胡遠致粵江發(fā)電有限責任公司,廣東韶關 512132
氫冷發(fā)電機氫氣濕度的監(jiān)控與管理
胡遠致
粵江發(fā)電有限責任公司,廣東韶關 512132
氫氣濕度超標對發(fā)電機會造成很多損害,影響了設備的正常運行,應該加強對氫氣濕度的監(jiān)控和管理,采取相應的防范措施,以提高氫氣品質,保障發(fā)電機安全運行。
發(fā)電機;氫氣濕度;監(jiān)控
在發(fā)電廠的氫冷發(fā)電機的運行中,對于氫氣濕度有清晰明確的標準和要求,氫冷發(fā)電機在運行時,其氫壓之下的最高值、最低值,以及在充氫、備氫時需要補充新鮮的氫氣,其濕度值值必須在可允許的范圍之內。氫冷發(fā)電機的監(jiān)控和管理工作是一項細致、艱巨并且繁瑣的任務,需要做好標準化的宣傳和貫徹,實施有效的管理。本文通過分析氫氣濕度的標準和超標帶來的危害,提出相關的防范措施,以提高監(jiān)控管理氫氣的工作。
氣體中含有的水汽含量為濕度,濕度的表示方式有相對濕度、絕對濕度以及露點濕度,它們互相可以換算。在運行中氫壓的濕度允許低限是露點溫度Td=-25℃,這是以發(fā)電機的最低濕度來限定了可允許的最高濕度,即發(fā)電機的最低溫度為5℃時,最高的露點濕度為Td=-5℃;發(fā)電機的最低溫度大于等于10℃時,最高濕度限定為Td=0℃。發(fā)電機在充氫、補氫時所用的新鮮氫氣,其常壓之下的允許濕度需要區(qū)分是新建廠房還是已建廠房,新建的電廠為Td≤50℃,已建的電廠為Td≤25℃[1]。
2.1由濕度超標引起的轉子護環(huán)損害
較高的的氫氣濕度會造成發(fā)電機的轉子護環(huán)產生應力腐蝕,如果轉子護環(huán)上已經出現裂紋,氫氣濕度超標會造成裂紋的快速發(fā)展。有3個必要的因素會導致應力腐蝕,為較大應力、材質、腐蝕介質。轉子護環(huán)的應力腐蝕出現裂紋和氫氣的濕度含量有非常大的關系,在我國電廠應用的護環(huán)一般采用采用18Mn5Cr、18Mn4Cr奧氏體鋼,機械性能很好。而由于出現腐蝕介質,比如硫酸鹽、氫氧根等,在相對濕度大于50%時,護環(huán)的抗應力腐蝕能力會遭到破壞,其裂紋的擴展速度有所增加。
2.2由濕度超標引起的轉子風葉危害
某廠300MW機組因為氫氣濕度超標,在發(fā)電機檢修過程中檢查發(fā)現發(fā)電機汽勵兩側機座內靠轉子風葉附近絕緣油漆大片發(fā)霉、脫落,檢查汽勵兩側轉子風葉表面有明顯的汽蝕現象,后逐一對轉子風葉進行稱重,并聯系廠家對比同型號機組轉子風葉參數,結果發(fā)現約60%葉片重量存在一定偏差,嚴重更達10%,于是更換了全部汽勵側轉子風葉。因此,氫氣濕度大不僅會引起機座和葉片的腐蝕與磨損,如若轉子風葉磨損嚴重,將會影響轉子動平衡,給機組的安全運行帶來嚴重危害。
2.3由濕度超標引起的絕緣危害
在氫冷發(fā)電機中氫氣濕度超標會造成定子的絕緣電氣強度下降,如定子存在絕緣薄弱處,則很可能出現短路。例如300MW發(fā)電機的定子在端部絕緣具有兩個薄弱的環(huán)節(jié),為引線和水接頭處,而且這兩個部位都處在高電位。在氫氣中水汽非常大時,絕緣的薄弱處會出現擊穿發(fā)電情況。如果氫氣中水汽嚴重超標時,例如大于80%,定子的絕緣缺陷會發(fā)展迅速,導致絕緣強度的下降。
3.1缺乏嚴格的監(jiān)督和管理
在發(fā)電機的配套系統中應配備相應的氫氣濕度、純度監(jiān)視設備。檢測人員需要進行嚴格的監(jiān)督和管理,而現實中一些工作人員缺乏管理意識,沒有及時的發(fā)現數據變化,或者在變化趨勢有變動時提高警惕,嚴格的把控氫氣濕度標準。因此,應當重視監(jiān)督管理工作,避免發(fā)生后續(xù)的事故。
3.2干燥裝置設置不合理
大型的發(fā)電機中轉子兩邊的風扇會在旋轉中產生風壓差,形成了氫氣的循環(huán)流動,發(fā)電機停運時這種氫氣壓差消失,干燥器之內失去了壓差進氣,也就不能夠使氫氣循產生環(huán)流動,干燥器也就無法進行氫氣干燥。針對這種情況可采用氫氣通道風機,或者在停機時進行盤車。
3.3新制氫氣的濕度較高
根據我國的制氫設備的運行情況分析,如果制氧設備只是應用水冷除濕,氫氣的最低濕度會達到露點濕度-10℃,絕對的濕度僅有2.03g/m3,很多電廠的絕對濕度為8g/m3~14g/m3,相當于露點濕度為7℃~17℃,并不能夠達到新鮮氫氣的標準和要求。如果水冷卻器后再加裝冷凝式的干燥器,當運行正常的時候,氫氣的露點濕度最低為-18℃,絕對濕度是1.04g/d,也是不能夠達到新鮮氫氣的標準[2]。而如果安裝分子篩干燥器,其露點濕度可低于-50℃,也就滿足了相應標準。如制氧設備為中壓制氫設備,用水冷除濕,可以將露點濕度下降到-20℃~-25℃。對于老廠來說已經接近了標準值,對于新建廠來說,則還不能滿足要求。因此應在制氫設備中加裝分子篩干燥器,有效的降低新鮮氫氣的濕度,滿足相關的標準和要求。
3.4水系統泄漏問題
氫冷發(fā)電機中水系統的泄漏可引起濕度的超標,氫壓雖然大于水壓,但是水汽還是有可能會擴散到氫氣的系統。水系統泄漏主要包括了氫冷卻器以及內冷水系統出現泄漏,這個問題應該引起管理人員高度的重視,加強對氫冷發(fā)電機的檢查,出現隱患進行及時的排除,提高檢修的質量。
3.5密封油帶水漏進發(fā)電機中
密封油帶水以及密封瓦中串油都會導致氫氣濕度太大,當油中的水分漏進了發(fā)電機中造成了濕度超標。應保持空測油壓和氫側的油壓為相等數值,或者互相之間的差值為最小,這兩側的油流應該互相獨立起來,使空側油壓和氫側油壓不產生交換。因此應該設置密封油凈化裝置,使其保持盡量的平衡狀態(tài)。同時還需要注意避免出現軸封漏氣現象,有效防止水對油質造成污染。
實例分析:在某發(fā)電廠,自2012年到2014年,兩年之間10號發(fā)電機經檢測其純度和濕度均存在不合格現象。經過管理人員多方面的檢測分析,一致認為故障原因在于密封油系統,在氫油、空油之間發(fā)生了交換現象,但是卻找不到引起交換的原因。一直到2014年的3月,情況發(fā)生惡化,發(fā)電機12m平臺氫側油壓下降至0.15MPa,通過檢查可確定發(fā)電機出現了氫側油泄漏情況。在停機處理之后,發(fā)電機的漏點濕度及純度都恢復了正常。壓不可以低于0.1MPa,應當保持干燥器能夠正常的運行。在機組啟動時,并網之后投入冷卻器,停機時需要保持內冷水正常運行,冷卻水可停止,使內冷水可以保持在比較高的溫度不下降,防治定子絕緣受潮,避免轉子互環(huán)發(fā)生應力腐蝕。
4.4運行中的濕度監(jiān)控
在發(fā)電機進行運行的過程中,應當控制風溫保持在35℃~45℃,冷卻水溫在40℃~50℃,以避免大量低溫氫氣的補入,并且需要加強相關設備的排污工作,保證較高的儲罐壓力值,加強監(jiān)管其再生效果,保證氫氣濕度能夠符合標準。
在氫氣的濕度管理中,發(fā)電設備、氫氣濕度檢測和設備操作屬于不同的專業(yè),而各個專業(yè)在電廠的日常管理中都屬于邊緣管理,沒有將氫氣的濕度管理作為重點工作。因此管理人員應該重視這項工作,認識到濕度超標對于設備的損害,制定相關的檢測及技術維修保證措施,及時的處理設備運行時出現的各種情況。
4.1使用合理的濕度單位,利于監(jiān)控
濕度表示方式中,漏點濕度比較直觀,為國際通用的濕度單位,在電廠的生產運用當中,應當將相對濕度列出更加具有實用性,利于運行過程中對濕度的監(jiān)控。發(fā)電機內的相對濕度可以直觀的表達出設備的運行狀態(tài),利于把握實現運行目標。如只是顯示漏點濕度,在運行時如果出現了溫度超標現象,在幅度不大的情況下不用緊張,這并不會造成發(fā)電機的損害。因此通常情況下,應用漏點溫度作為監(jiān)控目標就可以。
4.2制氫時的濕度監(jiān)控
在制氫設備開始運行的時候,應控制好風溫和水溫,應保持風溫在35℃~45℃之間,在補氫時需要通過控制水冷器,控制溫度在40℃~50℃之間。并且裝置分子篩干燥器,加強維護與監(jiān)控,將儲罐內的壓力值盡量保持比較高的水平上,以保證送氫的濕度能夠符合標準要求。
4.3機組啟動或充氫備用時的氫氣濕度監(jiān)控
在做充氫氣備用時需要保持溫度必須高于5℃,氫
[1]陳喜發(fā).氫冷發(fā)電機氫氣濕度的監(jiān)控與管理[J].大眾科技,2008(9):131-132.
[2]吳銳.氫冷發(fā)電機氫氣濕度的監(jiān)控與管理[J].河北電力技術,2002,21(6):35-37.
[3]國家能源局.DL/T 1164-2012汽輪發(fā)電機運行導則[M].北京:中國電力出版社,2012.
[4]中華人民共和國電力工業(yè)部.DL/T 651-1998 氫冷發(fā)電機氫氣濕度的技術要求[S],1998.
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1674-6708(2016)170-0201-02
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