可能導致熱導傳感器損壞。當電量不足時應及時充電，不宜將電全部用光。長期擱置不用，間隔1月左右，檢查電量是否充足，不足時及時充電再存放，否則會影響電池使用壽命。

5.總結公式和校核

氫氣系統主要的氣體氫氣為主，其他氣體可能為機組檢修時退氫氮氣和空氣的進入，氧氣在空氣中所占21%，制氫裝置中出口氣體有0.1%的氧氣，故總結含氧量計算公式：

含氧量%=（100-測量的氫氣純度數值）×21%+0.1

表1 在機組氫氣干燥器前后測量的數據

6.數據分析

數據來自12臺機組，其中有空冷機組，60萬機組，30萬機組，超臨界機組。數據顯示測量的數據和這個公式理論值大部分吻合，只有在機組剛啟機的時候數據會有偏差，偏差的原因是機組退氫使用的氮氣置換氫氣的方法。需要檢修才會用空氣置換氮氣進行檢修操作，如果對氫氣系統沒有檢修需要機組氫氣系統充實的為氮氣，在機組剛剛啟動時漏氣現象較少，空氣進入量較少，除氫氣以外氮氣含量較多，空氣較少會出現與公式計算值偏離問題。

7.結論

這個公式可以作為氫氣和含氧量日常數據的校核方法，來判斷儀器的數據準確性，可以及時發現儀器故障，保證測量數據的準確性。