1 000 MW超超临界火电机组发电机氢气控制装置改造分析

李捍华，郑卫东，梁海腾，邵帅

（华能玉环电厂，浙江玉环317604）

1 000 MW超超临界火电机组发电机氢气控制装置改造分析

李捍华，郑卫东，梁海腾，邵帅

（华能玉环电厂，浙江玉环317604）

氢气控制装置是氢冷发电机氢系统中最重要的设备，它担负着发电机的安全充氢和排氢、自动补氢以维持发电机内设定的氢气压力，并监测发电机内氢气的压力、纯度、补氢量等重要参数。华能玉环发电厂1 000 MW发电机的氢气控制装置是国内第一台全集装的氢气控制装置，具有安装、调试、运行维护方便及操作人性化等一系列优点。随着运行经验的积累，发现最初的设计存在防盐雾腐蚀能力差、安全等级低等不足之处。对原氢气控制装置提出了一种防腐蚀力强、安全等级高的升级改造方案，该方案能有效改进原氢气控制装置的不足之处，可为沿海火电机组氢气控制装置的改造提供借鉴。

氢冷发电机；氢气控制；集装设计；氢气安全

0 引言

华能玉环发电厂1 000 MW超超临界发电机组是国内率先投入商业运行的百万级发电机组。发电机引进德国西门子技术，其中发电机的氢油水系统装置完全国产化。发电机QCP-1型氢气控制装置由河南日立信公司研发，是一个集装装置，由2个部分组成：一是充、排氢部分，由管道、阀门、仪表等组成；二是氢气纯度监测部分。氢气控制装置运行7年来，虽然一直安全运行，但也发现一些不足：一是发电厂处于海边，海风中带有大量盐分，对装置中的金属部件造成腐蚀；二是装置的氢气安全等级不高。由于以上2点及装置中部件的老化、精度下降等原因，对机组安全可靠运行已带来隐患，亟待进行具有抗腐蚀、安全等级高的升级改造。

1 改造必要性分析

1.1 设备老化、腐蚀分析

QCP-I型发电机氢气控制装置自2006年投运以来使用正常，由于长期连续运行及海边盐碱环境的影响，目前存在以下安全隐患：

（1）设备的金属部件（包括设备框架、管道、阀门、仪器壳体等）均出现不同程度的腐蚀现象，存在漏氢安全隐患。

（2）设备内的气体置换阀门、自动补氢调压器、氢气纯度仪采样系统和法兰等部件未进行过全面的检修，密封性能下降，存在漏氢安全隐患。

（3）设备内的氢气纯度仪经过长期使用，精度下降，影响二氧化碳和氢气纯度仪的监测精度，已经有2套设备发生故障而更换。

（4）设备内的氢气压力变送器、气体质量流量计、压力分析仪表等经长期使用，有不同程度的老化情况，影响数据监测的精度和稳定性。

1.2 氢气使用规范分析

氢气是易燃、易爆气体，一旦发生泄漏，将可能发生爆炸，导致人员的死伤和设备的严重损坏。氢气与空气混合，氢气浓度为4．1%～74．2%时具有强烈的爆炸特性，爆炸分为爆燃和爆轰，当浓度达到18．3%～59%就会发生爆轰。

按照GB 4962－2008《氢气使用安全技术规程》要求：“氢气设备应严防泄漏，所用的仪表及阀门等零部件密封应确保良好，定期检查，对设备发生氢气泄漏的部位应及时处理。”另外，将氢气控制装置及其0．5 m范围内定义为防爆区域Ⅱ，在这个区域内，所有设备都要满足防爆区域Ⅱ的防爆要求。但原设计中有些设备没有按防爆要求设计或选型。

根据安全技术规程要求，氢冷发电机必须具备远程排氢的能力。这是为了在发电厂万一发生火灾或发电机发生重大事故需快速排氢时，远程控制排氢。但原设计中无此功能。

1.3 氢气纯度控制异常分析

根据上海发电机制造厂规范，发电机氢气纯度应该维持98%以上，如果由于氢气检测装置异常造成氢气纯度过高，则将导致极大浪费；而氢气纯度过低，一方面将导致冷却效率降低，造成发电机内构件局部过热，进而导致绝缘老化、铁心及其金属部件腐蚀；另一方面根据西屋公司的计算，氢气纯度降低，将会造成巨大的经济损失。

1.4 氢气露点控制异常分析

氢气露点超标，使氢气中水分含量提高、介电强度越低，导致定子绕组受潮降低绝缘电阻，从而降低了绝缘表面放电电压，引起定子线圈电晕、闪络和绝缘击穿事故。同时氢气中湿度大、水分高，使得气体密度增大，增加了发电机通风损耗，严重降低发电机的运行效率。

《防止电力生产事故二十五项重点要求实施细则》中11．2．2．1条明确要求，在发电机内压力下，氢气露点温度要在－25～0℃之间。11．2．2．2条要求使用性能优越的吸附式氢气去湿装置。

因此，需要对发电机氢气控制装置进行技术升级改造，消除安全隐患，确保发电机氢气系统安全、稳定、有效地运行。

2 改造方案

由于发电厂原布置中氢气控制装置位于0 m层，而氢气干燥器位于8．6 m层，为2个独立的装置，位于不同的楼层，操作不方便。改造时考虑将这2个装置组装成一个大系统，方便今后操作、运行。

升级改造为新型的防爆型氢气控制装置，该装置为确保发电机组的安全，从对氢气发生、传输到补给、置换、运行、排空全过程进行监测和控制，但目前市场上尚缺乏此类综合监控系统。新开发的氢气控制装置为具有氢气干燥、气体置换、计量补氢、失电自动排空、氢气多参数实时监测、数据远传功能的氢气质量控制装置，该装置的仪表和电器部分均采用符合氢气环境的防爆部件，可为发电机组高效、安全运行提供有力保障。

向改造厂家提供的安装尺寸、地基尺寸、法兰接口尺寸等资料，要求依据原有设备实际尺寸，进行设计制造，以确保改造设备外部接口尺寸与原设备一致。在生产厂家完成整套设备装配、气密性试验并合格后，将设备整体托运至发电厂。整体设备到发电厂后仅需进行地基、法兰接口安装和电气接线、设备调试等工作，以确保氢气控制装置改造的可靠性和检修周期可控。

3 设备改造

为解决氢气控制装置存在的防盐雾腐蚀能力差、安全等级低等问题，对以下设备进行了改造：

（1）整体外框升级，采用全新碳钢外框，表面处理、喷塑以及防腐工艺加工，增加防腐措施。

（2）氢气管道升级为316L不锈钢。阀门、过滤器等升级为全不锈钢或采取防腐措施，见图1。

图1 阀门管道

（3）氢气质量流量计升级为美国KURZ新一代防爆型氢气质量流量计，见图2，以更可靠地监测发电机的漏氢，提高发电机运行可靠性和安全性。

图2 氢气质量流量计

（4）增加coax防爆排氢电磁阀组，见图3。当发电厂发生紧急事故时，如发生火灾时，操作人员无法进入到现场操作阀门排氢时，可通过设定在主控室的按钮人为或程序自动诊断紧急打开电磁阀，并连锁关闭供氢电磁阀，切断供氢系统管路，以避免在强排氢的同时，又在不断地向发电机供氢。

图3 coax防爆排氢电磁阀

防爆排氢电磁阀组由4个相同电磁阀组成，2个电磁阀串联成1组，再与另1组并联，如图4所示。阀组中任何1个电磁阀出故障，不影响阀组功能，使排氢功能高可靠性。电磁阀之间的压力仪可在线检查电磁阀的功能是否正常。

（5）氢气压力变送器升级为全新的SIEMENS 7MF4033防爆型压力变送器（见图5），以提高可靠性。

图4 电磁阀组

图5 氢气压力变送器

（6）在原装置的基础上增加氢气露点仪，如图6所示，以监测发电机内和氢气干燥器出口的氢气湿度。氢气湿度仪选用芬兰维萨拉HM364产品，带有自动校准功能，保证数据准确。

图6 氢气露点仪

（7）氢气纯度分析仪升级为防爆型氢气纯度分析仪7866，见图7。2台纯度仪同时运行，相互对比，确保测量准确，提高发电机运行安全性。

图7 防爆型氢气纯度分析仪

（8）氢气纯度仪机柜上安装有图示式阀门操作图，见图8，显示在充、排氢时的阀门状态，方便操作并可有效防止阀门误操作。

图8 氢气纯度仪机柜

（9）采用表面经防腐处理的纯度传感单元壳体，见图9。

图9 纯度传感器

（10）在原装置的基础上增加氢气干燥器。

吸附式氢气去湿装置采用双塔交替吸附、再生，可连续不断地对氢气进行干燥去湿。干燥剂的再生采用压力下加热后再冷凝脱水，不消耗再生气体，既节约再生气体又安全简便。

该去湿装置具有吸附容量大、性能稳定、环保、节能等优点。去湿装置内置循环风机，当被处理系统中气体无流量或气体流量小的情况，可增大气体流量，尤其在发电机停机情况下，气体干燥效果不受影响。

该去湿装置还设计安装了油过滤器，可在气体干燥前先将气体内的油蒸汽去除，既保证了去湿效果又可延长吸附剂的使用寿命。吸附剂采用进口活性氧化铝吸附容量大、化学性质稳定，使用寿命可大于4 a（一个大修周期），经干燥出口氢气露点值可达-40℃。

4 结语

随着机组运行年限增加，设备老化腐蚀逐渐严重，尤其在海边发电厂设备腐蚀程度更加严峻，在这种环境下氢气系统加强设备可靠性和设备抗腐蚀能力就显得格外重要。本次发电机氢气控制装置升级改造方案充分考虑了海边发电厂的环境，并根据发电机最新的安全要求，配置了防爆纯度显示仪和防爆压力显示仪，另外在系统中增加了紧急排氢阀，其余部分按防爆区域Ⅱ设计。本次改造方案对沿海超超临界火电机组氢气控制系统的防腐改造具有较好的借鉴意义。

[1]GB 4962-2008氢气使用安全技术规程[S].北京：中国标准出版社，2009.

（本文编辑：陆莹）

Transformation Analysis of Hydrogen Control Device for 1 000 MW Ultra-supercritical Thermal Power Generating Unit

LI Hanhua，ZHENG Weidong，LIANG Haiteng，SHAO Shuai
（Huaneng Yuhuan Power Plant，Yuhuan Zhejiang 317604，China）

Hydrogen control device is the most important equipment in the hydrogen system of hydrogen cooling generator.The device is used for hydrogen filling safety，hydrogen discharge，automatic hydrogen supply，maintaining the hydrogen pressure to the setting point and monitoring key parameters such as hydrogen pressure，purity，supply amount and so on.The hydrogen control device for 1 000 MW generating unit in Huaneng Yuhuan Power Plant is the first complete package design in China，characterized by convenient installation，commissioning,operation and maintenance as well as user-friendly operation.With the accumulation of operation experience,it is found that the device is not resistive to salt fog corrosion and is deficient in safety level.This paper proposes an upgraded retrofit scheme with stronger corrosion resistance and higher hydrogen safety level，which can effectively improve the former hydrogen control device and provid reference to retrofit of hydrogen control device of thermal power generating units in coastal areas.

hydrogen cooled generator；hydrogen control；package design；hydrogen safety

TM311

：B

：1007-1881（2016）03-0046-04

2015-07-30

李捍华（1973），男，工程师，长期从事发电厂热工检修工作。