氢气系统测量数据的校核

（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司 内蒙古 010206）

1.引言

发电机内的氢气在发电机的两端风扇的驱动下，以闭式循环的方式在发电机内部做强制循环流动，使发电机的铁芯和转子绕组得到冷却。常温下的氢气不怎么活跃，但当氢气与氧气或空气混合后，如果被点燃则会发生爆炸。所以氢冷机组中含氧量对机组的安全运行起到至关重要的影响。

2.制氢装置的流程和气体成分

我厂的制氢系统工艺流程系统是由制氢装置氢气系统、氧气系统和碱液系统组成。

(1)制氢装置氢气系统

原料水在电解槽内直流电作用下分解，在电解小室的阴、阳极表面分别产生氢气、氧气。从电解小室出来的氢气和碱液的混合物一起通过极框上阴极侧的气道流出，进入氢气分离器下部，在重力作用下进行气液分离，分离出的氢气进入洗涤器进行洗涤和冷却，然后经洗涤器顶部除雾器除去液滴后，经氢气调节阀到达气动三通球阀，由该阀选择进行放空或进入干燥部分除湿后进入储存系统备用。

当进行吸附的吸附器达到饱和需要进行再生时，由PLC控制相应的气动球阀动作，使氢气进入需再生的吸附器，升温带出饱和的水分，再经冷凝分离器将水分冷凝分离，随后进入另一只吸附器，吸附后的氢气经过氢气过滤器，合格的产品气送入框架二。

(2)氧气系统

由电解槽各电解小室阳极侧分解出来的氧气随碱液一起，从主极板阳极侧的出气孔进入氧气管道，再从右端极板流出，进入氧分离器，在其内与碱液分离，然后经气动薄膜调节阀排空。

(3)碱液系统

碱液在氢分离器和氧分离器中分离出氢气和氧气后，在两分离器底部的连通管内汇合，经碱液过滤器去除固态杂质，再进入循环泵，由泵加压后回到电解槽。在电解槽中，碱液从左端压板进入各主极板的进液孔，流经各电解小室，在各电解小室中进行电解，而后与电解出来的氢气或氧气一起，分别从各自的出气孔进入氢气道或氧气道，再分别进入氢分离器或氧分离器，从而构成完整的碱液循环系统。

通过对制氢装置的气体的纯度测定为氢气99.9%，氧气含氧量为0.1%，以这样的气体纯度进入发电机氢冷系统。

3.发电机氢冷系统

发电机氢冷系统（含置换介质系统）及氢气压力自动控制装置能满足发电机充氢、自动补氢、排氢及中间气体介质置换工作的要求，能自动监测和保持氢气的额定压力、规定纯度及冷氢温度等。氢气系统中存在的正常漏氢：

（1）氢气纯度分析仪尾气排至厂房外，所消耗的氢气每天（24h）约为1.2m3。（2）单流环式密封油系统中密封瓦氢侧回油所带出的氢气量按氢侧排油量的10%（体积含量）计算。先测正常情况下的氢侧排油量再计算每天密封油（氢侧回油）所带走的氢气量。（此项耗氢量在3～6m3/d范围内）。（3）密封油氢侧回油全部回至“空气抽出槽”，再回至汽机主油箱。因此空气抽出槽排烟风机处有氢气是不可避免的（氢含量与氢侧密封油量有关联），因此在排烟风机的排气口处检测到氢气为正常现象。

4.测量仪器

使用的便携式氢气分析仪是由河南省日立信股份有限公司生产的，技术参数如下：

电池：锂电池6000mAh。

充电电源：220VAC 50Hz。

充电时间：≤8小时。

使用时间：＞10小时。

氢气纯度测量参数：

测量范围：90%～100%或0-100%（可选范围）；

H2/Air：0-10%；

H2/Air：（氮气置换）；

流量：0.3L/min（300mL/min）。

氧气测量参数：

测量范围：0～25%；流量：0.3L/min（300mL/min）。

露点测量参数：

测量范围：-80℃～+20℃；

应用SPSS18.0统计学系统进行分析，计量资料用（± s）表示，组间比较采用t检验，计数资料用n（%）表示，组间比较采用χ2检验，P＜0.05为差异具有统计学意义。

流量：0.3L/min（300mL/min）。

(1)使用方法

①仪表开关机，轻按仪表左侧电源按钮，持续约5秒钟系统开始上电初始化，初始化完毕后，自动进入测量显示界面，开机后系统需要预热3～8分钟（湿度自校准时间约6～8min，不含湿度仪表预热3min），预热完成后才可以进行测量操作；如需要关闭仪表，测量工作结束后，先将被测气体气源关闭并断开，流量调节阀调至关闭状态，然后轻轻按下电源键，持续约5秒钟，系统会弹出关机确认对话框，选择“是”，再按下ENTER键后，仪表就会自动关闭了。

②测量操作，准备—初始化—预热自校准—测量界面—开始测量调节流量在0.3L/min。数值稳定后记录数据。

(2)注意事项

开机测量前确认管路是否畅通。测量时确保样气无油或经过滤器过滤，防止仪表管路进油。测量结束将仪表关机，避免电池电量耗尽影响使用。充电时使用仪表配套充电器，防止电池过充损坏。测量中注意尽量避免碰撞和剧烈振动，碰撞或剧烈振动可能导致热导传感器损坏。当电量不足时应及时充电，不宜将电全部用光。长期搁置不用，间隔1月左右，检查电量是否充足，不足时及时充电再存放，否则会影响电池使用寿命。

5.总结公式和校核

氢气系统主要的气体氢气为主，其他气体可能为机组检修时退氢氮气和空气的进入，氧气在空气中所占21%，制氢装置中出口气体有0.1%的氧气，故总结含氧量计算公式：

含氧量%=（100-测量的氢气纯度数值）×21%+0.1

表1 在机组氢气干燥器前后测量的数据

6.数据分析

数据来自12台机组，其中有空冷机组，60万机组，30万机组，超临界机组。数据显示测量的数据和这个公式理论值大部分吻合，只有在机组刚启机的时候数据会有偏差，偏差的原因是机组退氢使用的氮气置换氢气的方法。需要检修才会用空气置换氮气进行检修操作，如果对氢气系统没有检修需要机组氢气系统充实的为氮气，在机组刚刚启动时漏气现象较少，空气进入量较少，除氢气以外氮气含量较多，空气较少会出现与公式计算值偏离问题。

7.结论

这个公式可以作为氢气和含氧量日常数据的校核方法，来判断仪器的数据准确性，可以及时发现仪器故障，保证测量数据的准确性。