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      氫冷發電機氫氣濕度的監控與管理

      《氫冷發電機氫氣濕度的技術要求》(DL/T 651-1998)標準具體規定了氫冷發電機氫氣濕度在運行氫壓下的上下限值及充氫、備氫時補充新鮮氫氣的允許濕度值。作好該標準的宣傳貫徹工作并進行有效的監控與管理,是一項艱巨、細致而又繁瑣的任務。下面就氫氣濕度標準及氫氣濕度超標對發電機的危害做一詳述,并提出相應的防治對策,以做好氫氣濕度的監控與管理。

      1濕度的表示方法

      濕度是指氣體中的水汽含量,常用表示方法有絕對濕度、相對濕度、露點溫度,相互換算。

      1、絕對濕度 濕氣中水汽質量與濕氣的總體積之比,g/m3 

      2、相對濕度 壓力為P、溫度為T的濕氣中,水汽摩爾分數與同一溫度T和壓力P下純水表面的飽和水汽的摩爾分數之比,%

        3、露點溫度 壓力為P、溫度為T、混合比為r的濕氣中,在給定的壓力下,濕氣被水飽和時的溫度,℃

      2氫氣濕度標準

      1、發電機內運行氫壓下的允許濕度低限為露點溫度Td=-25 ℃,根據發電機內的最低溫度規定了允許濕度高限,即當發電機溫度最低為5 ℃時,濕度高限為露點溫度Td=-5 ℃;當發電機溫度最低≥10 ℃時,濕度高限為Td=0 ℃。

         2、發電機充補氫所用的新鮮氫氣在常壓下允許濕度為:

      新建電廠Td≤50 ℃,已建電廠Td≤25 ℃。

      3氫氣濕度超標對發電機的危害

      1、氫氣濕度過高對轉子護環的影響 
      氫氣濕度過高,使發電機轉子護環產生應力腐蝕紋損并使裂紋快速發展。

      應力腐蝕的3個必要條件為:材質,較大的應力,有腐蝕介質。國內護環大多采用18Mn5Cr、18Mn4Cr奧氏體鋼,機械性能優良,但應力腐蝕開裂與氫氣介質濕度有很大關系,在有腐蝕介質,如氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、亞氯酸鹽和氫氧根的情況下,抗應力腐蝕能力下降。在相對濕度大于50%時,裂紋擴展速率呈指數增加。 
         2、氫氣濕度過高對絕緣性能的影響 
      發電機內氫氣濕度過高,降低定子的絕緣電氣強度,易使定子絕緣薄弱處發生相間短路。如由于制造方面的原因,200 MW發電機定子端部絕緣存在水接頭和引線兩處薄弱環節,均處于高電位,如氫氣中含水或水汽嚴重時,會使絕緣薄弱處對其它線棒擊穿放電。氫氣相對濕度超出一定限值(80%),定子絕緣缺陷就會加速發展。氫氣濕度高,如相對濕度超出75%,會使轉子絕緣強度下降,甚至導致無法開機。 
         3、氫氣濕度過低對發電機某些部件的影響 
      氫氣濕度過低,可導致對發電機某些部件產生不利影響,如可導致定子端部墊塊收縮和支撐環裂紋。相對濕度小于0.5%,可認為是干氣。

      4氫氣濕度超標的原因及防治對策

      1、新鮮氫氣濕度高 
      DQ-41.0 MPa)型制氫設備僅用水冷除濕,氫氣濕度最低只能達到露點-10 ℃,絕對濕度僅為2.04 g/m3,大多電廠絕對濕度在815 g/m3,相當于露點718 ℃,遠不能滿足新鮮氫氣標準要求;

      若水冷卻器后加裝冷凝式干燥器,運行正常時,氫氣濕度露點最低可達到-18 ℃,絕對濕度為1.04 g/m3 ,大多在1~2 g/m3,亦不能滿足標準要求;

      若安裝分子篩干燥器,可使氫氣濕度露點達到-50 ℃以下,可滿足標準要求。當制氫設備為中壓制氫設備(3.2 MPa)時,采用水冷除濕,可使露點降至-20~-25 ℃。對于老廠指標,可接近標準值。如為新廠,則不能滿足。

      由此可見,制氫設備加裝分子篩干燥器,可以大大降低新鮮氫氣濕度值。 

      2、水系統泄漏

      氫冷發電機水系統泄漏,主要包括氫冷卻器及內冷水系統的泄漏,雖然氫壓大于水壓,但水汽仍有可能擴散到氫氣系統中,應引起高度重視,加強檢查,及時發現隱患,提高檢修質量,使缺陷消除在萌芽狀態。  
         3、帶水密封油漏入發電機 
      造成發電機氫氣濕度大的主要原因為密封油帶水,密封瓦串油,油中水份擴散到機內。

          防治措施:保證氫側、空側油壓相等或壓差降到最小程度,空側與氫側油流相互獨立,使空側油流與氫側油流不發生交換。否則,當氫側油壓大于空側油壓時,會造成氫側密封油箱液位下降,從主油箱補入含飽和空氣和水分的潤滑油,導致密封油中空氣和水分增大,影響氫氣純度和濕度。當空側油壓大于氫側油壓時,空側密封油進入氫側,從而導致機內氫氣純度和濕度下降。為此,應采用密封油凈化裝置,調整好兩側油壓,盡量使其平衡。同時應注意減小軸封漏汽,有效控制水對油質的污染。

      5氫氣濕度的監控與管理

      1、濕度單位的選用,利于監控目標的實現 
            相對濕度≤30%,轉子應力腐蝕速率幾乎不變;

            相對濕度在30%~50%,轉子應力腐蝕速率略有增長;

            相對濕度≥50%,轉子應力腐蝕速率以指數級急驟增加;

            相對濕度≥80%,定子絕緣缺陷加速發展;

            相對濕度≥75%,轉子絕緣缺陷加速發展。

      由此可見,只要保證氫氣相對濕度≤50%,就能有效抑制護環急劇加速的應力腐蝕,更能確保定子和轉子的絕緣強度水平不致降低。

       

      在眾多表示方法中,露點作為濕度的單位較為直觀,原則上與國際接軌,但同時列出相對濕度值更有現實意義。用機內相對濕度作為監控指標,可以直接有效地反應設備的健康水平,使監控目標明確。如果只用露點表示,那么在發電機正常運行狀態下,即使露點溫度有一定幅度超標,也可不必驚慌失措,其對發電機的危害很小。

      如某廠200 MW機組正常運行氫壓為0.28~0.30 MPa,入口風溫35~43 ℃,但最低不得低于30 ℃,最高不得高于55 ℃。測得機內露點為10 ℃,嚴重超標,但機內相對濕度為最大,只有22%,對機組相當安全。按機內最低溫度30 ℃計算,機內露點為10 ℃時,相對濕度最大也只有29%,也相當安全。在異常情況下,機內最低溫度為20 ℃時,機內露點為10 ℃,相對濕度最大為53%,僅比監控指標——相對濕度50%略大,也基本安全。在發電機充氫備用和啟動時,由于冷氫溫度較低,入口風溫有可能達到10℃,露點標準限值和相對濕度限值50%基本對應,不會出現大相徑庭的現象,用露點溫度作為監控目標尚可。 


        2、正常運行中的氫氣濕度監控 
      發電機正常運行中,控制好運行風溫和內冷卻水溫,運行風溫應保持在35~45 ℃;補氫時不要大量補入低溫氫氣,通過控制水冷卻器水量,將溫度控制在40~50 ℃;由于氫冷卻器冷卻水和機內氫氣存有較大溫差,氫氣濕度大時,首先在此處結露,根據濕度情況,定期或不定期排污,將水分放掉,達到降濕目的。配有氫干燥器,要保證設備正常運轉,做好維護工作。經常監視內冷水箱上的漏氫情況,如發現漏氫,應盡早消除。只要控制好氫溫,將相對濕度控制在≤50%甚至≤30%并不困難。 


        3、充氫備用或機組啟動時的氫濕監控 
      機組充氫備用時,為了保護絕緣,一般要求溫度不低于5 ℃,氫壓大于0.1 MPa,在此期間,極易結露,要嚴格執行氫氣濕度標準,甚至更嚴。如冷氫溫度為5 ℃時,要想使相對濕度保持在50%以下,則露點溫度必須在-4 ℃以下。不論停用多長時間,應保持氫干燥器的正常運行,充分發揮其除濕作用。機組啟動時,可將氫冷卻器冷卻水不投入,并網后投入。停機時,保持內冷水正常運行,內冷水的冷卻水可不投入運行,使內冷水保持較高溫度,可有效防止定子絕緣受潮,防止轉子護環產生應力腐蝕。 
        4、制氫站的氫氣濕度監控 
      制氫設備運行時,要加強分子篩干燥器的排污工作,加強再生效果的監視。盡量保持較高的儲罐壓力,同時切實有效地進行排污工作,保證送氫濕度符合標準,即露點小于-25 ℃,并越低越好。

       

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