某电厂发电机氢气露点波动大及纯度偏低的原因分析与处理

摘要：某电厂正常运行期间存在发电机内氢气纯度偏低、露点波动大等问题，经过现场检查及分析为密封油真空箱油水分离异常及密封油中微水含量偏高所致。通过对密封油真空油箱油水分离改造、更换高效的吸附式氢气干燥器、氢侧回油管改造等，彻底解决了氢气纯度偏低、露点波动大的问题。

关键词：氢气露点;氢气纯度;油水分离;吸附式氢气干燥器

0    引言

某电厂QFSN-1000-2-27型汽轮发电机采用水氢氢冷却方式，机组正常运行时需满足氢气纯度≥96%，且露点需在-25～-5 ℃范围内。但在正常运行中，氢气纯度24 h下降约1%，氢气露点波动较大，对发电机转子绕组、定子铁芯的冷却效果，定子、转子的绝缘等均有较大的影响。

2017年5月25日，机组正常运行期间，运行监盘人员通过盘前监测及现场检查发现发电机内氢气纯度时常在96%以下，无法满足机组正常运行要求，且运行期间氢气露点不稳定，在-32～-1 ℃波动较大，因此需要彻底检查异常原因，并及时处理后将氢气纯度和露点维持在合理且稳定的范围。

1    发电机氢气露点波动大及纯度偏低原因分析

1.1    发电机内氢气露点波动大原因分析

（1）发电机内氢气中水分的大部分是源自密封油中溶解的水分，在气体通过密封瓦后，随着油温的升高（由40 ℃升高至60 ℃），油中溶解的水分在较高温度时从油中蒸发出来，同样富集在发电机的回油扩大槽、密封瓦回油腔体中，浓度持续升高，并向主要开放口（发电机转子轴端内挡油环）扩散，通过轴端风扇进入发电机内，与机内的主气体相互混合置换，造成机内氢气露点波动。

（2）该厂密封系统真空油箱内设计有再循环喷嘴、补油喷嘴，该部分喷嘴直接将密封油喷射在油箱内，由于喷射距离短、雾滴滞空时间短，密封油中的水分分离效果较差。进入密封瓦的密封油含水量较高时，在密封油升温后其中含有的水分很容易从油中分离，大量弥散在密封油腔室内，在密封瓦座内挡油环部位随着发电机转子风扇的空吸作用进入发电机内。

（3）真空油箱内再循环喷管距离液位面仅为260 mm且直接垂直向下喷射，密封油在真空油箱中的滞空时间很短并直接冲击油箱中的密封油、液体，产生的液滴太大，总体表面积过小，导致真空油箱油位镜可视油位处泡沫极为丰富，真空油箱的脱水、去除不溶解气体的效果很有限，未破裂的泡沫中包裹着气（汽）体，被主油泵带入密封瓦及回油系统中。

（4）发电机氢气系统采用QLQ-ⅢA型冷凝式氢气干燥器，正常工作时一用一备。该设备为早期产品且使用时间较长，且受工业水温度影响，冷凝效果、除湿效果一般，因此也会导致氢气干燥器中存在部分未干燥的水分进入密封瓦及回油系统中。

1.2    发电机氢气纯度偏低原因分析

对发电机内氢气成分取样分析，主要成分为H2、CO、N2、O2，其中N2、O2含量极低。由于机内压力较高，外界低压气体无法渗透进入发电机膛内部，而机内有机部件降解应不会产生如此大的气体量来降低氢气纯度。CO的主要来源应是密封油温度升高后在高温状态分解的产物[1]，该部分产物在运行时在回油扩大槽、密封瓦回油腔体中富集，逐步进入发电机转子轴端，在端部风扇空吸作用下进入发电机内，从而导致发电机内氢气纯度逐步降低。

2    处理方案

2.1    加强油水分离，降低密封油微水含量

（1）将密封油再循环管路喷嘴、补油喷嘴进行改型，在不减少流量的前提下，通过减小管路喷嘴及补油喷嘴的出口雾滴粒径，增加雾滴的外总表面积，最终达到增强密封油脱水效果的目的，同时将密封油再循环、补油喷管喷嘴直接垂直向下喷射改为向斜向上与垂直线夹角30°喷射。

（2）在喷管喷射位置下方低于喷管中心线50 mm部位加装水平夹角为-5°的不锈钢板，并在该平板上焊接直径为1.5 mm的全通横向不锈钢丝滤油板，尽可能增加密封油在真空中的持续时间和接触面积，从而增强密封油脱水效果。

（3）在滤油板下方100 mm位置加装3 mm厚的304不锈钢平板，接上方滤油板自流下来的油流，保持平板上较薄的油膜，并在油流向下流动时依靠滤网的梳流作用消除油中泡沫。

2.2    更换吸附式氢气干燥器

将原B冷凝式氢气干燥器更换为除湿效果更好的新型吸附式氢气干燥器，为了节约改造成本，可以保留A冷凝式氢气干燥器作为紧急备用，仍然一用一备。吸附式干燥器带有A、B两塔，运行期间可根据实际情况自行设定A、B两塔的切换时间，通常设定为8 h。氢气干燥器中的吸附式干燥剂吸附一部分氢气中的水分后吸附能力逐渐降低，但进入机内的水分总量不降低，此时机内氢气中的水分含量会有所上升，相应的氢气露点会出现升高的现象;在投用再生好干燥剂的干燥塔后，干燥器的吸附能力增加，机内氢气中的水分降低，相应的氢气露点再次降低。氢气干燥器改造前后对比情况如表1所示。

2.3    发电机氢侧回油管路改造

发电机氢侧回油管路上加装列管式换热器，管侧为油流、壳侧为水流，可降低發电机氢侧回油温度，不影响回油的正常流动，控制回油温度接近进油温度，减少油中溶解的水分析出及油的分解量，减少水分进入发电机的总量[2]。改造前后发电机氢气露点、纯度对比情况如图1所示。

3    结论

（1）氢气露点主要受氢气干燥器和密封油中微水含量影响，通过更换先进的吸附式氢气干燥器和对密封油油水分离进行改造，大大提高了氢气干燥效率，同时减少了密封油微水含量，从源头和出口两方面进行提升，大大降低了氢气露点的波动，使得露点波动维持在较为合理的范围。

（2）通过对发电机氢侧回油管路进行换热改造，降低氢侧回油温度，减少油中溶解的水分析出及油的分解量，降低CO的产生，使氢气纯度保持在合格范围。

[参考文献]

[1] 孙兵.发电机氢气纯度降低的原因分析[J].机电信息，2012（12）：47-48.

[2] 韩国宁.发电机氢气露点升高原因分析及防范措施[J].电力安全技术，2009，11（7）：51.

收稿日期：2020-08-04

作者简介：林涛（1988—），男，广东韶关人，电力运行工程师，主要从事大型火力发电厂生产运行工作。