馬巖昕

(黑龍江華電齊齊哈爾熱電有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

淺談如何縮短發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)間

馬巖昕

(黑龍江華電齊齊哈爾熱電有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

針對發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)間過長的問題，開展了數(shù)據(jù)分析和試驗(yàn)研究工作，分析了癥結(jié)所在，提出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造和發(fā)電機(jī)氣體置換工藝改進(jìn)。改造方案實(shí)施后，將發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)間由30—35 h縮短為7—7.5 h，CO2消耗量由40—50瓶/次下降到15—18瓶/次。

發(fā)電機(jī)；氣體置換；縮短時(shí)間

某電廠在如何縮短發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)間及節(jié)約CO2上開展了深入細(xì)致的工作，通過試驗(yàn)分析找出了問題所在，并改進(jìn)了發(fā)電機(jī)氣體置換工藝，縮短了氣體置換時(shí)間，解決了發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)間過長、CO2進(jìn)氣管容易結(jié)凍及CO2消耗量過大的問題，保證了發(fā)電機(jī)組的安全，節(jié)約了置換的時(shí)間。

1 氫氣的理化性質(zhì)

氫氣屬于可燃性氣體，與空氣混合后形成爆炸性氣體。當(dāng)氫氣含量在3 %—76 %時(shí)，該混合氣體具有爆炸危險(xiǎn)性。一旦發(fā)生爆炸，就可能造成人身傷亡或設(shè)備損壞等惡性事故。因此，氫冷發(fā)電機(jī)在由運(yùn)行轉(zhuǎn)為檢修或檢修后投入運(yùn)行的過程中，必須使用中間氣體進(jìn)行置換，嚴(yán)禁空氣和氫氣直接接觸。

2 采用CO2作中間氣體

CO2氣體是惰性氣體，與氫氣或空氣混合后不會形成爆炸性氣體。所以，氫冷發(fā)電機(jī)冷卻介質(zhì)的置換應(yīng)首先向發(fā)電機(jī)內(nèi)充CO2，驅(qū)走空氣。

CO2制取方便，成本低，其傳熱系數(shù)是空氣的1．132倍，且置換效果比氮?dú)夂?。另外，用CO2作為中間介質(zhì)還有利于防火。

3 發(fā)電機(jī)氣體的置換方法

目前，氫冷發(fā)電機(jī)氣體置換主要采用中間氣體置換法，具體步驟：先從發(fā)電機(jī)殼下部管路引入中間氣體CO2，以排出機(jī)殼及氣體管道內(nèi)的空氣；當(dāng)機(jī)殼內(nèi)的CO2含量達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，即可充入氫氣排出CO2；最后完成氫氣置換。排氫過程與充氫過程相似。在使用中間介質(zhì)時(shí)，氣體采樣點(diǎn)要合理，化驗(yàn)分析結(jié)果要準(zhǔn)確，氣體的充入、排出順序及使用管路要正確。

4 氣體置換的時(shí)機(jī)

(1) 當(dāng)由于事故或氫氣管路破裂造成發(fā)電機(jī)氫壓降到0時(shí)，如果故障點(diǎn)不能及時(shí)排除，發(fā)電機(jī)負(fù)荷減到0時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行氣體置換。

(2) 當(dāng)發(fā)電機(jī)軸承室及主油箱內(nèi)，或發(fā)電機(jī)軸承回油中的氫氣含量超過1 %時(shí)，必須盡快停機(jī)，進(jìn)行發(fā)電機(jī)氣體置換。

(3) 當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水中氫氣含量超過3 %時(shí)，應(yīng)每隔1 h取樣化驗(yàn)1次，同時(shí)注意定子繞組各線棒的溫度及機(jī)內(nèi)是否有水排出。此時(shí)，必須保證氫壓高于內(nèi)冷水壓0．05 MPa，運(yùn)行時(shí)間最多不應(yīng)超過72 h。如果每小時(shí)取樣測量時(shí)發(fā)現(xiàn)捕集器中氫含量超過20 %時(shí)，應(yīng)立即解列發(fā)電機(jī)進(jìn)行氣體置換，消除漏氫根源。

(4) 當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣爆炸，發(fā)電機(jī)內(nèi)發(fā)出聲響和噴出油、煙等物質(zhì)時(shí)，打閘解列發(fā)電機(jī)停機(jī)，用CO2滅火，并進(jìn)行氣體置換。

5 縮短氣體置換時(shí)間的原因

(1) 為了盡早開工檢修，縮短檢修工期，要盡快縮短發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)間。

(2) CO2不能作為冷卻介質(zhì)長期留存在發(fā)電機(jī)內(nèi)，以免和發(fā)電機(jī)絕緣材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生綠垢，降低絕緣性，因此必須盡量縮短氣體置換時(shí)間。

(3) CO2還會和水產(chǎn)生碳酸造成腐蝕，形成綠垢并附著在發(fā)電機(jī)絕緣和結(jié)構(gòu)件上，降低冷卻效果，造成機(jī)件臟污。因此，需盡量縮短空氣置換時(shí)間，避免被CO2腐蝕污染。

6 氫氣置換時(shí)間長的原因分析

氫氣置換時(shí)間長的主要原因是原氫氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的CO2瓶接口少(只有4個(gè))以及現(xiàn)行空氣置換操作方式不佳。

6.1 原氫氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀況

(1) 該電廠發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)原設(shè)計(jì)置換工作只有4個(gè)CO2瓶接口，因此最多只能同時(shí)用4個(gè)CO2瓶進(jìn)行氣體置換。

(2) 在發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)，為了使CO2氣體不結(jié)凍，在CO2進(jìn)氣總管上裝有加熱器，以保證距離發(fā)電機(jī)3 m內(nèi)CO2進(jìn)氣管不結(jié)冰。

6.2 現(xiàn)行氣體置換操作方式

(1) 關(guān)閉氫站來的供氫總閥。

(2) 關(guān)閉壓力調(diào)節(jié)器進(jìn)、出口閥。

(3) 確認(rèn)氫氣冷卻器已停止供水。

(4) 開啟氫氣排放閥，降低機(jī)內(nèi)氫壓，當(dāng)機(jī)內(nèi)氫壓降至0．02 MPa時(shí)，關(guān)閉氫氣排放閥。

(5) 確認(rèn)CO2排放閥關(guān)閉。

(6) 開啟CO2供氣總閥、4個(gè)分閥及CO2瓶閥，將CO2充入發(fā)電機(jī)內(nèi)。

(7) 開啟氫氣排放閥，保持機(jī)內(nèi)壓力0．05 MPa。

(8) 充CO2時(shí)，要保證CO2供氣管路在距發(fā)電機(jī)3 m以內(nèi)無結(jié)霜現(xiàn)象。

(9) 當(dāng)CO2純度達(dá)90 %以上時(shí)，將純度測量改為頂部取樣。

(10) 連續(xù)向機(jī)內(nèi)充CO2，直到純度達(dá)96 %以上(化學(xué)化驗(yàn))。

(11) 關(guān)閉所有的CO2瓶閥、CO2供給閥及氫氣排放閥。

(12) 用壓縮空氣置換CO2，完成整個(gè)氣體置換工作。

用4個(gè)CO2瓶向發(fā)電機(jī)充CO2，且用現(xiàn)行操作方式進(jìn)行氣體置換，時(shí)間長達(dá)30—35 h，發(fā)電機(jī)氣體置換才能合格。

7 縮短氣體置換時(shí)間的措施

7.1 氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造

(1) 在保證CO2進(jìn)汽管道及發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)管道外形、接口尺寸不變的情況下，將CO2進(jìn)氣管道的CO2接口由4個(gè)改為10個(gè)。

(2) 取消在氫系統(tǒng)總管上的CO2加熱器，改為在每個(gè)CO2瓶出口上加裝氣瓶減壓器和加熱器。

氣瓶減壓器(原系統(tǒng)無此減壓器)能將鋼瓶內(nèi)的高壓氣體降壓后供置換工作使用，在輸入壓力和輸出流量發(fā)生變化時(shí)，均能保持穩(wěn)定的出口壓力(最高輸入壓力15 MPa，輸出壓力調(diào)節(jié)范圍在0．05—0．35 MPa)。

由于氣瓶自帶加熱器，在向發(fā)電機(jī)充CO2的過程中，只要接通電源，就能保證CO2瓶出口的CO2氣體不結(jié)凍，從而縮短向發(fā)電機(jī)充CO2的時(shí)間。

7.2 氣體置換操作方式改進(jìn)

(1) 關(guān)閉氫站來的供氫總閥。

(2) 關(guān)閉壓力調(diào)節(jié)器進(jìn)、出口閥。

(3) 確認(rèn)氫氣冷卻器已停止供水。

(4) 開啟氫氣排放閥，降低機(jī)內(nèi)氫壓，當(dāng)機(jī)內(nèi)氫壓降至0．001 MPa時(shí)，關(guān)閉氫氣排放閥。

(5) 確認(rèn)CO2排放閥關(guān)閉。

(6) 開啟CO2供氣總閥、10個(gè)分閥及CO2瓶閥，將CO2充入發(fā)電機(jī)內(nèi)。

(7) 當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)CO2壓力達(dá)0．1 MPa時(shí)，保持發(fā)電機(jī)內(nèi)壓力0．1 MPa 5 min后，開CO2排放閥。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)壓力降至0．01 MPa后停止排CO2，繼續(xù)向發(fā)電機(jī)內(nèi)充CO2直至合格。

操作(1)—(7)要求有專人監(jiān)視密封油箱油位及氫油壓差，以防氫油壓差過大造成大量密封油進(jìn)入到消泡箱，因氫側(cè)回油管道無法及時(shí)將油排出，最終導(dǎo)致消泡箱滿油進(jìn)入發(fā)電機(jī)。所以，在補(bǔ)排CO2的過程中，應(yīng)加強(qiáng)氫油差壓的調(diào)節(jié)，保持氫油差壓在0．05—0．055 MPa，防止氫油差壓過高，密封油進(jìn)入發(fā)電機(jī)。

同樣，當(dāng)CO2排放閥開度過大，造成CO2壓力下降過快時(shí)，會導(dǎo)致差壓閥跟蹤不靈敏，氫油壓差變大，也會使密封油進(jìn)入發(fā)電機(jī)。因此，在排CO2的過程中，也要防止氫油差壓過高，密封油進(jìn)入發(fā)電機(jī)。

(8) 充CO2時(shí)，要保證CO2供氣管路在距發(fā)電機(jī)3 m以內(nèi)無結(jié)霜現(xiàn)象。

(9) 當(dāng)CO2純度達(dá)90 %以上時(shí)，將純度測量改為頂部取樣。

(10) 連續(xù)向機(jī)內(nèi)充CO2，直到純度達(dá)96 %以上(化學(xué)化驗(yàn))。

(11) 關(guān)閉所有CO2瓶閥、CO2供給閥及氫氣排放閥，CO2氣體置換氫氣結(jié)束。

(12) 用壓縮空氣置換CO2，完成整個(gè)氣體置換工作。

用10個(gè)CO2瓶向發(fā)電機(jī)充CO2，且用上述改進(jìn)方法進(jìn)行氣體置換，置換時(shí)間可縮短為5—5．5 h (不包括空氣置換CO2時(shí)間)，發(fā)電機(jī)氣體置換合格。

8 改造后的效果

(1) 原工藝氣體轉(zhuǎn)換時(shí)，保持發(fā)電機(jī)內(nèi)壓力為0．05 MPa排至0．02 MPa；改進(jìn)后為0．1 MPa排至0．001 MPa。

(2) 對氫系統(tǒng)的改造后，結(jié)合2012—2016年數(shù)次發(fā)電機(jī)氣體置換情況，發(fā)電機(jī)空氣置換時(shí)間可縮短至5—5．5 h，發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)間縮短至7—7．5 h(包括空氣置換CO2時(shí)間)。

設(shè)備系統(tǒng)及運(yùn)行操作改進(jìn)前、后的發(fā)電機(jī)氣體置換對比，如表1所示。

表1 改進(jìn)前、后的發(fā)電機(jī)氣體置換對比

9 結(jié)論

通過認(rèn)真分析發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)的組成及發(fā)電機(jī)氣體置換的操作方法，深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查和研究，提出了將CO2瓶接口由4個(gè)增加至10個(gè)的改造方法，同時(shí)改進(jìn)了發(fā)電機(jī)氣體置換操作方法，將發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)間由30—35 h縮短為7—7．5 h，CO2消耗量由40—50瓶/次下降到15—18瓶/次，實(shí)現(xiàn)了縮短發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)間的目標(biāo)，達(dá)到了盡早開工檢修、縮短檢修工期的目的。

1 華中電網(wǎng)有限公司培訓(xùn)中心．300 MW火電機(jī)組集控運(yùn)行[M]．北京：中國電力出版社，2005．

2 朱衛(wèi)兵，盧晟堂，高慧芳，等．300 MW氫冷發(fā)電機(jī)氫氣置換耗時(shí)計(jì)算[J]．山東電力技術(shù)，2013，15(6)：70-73．

2016-11-12；

2017-01-28。

馬巖昕(1968—)，男，工程師，主要從事電廠節(jié)能改造工作，email：hdmayanxin@126．com。