发电机气体置换介质使用量过大分析和处理

冯健

【摘  要】某公司7号机组自投运以来，发电机在气体置换过程中，氢气及作为中间置换介质的二氧化碳使用量过大，置换时间过长，影响机组启动或检修时间。通过对发电机气体置换过程中技术关键点的研究分析，采取有效手段，大量减少了二氧化碳及氢气的使用量，提高了发电机气体置换效率。本文针对在发电机气体置换过程中降低二氧化碳及氢气使用量的解决过程进行详细的叙述，总结了治理经验，为今后遇到类似的技术问题提供了一定的解决方法，可以供同类型机组参考。

【关键词】发电机;氢气;二氧化碳

引言

大型发电机普遍采用氢气作为冷却介质，发电机在停运检修及启动前需对发电机进行排氢及充氢操作，在发电机气体置换过程中，操作方式、方法，对整个发电机气体置换效果有很大的影响，因此规范发电机气体置换操作方式、控制关键点至关重要。

一、设备概况

某公司7号发电机为哈尔滨电机有限责任公司制造的QFSN-330-2型三相、二极、隐极式转子同步发电机，额定功率为330MW，额定电压24kV，额定转速3000r/min，定子机壳内充气容积73m?。发电机冷却方式为“水氢氢”冷却方式，整体为全封闭气密结构，主要冷却介质之一的氢气，由装在转子两端的桨式风扇强制循环，并通过设置在定子机座顶部汽、励两端的氢气冷却器进行冷却。发电机内额定氢压为0.3MPa，氢气与大气之间采用密封油系统隔绝，密封油系统采用双流环式油密封。

二、现状分析

7号机组自投运以来，发电机在一次气体置换过程中使用二氧化碳瓶46～48瓶，同时用氢量过大，一次置换时间需22小时，延长机组启动或检修时间，二氧化碳瓶库存量91瓶，由于交通运输不便，不但增加了二氧化碳瓶运输成本，而且二氧化碳瓶不能及时得到补充。

三、采取措施

1、置换条件：

发电机气体置换应尽量在汽轮机盘车停运，发电机转子静止的情况下进行，当汽轮机盘车装置运行时，发电机两端风扇叶片对发电机内氢气（空气）與二氧化碳进行搅拌混合，这样，在气体排放时，大量的二氧化碳与氢气（空气）的混合物被排出，造成二氧化碳（氢气）的大量浪费。故在发电机转子静止的情况下进行气体置换，避免置换过程中气体搅动混合，可防止二氧化碳（氢气）的大量浪费。

2、置换压力：

由于7号发电机密封油系统采用双流环式油密封，氢侧密封瓦回油首先进入消泡箱中，在那里气体得以从油中扩容逸出。消泡箱分别装在发电机汽励端下半端盖中，通过直管溢流装置使箱中的油位不至于过高，当发电机消泡箱内油位过高时，发电机才会进油，故当发电机密封油系统运行过程中，发电机内气体压力可降至零。在发电机进行排氢时，应先将发电机内氢气压力降至0.02MPa后再充二氧化碳至0.07MPa，进行置换;在发电机进行充氢时，先将发电机内压力降至0.02MPa，然后再充二氧化碳（氢气）至0.07MPa，这样，在置换过程中，降低发电机内气体压力至最低安全压力，在低压力下进行发电机气体置换，可显著提高发电机气体置换效果，节约大量氢气及二氧化碳。

3、置换速度：

发电机充入二氧化碳（氢气）时应缓慢进行，且二氧化碳（氢气）进气压力不可过高，这样既可减少发电机内二氧化碳与氢气（空气）发生强烈扰动而充分混合，又可防止在充入二氧化碳时，由于速度过快，造成二氧化碳瓶体大量结霜引起二氧化碳瓶压力下降;在发电机进行气体排放时，排放速度应缓慢进行，不可过快，过快会造成气流扰动，使二氧化碳与氢气（空气）大量混合后被排出，造成二氧化碳的大量浪费。

4、置换时间：

在标准状态下，氢气密度为0.89g/L，空气密度为1.29 g/L，二氧化碳密度为1.977 g/L，根据不同气体的密度差异，二氧化碳在充入发电机后，应静止5分钟，待二氧化碳沉淀，与氢气（空气）分层后，方可由发电机上部缓慢排出氢气（空气）。

5、合理利用：

① 向发电机充二氧化碳时二氧化碳瓶压力维持在0.15MPa至0.2MPa，才可将发电机压力升至0.07MPa，当二氧化碳瓶压力降至0.1MPa，发电机内压力就无法继续提升，需更换新二氧化碳瓶，造成二氧化碳瓶内剩余大量二氧化碳无法利用，故在排放氢气（空气）降低发电机压力至0.02MPa后，重新充入二氧化碳时，应继续使用原未用完压力较低的二氧化碳瓶，根据发电机内气体压力，充入对应压力下的二氧化碳瓶气体，防止二氧化碳瓶内二氧化碳未使用完，即被废弃。

② 二氧化碳使用过程中，根据二氧化碳物理特性，随着二氧化碳瓶体温度的逐渐下降致使液态二氧化碳向气态转化缓慢，最终使二氧化碳瓶内虽有大量气体，但压力却无法再提升，此时利用循环水对二氧化碳瓶体进行喷淋，使二氧化碳瓶保持在正常室温可大量提升二氧化碳压力，提高二氧化碳使用量，充分利用二氧化碳瓶内残余二氧化碳。

四、实施效果

在多次进行发电机气体置换过程中，采取正确选择发电机气体置换条件，合理控制二氧化碳（氢气）压力、温度及气体的充排速度，充分利用二氧化碳瓶内残余气体等措施，使发电机一次气体置换仅使用二氧化碳10瓶，节省二氧化碳36～38瓶，根据当前二氧化碳一瓶售价85元，节约资金3060—3230元，按全年发电机气体置换六次计算，可节约资金18360—19380元;并且大量减少了氢气的浪费，显著提高了发电机气体置换效果，有效节约生产消耗资金，及二氧化碳瓶运输成本，气体置换时间只需8小时，提前14小时，为机组启动或检修赢得了大量时间。

五、结论

在发电机气体置换过程中，造成气体置换效果差、置换效率低、置换时间长以及二氧化碳、氢气大量浪费的主要原因是未正确采取合理的措施及方法，通过采取以上措施，取得了非常显著的效果，为今后遇到类似的技术问题提供了一定的解决方法。

参考文献：

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（作者单位：大唐略阳发电有限责任公司）