發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)的原因分析

吳貴德，劉 武，鄒 衢，徐向龍，韓國強(qiáng)，王 鑫

（1.華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300；2.國網(wǎng)四平供電公司，吉林 四平 136000）

發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)的原因分析

吳貴德1，劉 武2，鄒 衢1，徐向龍1，韓國強(qiáng)1，王 鑫1

（1.華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300；2.國網(wǎng)四平供電公司，吉林 四平 136000）

對丹東電廠2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)的特點(diǎn)、東港地區(qū)空氣濕度的走勢進(jìn)行了分析，探討了環(huán)境濕度影響發(fā)電機(jī)氫氣濕度的機(jī)理。2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度主要是在夏季超標(biāo)，東港地區(qū)濕度的季節(jié)性與2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度趨勢相吻合，其濕度超標(biāo)是發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)不嚴(yán)密、空氣漏入所致。

空氣；水分；濕度；擴(kuò)散；濃度差；嚴(yán)密性；形態(tài)

1 發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)現(xiàn)狀

丹東電廠2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度夏季高于控制指標(biāo)已經(jīng)很長時間，從2008年開始做了大量的改善工作，包括利用停機(jī)機(jī)會處理氫氣冷卻器、軸瓦。

發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣濕度超標(biāo)，危害發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子繞組的絕緣強(qiáng)度，導(dǎo)致其受潮，造成絕緣電阻降低［1］，破壞有關(guān)部件的絕緣，嚴(yán)重時造成定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組端部絕緣擊穿，并使轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)因應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生裂紋事故［2］。

丹東電廠2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)的同時，氫氣純度也下降，說明發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)存在外部雜質(zhì)進(jìn)入，無論是純度下降還是濕度上升，都需要補(bǔ)入氫氣，以保障發(fā)電機(jī)氫氣濕度、純度合格，氫氣的制取需要消耗大量的電能，造成廠用電用量增加，對節(jié)能減排不利，影響發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性。

發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)水分的來源［3］主要有：氫側(cè)密封油含水量高，氫氣和密封油的壓差控制不當(dāng)；補(bǔ)入氫氣含水量大；定子冷卻水繞組、氫氣冷卻器泄漏；發(fā)電機(jī)氫氣干燥器工作不正常；發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)不嚴(yán)密。

根據(jù)電廠設(shè)備特點(diǎn)，導(dǎo)致水分進(jìn)入氫氣系統(tǒng)、影響發(fā)電機(jī)氫氣濕度的途徑主要有：以水的形態(tài)進(jìn)入，可能是氫氣冷卻器、軸瓦缺陷；隨空氣進(jìn)入，可能是發(fā)電機(jī)本體不嚴(yán)密。

對2012年5月～2014年8月間2臺發(fā)電機(jī)的月補(bǔ)氫量和純度進(jìn)行統(tǒng)計，見表1。

表1 發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫量、純度統(tǒng)計表

可見通過排補(bǔ)氫，在維持發(fā)電機(jī)氫氣純度約為97%的情況下，2號發(fā)電機(jī)的補(bǔ)氫量約為1號發(fā)電機(jī)的4倍，說明2號發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)的嚴(yán)密性不好，氫氣外漏的同時，大量的環(huán)境空氣也要進(jìn)入發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)，造成只有在大量補(bǔ)氫的情況下才能保證氫氣純度合格；同時環(huán)境空氣中的濕汽也進(jìn)入發(fā)電機(jī)。

28個月期間，1、2號機(jī)組補(bǔ)氫量分別為7 841 Nm3和33 029 Nm3，平均每年2號發(fā)電機(jī)比1號多補(bǔ)氫10 795 Nm3，需要1臺氫氣發(fā)生器多運(yùn)行3 598.29 h，氫氣發(fā)生器和壓縮機(jī)的總功率為19.11 kW［4］，多耗電68 770.5 kWh，廠用電按0.4元／kWh計算，每年多消耗費(fèi)用2.751萬元，浪費(fèi)廠用電同時也使發(fā)電機(jī)組失去安全性。

2 已經(jīng)做過的工作

2.1 處理發(fā)電機(jī)密封瓦

2號發(fā)電機(jī)漏氫量13.51 Nm3／d、漏氫率3.1%，發(fā)電機(jī)密封瓦異常造成密封油水分進(jìn)入氫氣系統(tǒng)，一直被認(rèn)為是導(dǎo)致氫氣濕度超標(biāo)的一個原因。

2014年4月2號機(jī)組C級檢修，發(fā)電機(jī)勵側(cè)密封瓦解體后，發(fā)現(xiàn)該密封瓦內(nèi)襯鎢金及軸面輕度磨損、端面不平行度略超，全面檢測后未發(fā)現(xiàn)密封瓦原加工尺寸及精度異常。

初步懷疑該側(cè)密封瓦座可能存在問題，并經(jīng)專業(yè)廠家反復(fù)核實(shí)后，確認(rèn)勵側(cè)密封瓦座固定面平行度嚴(yán)重超標(biāo)；該缺陷直接造成密封瓦運(yùn)轉(zhuǎn)中傾斜、密封瓦內(nèi)空、氫側(cè)密封油互竄、氫側(cè)密封油回油口密封不嚴(yán)、氫氣外漏等，該缺陷屬美國西屋公司制造中加工基準(zhǔn)面定位失誤所致。

經(jīng)對密封瓦座重新加工找正后，2號發(fā)電機(jī)密封瓦檢修后打風(fēng)壓檢測合格，漏氫量由13.51 Nm3／d降至5.27 Nm3／d（西屋標(biāo)準(zhǔn)為小于5.7 Nm3／d，國際標(biāo)準(zhǔn)為≤16 Nm3／d），消除了發(fā)電機(jī)內(nèi)存有大量油霧的隱患；但是，氫氣濕度仍然超標(biāo)，因此，密封瓦缺陷不是此次氫氣濕度超標(biāo)的決定因素，并且檢測密封油水分也是合格的。

2.2 檢查氫氣冷卻器泄漏的試驗(yàn)情況

檢測發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器閉冷水氫氣含量，判斷其嚴(yán)密性對發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)的影響程度。

針對2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)，在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的情況下，通過檢測氫氣冷卻器閉冷水中氫氣含量的方法，對2臺機(jī)組確定氫氣冷卻器嚴(yán)密程度，推測2號氫氣冷卻器的嚴(yán)密程度可能是2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)的原因。

由于對氫氣冷卻器閉冷水取樣時，存在氣體逸出，此種檢測方法所測數(shù)據(jù)必然偏小，但由于此誤差為系統(tǒng)誤差，作為數(shù)據(jù)對比，是不會影響結(jié)果判斷的。

2014年8月6日，對2臺機(jī)組的4臺氫氣冷卻器的閉冷水共8個水樣（1號機(jī)組為1A、1B、1C、1D，2號機(jī)組為2A、2B、2C、2D）進(jìn)行分析，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 氫氣冷卻器的閉冷水氫氣含量檢測數(shù)據(jù)

1號、2號冷卻器氫氣含量的平均值分別為3.14 mg／L、0.59 mg／L；2號冷卻器數(shù)值比1號低得多，而1號發(fā)電機(jī)氫氣濕度是正常的；可以推斷：2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)不是氫氣冷卻器導(dǎo)致；2號發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)的嚴(yán)密性比1號機(jī)還要好，原因?yàn)榻陙韺鋮s器進(jìn)行多次治理，取得了成效。

根據(jù)幾年來所做的工作和2號氫氣濕度超標(biāo)的特點(diǎn)，已經(jīng)認(rèn)識到此次故障原因不是以水的形態(tài)直接進(jìn)入氫氣系統(tǒng)，進(jìn)行此項工作的意義是對影響2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度排出了氫氣冷卻器泄漏、導(dǎo)致水分以水的形態(tài)直接進(jìn)入氫氣系統(tǒng)，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)上提供依據(jù)；明確下一步工作的方向，為查找發(fā)電機(jī)殼體的不嚴(yán)密處，以阻斷水分隨空氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)。

2.3 供氫品質(zhì)統(tǒng)計

對2012年9月～2014年8月間的供氫品質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計（見表3），可以看出，供氫純度、露點(diǎn)滿足標(biāo)準(zhǔn)，同樣的供氫氫氣品質(zhì)，1號發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)是合格的，說明2號發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)確實(shí)存在問題。

表3 供氫品質(zhì)統(tǒng)計表

2.4 檢查2號發(fā)電機(jī)氫氣干燥器運(yùn)行正常

通過檢測2臺發(fā)電機(jī)的氫氣干燥器排水量，判斷2號發(fā)電機(jī)氫氣干燥器的工作情況，見表4。

表4 發(fā)電機(jī)氫氣干燥器工作情況對比表

在夏季、空氣濕度高的時候，2號干燥器排水量可以每天達(dá)到1 000 mL，說明2號干燥器功能是正常的，此時氫氣露點(diǎn)最高為4.4℃；如果干燥器1天不工作，則2號發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)可以達(dá)到21.5℃。

1號氫氣干燥器排水量非常少，在夏季、空氣濕度高的時候，每天排水量約為200 mL，此時氫氣露點(diǎn)最高為-11.65℃；如果干燥器1天不工作，則1號發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)可以達(dá)到-1.2℃將要超標(biāo)。

而在冬季、空氣濕度低的時候，每天排水量非常少，甚至有時難以觀察到，此時如果干燥器1天不工作，1號發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)會由-22.57℃升高到-21℃，僅升高1.57℃；補(bǔ)入的氫氣濕度低，因?yàn)閲?yán)密性好，漏入的空氣量少，漏入的空氣濕分也低，因此經(jīng)常會出現(xiàn)1號發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)低于-25℃的情況，此時采取停運(yùn)干燥器的方法，以保證1號發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)在安全范圍。

3 環(huán)境空氣濕度影響發(fā)電機(jī)氫氣濕度的分析

3.1 2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)的特點(diǎn)

對2009～2014年間的2號發(fā)電機(jī)每個月的氫氣露點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計（見表5）?？梢钥闯觯磕甑?～10月，2號氫氣露點(diǎn)的合格率都很低（低于33%），特別是7～8月，合格率為零（發(fā)電機(jī)的氫氣露點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)為，低于-5℃，但高于-25℃）［6］?？梢缘贸鼋Y(jié)論：2號發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)主要是在夏季超標(biāo)。

3.2 東港地區(qū)濕度的特點(diǎn)

對東港地區(qū)的空氣溫度、露點(diǎn)按月平均值做出趨勢圖，見圖1。特點(diǎn)是每年的夏季6～10月溫度濕度較高，特別是7、8月，實(shí)時相對濕度可以達(dá)到90%以上；如果按25℃日平均氣溫和80%相對濕度計算，此溫度的飽和水汽含量為23 mg／L，則空氣濕度可達(dá)18.4 mg／L。東港地區(qū)的冬季，如果按5℃的平均氣溫和20%的相對濕度按計算，此溫度的飽和水汽含量是6.8 mg／L，則空氣濕度只有1.36 mg／L。

可以得出結(jié)論：東港地區(qū)的季節(jié)性濕度與2號發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)趨勢相吻合。

圖1 空氣溫度濕度趨勢圖

表5 2號發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)統(tǒng)計表℃

3.3 與1號發(fā)電機(jī)氫氣濕度的比較

對2009～2014年間2臺發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計，做出發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)趨勢圖（見圖2）。

圖2 發(fā)電機(jī)氫氣濕度趨勢圖

可見2臺發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)的趨勢相同，與東港地區(qū)的空氣濕度趨勢相同，只是1號發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)嚴(yán)密性好，環(huán)境空氣濕度對其影響小，其氫氣露點(diǎn)一直合格。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)上看，2號發(fā)電機(jī)氫氣平均露點(diǎn)為-6.23℃，較1號發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)-16.05℃高9.83℃。

1號發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)在1、2月份，經(jīng)常出現(xiàn)露點(diǎn)低于-25℃的情況，采取了定期停運(yùn)氫氣干燥器的措施，以保證其氫氣露點(diǎn)不過于偏低。

3.4 環(huán)境濕度影響發(fā)電機(jī)氫氣濕度的機(jī)理

在影響氣體運(yùn)動方向的因素中，某種氣體的濃度差（ΔC）和壓力差（ΔP）是其中最重要的兩項，為正比關(guān)系，即擴(kuò)散速度V∝ΔC×ΔP。

發(fā)電機(jī)外氫氣濃度可以認(rèn)為是零，氫氣壓力也可以認(rèn)為是零，只要?dú)錃庀到y(tǒng)存在不嚴(yán)密，氫氣就要外泄；同時發(fā)電機(jī)內(nèi)空氣的濃度可以認(rèn)為是零，空氣壓力也可以認(rèn)為是零，空氣就要向發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)動。這就使2號發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫量高、氫氣濕度增加。

發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣露點(diǎn)按指標(biāo)值-5℃（0.4 MPa的體系）折算為常壓計算，則其絕對濕度為0.702 mg／L；在夏季，按氣溫25℃、空氣相對濕度80%計算，則絕對濕度按18.4 mg／L計算，發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)和環(huán)境空氣間的水分濃度差ΔC為17.7 mg／L。

在冬季，按氣溫-5℃、空氣相對濕度20%計算，則絕對濕度為0.97 mg／L，發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)和環(huán)境空氣間的水分濃度差ΔC為0.27 mg／L?？梢娤募景l(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)和環(huán)境空氣間的濃度差較大，有很大的擴(kuò)散強(qiáng)度。

這也印證了2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度主要是在夏季超標(biāo)，東港地區(qū)的季節(jié)性濕度與2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度趨勢相吻合。

4 取得的效果

綜上所述，造成2號發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)的原因就是氫氣系統(tǒng)嚴(yán)密性不好，導(dǎo)致空氣進(jìn)入。夏季環(huán)境自然存在氫氣系統(tǒng)和空氣間的水蒸氣濃度差的問題，因此只有查找發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)的泄漏點(diǎn)，提高氫氣系統(tǒng)的嚴(yán)密性。

為解決發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)不嚴(yán)密、空氣漏入問題采取了諸多措施，如排查發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)殼體、包括連接的管道法蘭的嚴(yán)密性，查找泄漏點(diǎn)，取得了良好的效果。2014年11月，2號氫氣露點(diǎn)下降到為-13℃，與從2009年開始統(tǒng)計的每年11月份的平均露點(diǎn)-5.9℃相比，降低7.1℃，與從2009年開始統(tǒng)計的平均露點(diǎn)-3.3℃相比，降低9.7℃，基本與一直達(dá)標(biāo)的1號發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)-13.3℃持平；同時，2號發(fā)電機(jī)月補(bǔ)氫量由之前的平均1 223 Nm3下降到882 Nm3，下降幅度達(dá)28%，每年11月份的平均月補(bǔ)氫量為1 410 Nm3，同比下降37%。

［1］ 林 軍，李云海，矯 健.發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣受潮的現(xiàn)場干燥處理［J］.東北電力技術(shù)，2009，30（4）：13-14.

［2］ 杜秉謙，洪鼎華.氫冷發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)的綜合治理［J］.華東電力，1998，26（2）：14-15.

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［4］ 吳貴德.TELEDYNE制氫設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)及運(yùn)行方式介紹［J］.電力系統(tǒng)裝備，2002，創(chuàng)刊號：68-69.

［5］ 徐英杰.氫冷汽輪發(fā)電機(jī)氫氣濕度分析和測量［J］.東北電力技術(shù)，1995，16（2）：26-27.

［6］ DL／T651—1998，氫冷發(fā)電機(jī)氫氣濕度的技術(shù)要求［S］.

Analysis on the Cause of Excess Hydrogen Humidity for Generator

WU Gui?de1，LIU Wu2，ZOU Qu1，XU Xiang?long1、HAN Guo?qiang1，WANG Xin1
（1.Huaneng Dandong Power Plant，Dandong，Liaoning 118300，China；2.State Grid Siping Power Supply Company，Siping，Jilin 136000，China）

This paper analyzes the characteristics of excess hydrogen humidity for generator and the trend of air humidity in Donggang area.It explores the mechanism generator hydrogen humidity is affected by the environment humidity.It approves that excess hydrogen humidity for No.2 generator generally occurs in summer，and the change of hydrogen humidity for NO.2 generator is related to the seasonal change of air humidity in Donggang area.It comes to the conclusion that air leakage and poor seal in generator hydrogen sys?tem causes excess hydrogen humidity.

Air；Water content；Humidity；Diffusion；Composition difference；Tightness；Form

TM311

A

1004-7913（2015）03-0024-04

2015-01-20）

吳貴德（1963—），學(xué)士，高級工程師，從事火力發(fā)電廠化學(xué)專業(yè)的技術(shù)管理工作。