秦山第二核電廠氫氣干燥器的運(yùn)行及故障處理

王瑞軍

【摘 要】氫氣濕度超標(biāo)對(duì)氫冷發(fā)電機(jī)組內(nèi)部部件會(huì)產(chǎn)生不良影響，甚至威脅到發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。調(diào)節(jié)氫氣濕度的主要設(shè)備——?dú)錃飧稍锲鞯倪\(yùn)行狀態(tài)好壞，直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的好壞。了解氫氣干燥器的運(yùn)行原理，及時(shí)處理氫氣干燥器運(yùn)行中出現(xiàn)的故障，是每一位電廠運(yùn)行人員的必修功課。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)冷卻方式；氫氣濕度；氫氣干燥器；故障處理

0 前言

從20世紀(jì)30年代末，容量大于50MW的汽輪發(fā)電機(jī)由空氣冷卻逐步過(guò)渡到了氫氣冷卻。氫氣的比重小，純氫的密度僅為空氣的1/14，導(dǎo)熱系數(shù)為空氣的7倍，在同一溫度和流速下，放熱系數(shù)為空氣的1.4～1.5倍。由于密度小，因此，在相同氣壓下，氫氣冷卻的通風(fēng)損耗、風(fēng)摩耗均為空氣的1/10，而且通風(fēng)噪聲亦可減小。氫冷電機(jī)的效率提高了，而且溫升明顯下降。由于電機(jī)內(nèi)氫氣必須維持規(guī)定純度，為此必須額外設(shè)置一套供氫裝置，給設(shè)計(jì)和安裝帶來(lái)了困難。另外，密封防爆問(wèn)題始終是氫氣冷卻發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的一個(gè)隱患。中和風(fēng)險(xiǎn)與收益，對(duì)于大容量汽輪發(fā)電機(jī)組，氫冷仍然是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣濕度增大，純度就會(huì)降低，則發(fā)電機(jī)通風(fēng)損耗會(huì)急劇上升，從而降低效率，嚴(yán)重影響定子和轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地絕緣強(qiáng)度，進(jìn)而加速轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)的應(yīng)力腐蝕速度，影響發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全。所以，對(duì)氫氣濕度的控制就顯得尤為重要。

1 秦山第二核電廠發(fā)電機(jī)的冷卻方式

1.1 發(fā)電機(jī)的冷卻方式

汽輪發(fā)電機(jī)所采用的冷卻方式較為豐富，包括空冷、氫冷、水冷、油冷及蒸發(fā)冷，其各有優(yōu)缺點(diǎn)。選擇一種適合的冷卻方式是發(fā)電機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的保障。

1.2 秦山第二核電廠1/2號(hào)組發(fā)電機(jī)的冷卻方式

秦山第二核電廠1/2號(hào)機(jī)組的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組是由哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司制造，型號(hào)為：QFSN-650-2。其中：Q表示汽輪機(jī)；F表示發(fā)電機(jī)；S和N表示冷卻方式為：水-氫-氫；發(fā)電機(jī)組的額定容量為722.2MVA，額定功率為650MW，額定功率因數(shù)為0.9。

本發(fā)電機(jī)采用“水-氫-氫”冷卻方式，即：定子繞組水內(nèi)冷，定子鐵心及端部結(jié)構(gòu)件氫氣表面冷卻，轉(zhuǎn)子繞組氣隙取氫氣內(nèi)冷的冷卻方式。

2 氫氣濕度對(duì)發(fā)電機(jī)的影響

2.1 發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣濕度超標(biāo)的原因

2.1.1 密封及潤(rùn)滑油系統(tǒng)對(duì)氫氣濕度的影響

因氫冷發(fā)電機(jī)在正壓下運(yùn)行，為避免氫氣泄漏，配有相應(yīng)的密封油系統(tǒng)。密封油經(jīng)過(guò)密封油泵送入密封瓦，通過(guò)密封油壓差閥來(lái)調(diào)整氫油壓力，達(dá)到密封發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的作用。氫氣直接同密封油接觸，如果密封油內(nèi)水分含量超標(biāo)，將會(huì)引起發(fā)電機(jī)氫氣的濕度超標(biāo)。在秦山第二核電廠，潤(rùn)滑油系統(tǒng)為密封油系統(tǒng)提供補(bǔ)油并作為其緊急備用，由于潤(rùn)滑油系統(tǒng)在潤(rùn)滑汽輪機(jī)各軸瓦時(shí)受到軸封系統(tǒng)的影響，使?jié)櫥偷乃趾吭黾?，從而密封油的水分含量也?huì)增加，進(jìn)而影響到氫氣的濕度。

2.1.2 發(fā)電機(jī)密封情況對(duì)氫氣濕度的影響

發(fā)電機(jī)防止氫氣泄漏的方式是用密封油進(jìn)入密封瓦來(lái)達(dá)到密封，若密封瓦間隙過(guò)大，為避免發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣向外泄漏，有時(shí)將壓差閥調(diào)整的比正常更負(fù)一些，而不考慮密封油可能向發(fā)電機(jī)內(nèi)泄漏。一旦密封油流入發(fā)電機(jī)，同樣會(huì)在很大程度上影響到氫氣的濕度。

2.1.3 設(shè)備泄露對(duì)氫氣濕度的影響

由于發(fā)電機(jī)內(nèi)部線棒、水接頭、水盒等部位滲水，造成氫氣濕度增大。

發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器泄露引起氫氣濕度增大 。由于冷卻器銅管破裂或制造存在砂眼，銅管與管板的脹口質(zhì)量不良，冷卻器密封墊不嚴(yán)，將發(fā)生冷卻水直接與氫氣接觸，造成氫氣濕度增大。

2.1.4 氫氣補(bǔ)給對(duì)其濕度的影響

秦山第二核電廠使用采購(gòu)的氫氣，其生產(chǎn)廠家采用的是電解水產(chǎn)生的氫氣，這樣供給發(fā)電機(jī)的氫源就不可避免地含有一定的水分。因此，補(bǔ)氫或充氫會(huì)有一些水分進(jìn)入發(fā)電機(jī)。

2.2 氫氣濕度過(guò)高或過(guò)低對(duì)發(fā)電機(jī)的危害

氫氣是一種無(wú)色、無(wú)味、極輕且易燃、易爆的氣體。使用氫氣作為發(fā)電機(jī)冷卻介質(zhì)一定要嚴(yán)格控制好氫氣的濕度和純度，否則會(huì)給發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)巨大的安全隱患。

氫氣濕度過(guò)高，會(huì)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕紋損可使裂紋快速發(fā)展，并且會(huì)降低定子的電氣絕緣強(qiáng)度，易使定子絕緣薄弱處發(fā)生表面爬電、閃絡(luò)、相間短路等，還會(huì)使發(fā)電機(jī)通風(fēng)損耗增大影響經(jīng)濟(jì)性。

若機(jī)內(nèi)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，不僅降低了氣體的絕緣強(qiáng)度，也使定子繞組端部的絕緣水平進(jìn)一步降低，成為短路事故發(fā)生的誘發(fā)因素。

氫氣濕度過(guò)低，可導(dǎo)致定子端部墊塊收縮和支撐環(huán)產(chǎn)生裂紋等。

3 秦山第二核電廠氫氣干燥器的運(yùn)行說(shuō)明

3.1 氫氣干燥裝置

目前，人們已開(kāi)發(fā)研究出基于吸附干燥和冷凝干燥兩種原理，形式多樣的氫氣干燥器。吸附式干燥器干燥程度深，設(shè)備簡(jiǎn)單，省電節(jié)能，適應(yīng)范圍廣，但氫氣處理量小，需再生，存在吸附劑油霧污染而中毒失效的固有缺點(diǎn)；冷凝式干燥器能持續(xù)去濕，無(wú)需再生，操作簡(jiǎn)單并能對(duì)被干燥的氫氣降溫，加強(qiáng)了氫氣對(duì)電機(jī)的冷卻作用，但冷凝式氫氣干燥器的制冷深度和干燥程度很難滿足現(xiàn)行電力標(biāo)準(zhǔn)DL/T 651-1998的要求?，F(xiàn)場(chǎng)使用條件下兩者各有自已的發(fā)展領(lǐng)域和市場(chǎng)潛力。

3.2 秦山第二核電廠的氫氣干燥器

秦山第二核電廠現(xiàn)在使用的是牡丹江市聯(lián)合電力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的XFG-1F-1型氫氣干燥器，每個(gè)機(jī)組配置兩臺(tái)。XFG-1F型氫氣干燥器是清除氫冷發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)氫氣中水蒸汽的專用設(shè)備，其流程簡(jiǎn)圖如圖1。

吸附式氫氣干燥器對(duì)氫氣進(jìn)行干燥處理的原理是利用活性氧化鋁對(duì)水分子具有較強(qiáng)吸附力的特性。活性氧化鋁是一種固態(tài)干燥劑，清除氫冷系統(tǒng)氫氣中的水蒸氣是將氫氣通過(guò)一定量的活性氧化鋁的吸收塔來(lái)實(shí)現(xiàn)的。高疏松度的活性氧化鋁具有非常大的表面積和強(qiáng)吸濕能力；另外，對(duì)絕大數(shù)氣體和水蒸氣來(lái)說(shuō)，使用活性氧化鋁作為干燥劑主要是利用它的化學(xué)惰性和無(wú)毒特性。當(dāng)活性氧化鋁吸收水分達(dá)到飽和后，再生-通過(guò)加熱來(lái)清除干燥劑自身束縛的水分，從而恢復(fù)它的吸濕能力，并且活性氧化鋁的性能和效率并不受重復(fù)再生的影響。在設(shè)備的干燥塔中，埋入式的高密電加熱器加熱干燥劑使束縛的水分汽化；與此同時(shí)一股封裝的氫氣流過(guò)吸附層帶走釋放出的水蒸氣，干燥劑恢復(fù)最初的特性，然后將氫氣（含有水蒸氣）冷卻，冷凝水通過(guò)汽水分離器排出，一般情況下活性氧化鋁的吸濕性能可通過(guò)加熱方式來(lái)完成它的再生，并可重復(fù)進(jìn)行。

圖1 干燥器流程簡(jiǎn)圖

設(shè)備設(shè)計(jì)有兩個(gè)干燥塔，當(dāng)一個(gè)干燥塔處于吸濕狀態(tài)時(shí)，另外一個(gè)處于再生狀態(tài)。所以吸附式干燥器能連續(xù)對(duì)氫氣干燥。在設(shè)定工作周期，可編程序控制器自動(dòng)的通過(guò)氣閥控制四通閥門，并把干燥劑飽和的干燥塔自動(dòng)轉(zhuǎn)換到再生循環(huán)狀態(tài)；同時(shí)干燥劑再生完成的干燥塔切換到在線吸濕狀態(tài)，完全實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)切換。

3.3 秦山第二核電廠氫氣的運(yùn)行規(guī)定及相關(guān)限值

秦山第二核電廠主發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行及事故處理導(dǎo)則中規(guī)定：“新鮮的氫氣純度不得低于99.5%，氧氣雜質(zhì)不得高于0.5%，露點(diǎn)溫度必須低于-25℃。發(fā)電機(jī)氫氣濕度在額定氫壓（0.4±0.02MPa.g）下應(yīng)該控制在2g/m3以下，超過(guò)此值應(yīng)該投入氫氣干燥器，若干燥器已投運(yùn)則檢查干燥器是否運(yùn)行正常，若干燥器失效則應(yīng)通過(guò)GRV系統(tǒng)的小直徑管線進(jìn)行充排氫操作來(lái)降低氫氣濕度。為了防止氫氣過(guò)于干燥導(dǎo)致發(fā)電機(jī)絕緣材料開(kāi)裂，應(yīng)該控制氫氣的露點(diǎn)溫度在-25℃以上，最低不能低于-35℃，必要時(shí)可以通過(guò)停運(yùn)干燥器來(lái)達(dá)到上述控制值?！蔽覀儼凑占夹g(shù)導(dǎo)則的要求把發(fā)電機(jī)的氫氣濕度嚴(yán)格控制在0.8～1.6g/m3。

4 氫氣干燥器的故障現(xiàn)象分析及處理

秦山第二核電廠1/2機(jī)組的氫氣干燥器運(yùn)行過(guò)程經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，其中最讓運(yùn)行人員頭疼是除濕效果不理想。我們通常的做法是停運(yùn)故障設(shè)備，切換到另一臺(tái)運(yùn)行，然后尋求常規(guī)島專工和維修人員來(lái)處理故障設(shè)備。如果兩臺(tái)氫氣干燥器都有問(wèn)題，那么在外援未到位的時(shí)間段內(nèi)將有可能置發(fā)電機(jī)運(yùn)行在不利的狀態(tài)。

4.1 氫氣干燥器出現(xiàn)液位故障報(bào)警

氫氣干燥器出現(xiàn)液位故障報(bào)警，這個(gè)現(xiàn)象誤報(bào)的可能性不大，基本為活性碳進(jìn)油，需打開(kāi)活性碳塔底排油閥（注意開(kāi)度，防止氫氣泄漏）進(jìn)行排油，以免使油進(jìn)入氧化鋁塔而導(dǎo)致氧化鋁中毒。

4.2 氫氣干燥器出現(xiàn)開(kāi)關(guān)值報(bào)警

氫氣干燥器出現(xiàn)開(kāi)關(guān)值報(bào)警，這種現(xiàn)象為氫氣干燥器四通切換閥切換不到位所致，最大可能為四通閥控制用壓空失去所致，應(yīng)首先確認(rèn)壓空是否正常，其次檢查閥門是否有卡澀現(xiàn)象。

4.3 氫氣干燥器除濕效果不理想

氫氣干燥器流程簡(jiǎn)圖（圖1）中：

V1—再生控制閥

V2—排水隔離閥

V3—排水連通閥

4.3.1 檢查氫氣干燥器的運(yùn)行溫度

檢查氫氣干燥器三個(gè)重要運(yùn)行溫度是否正常：再生塔出口氣體溫度82℃±11℃；冷卻器出口氣體溫度38℃左右；干燥器塔內(nèi)溫度163℃±28℃。

如果這三個(gè)溫度不在以上所述范圍內(nèi)，則通過(guò)調(diào)節(jié)再生閥（V1）開(kāi)度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使溫度在規(guī)定范圍。

如果控制閥V1 設(shè)定的適當(dāng)，在大約進(jìn)入加熱步驟2個(gè)小時(shí)后應(yīng)該能達(dá)到攝氏82℃±11℃的干燥塔出口氣體溫度。但是：

（1）如果再生氣流太低

A.干燥塔出口氣體溫度相應(yīng)變低；

B.冷卻器出口氣體溫度正常；

C.干燥塔塔內(nèi)溫度變高。

控制閥V1 應(yīng)該以1/8轉(zhuǎn)向的增幅來(lái)打開(kāi)閥門，以增加再生氣流，再調(diào)整之前，應(yīng)該有15～20分鐘的時(shí)間穩(wěn)定溫度。

（2）如果再生氣流太高

A.干燥塔出口氣體溫度可能太高，變太低或正常，這要根據(jù)再生氣流變的有多高；

B.冷卻器出口氣體溫度將變太高；

C.干燥塔內(nèi)溫度變太低。

控制閥V1 應(yīng)該以1/8轉(zhuǎn)向的減幅來(lái)關(guān)閉閥門，以減少再生氣流，再調(diào)整之前應(yīng)該有15～20分鐘的時(shí)間穩(wěn)定溫度。

為了最大效率地使用干燥器，應(yīng)盡可能使再生塔出口溫度、冷卻器出口氣體溫度、干燥器塔內(nèi)溫度三項(xiàng)取得平衡。

4.3.2 觀察氫氣干燥器的疏水器

觀察氫氣干燥器疏水器是否有水滴出，防止疏水器被氧化鋁粉末堵塞。

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)頭兩周應(yīng)每周清理疏水閥一次，以后每3個(gè)月清理一次。清理工作由維修人員完成，但運(yùn)行人員需注意：當(dāng)清理疏水閥時(shí)排水隔離閥V2和排水連通閥V3必須于關(guān)閉狀態(tài)，否則將有氫氣泄漏發(fā)生危險(xiǎn)，清理完后應(yīng)立即將V2、V3閥打開(kāi)（排水隔離閥V2和排水連通閥V3關(guān)閉時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)損壞干燥器）。

4.3.3 核對(duì)氫氣干燥器的設(shè)定參數(shù)

通過(guò)人機(jī)界面確認(rèn)氫氣干燥器設(shè)定的再生及工作時(shí)間正常。

氫氣干燥器是一個(gè)完全自動(dòng)的，具有雙塔而且可以連續(xù)操作的系統(tǒng)，吸濕氣流是利用在內(nèi)部吹向吸收容器的風(fēng)機(jī)來(lái)幫助解決的，其工作循環(huán)時(shí)間是8個(gè)小時(shí)的吸濕和8個(gè)小時(shí)的再生，再生過(guò)程又包括4個(gè)小時(shí)的加熱和4個(gè)小時(shí)的冷卻。

另外，可以根據(jù)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)調(diào)整加熱器的工作循環(huán)時(shí)間（吸濕/再生時(shí)間、加熱時(shí)間和冷卻時(shí)間都可以調(diào)正，只要匹配就可以），以達(dá)到最佳的除濕效果。

一旦再生塔達(dá)到溫度（大約需加熱2小時(shí)），閥門V1應(yīng)該做適當(dāng)調(diào)整，直到達(dá)到最佳溫度為止，該塔出口溫度應(yīng)該顯示82℃±11℃，該塔內(nèi)溫度應(yīng)該在163℃±28℃，當(dāng)完成了所有的調(diào)整后，設(shè)備需要15～20分鐘來(lái)達(dá)到一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

4.3.4 判斷氫氣干燥器干燥劑的運(yùn)行狀況

如果氫氣干燥器運(yùn)行溫度正常，疏水器未堵塞但沒(méi)有疏水流出，則考慮可能為氫氣干燥器的干燥劑氧化鋁失效。

干燥器的每個(gè)塔裝有23公斤的活性氧化鋁干燥劑，在正常操作條件下，干燥劑應(yīng)能維持3～5年，如果氫氣有油質(zhì)顯現(xiàn)或很臟。干燥劑的使壽命可能短些，當(dāng)干燥劑的性能已下降到不可接受的水平時(shí)必須更換。

4.4 氫氣干燥器四通閥有內(nèi)漏

氫氣干燥器再生閥氣流正常的情況下，如果再生塔溫度上升緩慢，除濕效果差，則有可能四通閥出現(xiàn)內(nèi)漏，應(yīng)聯(lián)系維修人員處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，其內(nèi)部氫氣中水分難以避免的累積。因此，發(fā)電機(jī)的氫氣干燥器能否及時(shí)正常投入運(yùn)行，有效控制發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的濕度在合格值之內(nèi)，對(duì)發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行具有重要的意義。

因此，作為運(yùn)行值班人員要認(rèn)真學(xué)習(xí)氫氣干燥器相關(guān)知識(shí)，及時(shí)處理氫氣干燥器運(yùn)行中出現(xiàn)的故障。

【參考文獻(xiàn)】

[1]秦山第二核電廠培訓(xùn)系列教材.經(jīng)驗(yàn)反饋資料[S].

[2]秦山第二核電廠主發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行及故障處理導(dǎo)則，2006[Z].

[3]秦山第二核電廠培訓(xùn)系列教材.核電廠中、高級(jí)運(yùn)行，2009[Z].

[4]牡丹江市聯(lián)合電力設(shè)備有限公司XFG-1F-1型氫氣干燥器說(shuō)明書(shū)[S].

[5]氫冷發(fā)電機(jī)氫氣濕度的技術(shù)要求.電力標(biāo)準(zhǔn)DL/T 651-1998[S].

[責(zé)任編輯：湯靜]