火力发电机组如何提高发电机氢气纯度及其经济性分析

摘 要：目前，我国发电行业依然是火力发电为主，其中600MW发电机组已经成为我国大部分发电企业进行电力生产的主要设备，但是其运行过程中用于发电机冷却的氢气纯度问题依然是企业安全生产的重大隐患。文章针对我厂600MW发电机运行状况以及导致氢气泄漏的具体原因进行了分析，提出了提高氢气纯度的相应措施，对氢气提纯后机组的经济性进行了简要的阐述。

关键词：发电机;氢气;堵漏措施;提高纯度。

0.引言

氢气作为一种极易爆炸的危险品，如果氢气中含氧量大于3%，遇火立即爆炸，而发电机在运转过程中可能出现定、转子放电现象，就是说，发电机内内氢气纯度的降低将存在氢爆的可能。發电机氢气纯度降低，可能造成发电机绕组绝缘下降，严重威胁发电机的安全，同时发电机氢气纯度降低将影响冷却效果，直接与发电机效率有关，氢气纯度每下降1%，通风损耗及转子摩擦损耗将增加11%。

1.发电机氢冷却现状分析

我厂1、2号机汽轮发电机均为上海电机厂生产的QFSN-600-2优化型水氢氢汽轮发电机，采用水氢氢冷却方式。发电机在冷却氢气进口温度不大于46℃、氢冷却器冷却水进水温度不大于35℃、定子绕组内冷水进水温度不大于50℃、氢压不低于额定值0.4Mpa、氢气纯度不低于95%的下列情况下能输出额定出力。当发电机在额定氢压0.4兆帕下运行，保证漏氢量每天不大于11.3立方米。

按照产品说明书要求发电机运行时氢气纯度不低于95%，氢气压力0.3-0.54Mpa。目前我厂发电机运行概况为冷却氢气进口温度43℃，密封油差压86Kpa，定子冷却水温度45℃，压力0.36Map，漏氢量3.4立方米/日，氢气压力0.42Mpa，氢气纯度>97%，当氢气纯度降低时通过排补方式进行纯度提升。我厂氢气来源于制氢站，两台氢气发生器和13个12Mpa氢气储罐，满足7台机组日常排补氢要求。

3.氢气泄漏的常见原因分析

3.1外漏氢。“外漏氢”指的是发电机组本身存在的氢气透过裂缝或者某些密封不严密的连接点进入机体外部环境的泄漏现象。一般来讲，氢气具有密度低的特点，机组使用的纯氢密度仅为空气密度的7%左右，因此，氢气在空气中扩散速度快，0.25米之外就难以看清氢气泄漏的现象 [1]。

3.2内漏氢。“内漏氢”指的是机组的氢气进入空侧或密封瓦座结合面的现象，主要是由于机组的油氢差压阀出现故障或者质量不过关而造成的。氢气与密封瓦空侧的回流油一同进入主油箱，进而在油箱内混合成为具有爆炸能力的混合气体。当发电机组的定子绕组的空心导线内水压低于机内的氢压时，一旦空心导线的密闭性不完全，氢气会进入定子绕组空心导线内冷水中，与冷水发生化学反应，生成一种降低水循环流动的物质，减少了冷却水的总量。

3.3其他原因。除上述两种原因之外，发电机组的其他原因也会造成氢气的泄漏，比如密封瓦座衬垫的质量与安装技术不当、密封瓦角度、密封瓦轴向与径向之间的距离过大、发电机组装注胶工艺等原因都会引起氢气的泄漏，因此需要工作人员对发电机组在启动之前进行严格仔细的运检，防止漏氢问题。

4.提高发电机氢气纯度的对策

为确保发电机氢气纯度达到要求，我们可以从以下几点入手：

4.1机组启停机时，对发电机气体进行置换时，严格按照规程规定，当氢气纯度达到97%时，进行全面的排死角，然后再进行升压。这样基本可以使发电机氢气纯度到要求值。

4.2日常运行时对密封油系统的监视维护，发电机密封油系统运行情况，是影响发电机氢气纯度的一个重要因素。运行时通过平衡阀维持空氢侧密封油压差在合理范围内。

4.3保证氢气质量，优质的氢气质量也是保证发电机氢气纯度一个重要的指标，所以要严格控制氢站提供的氢气质量。

4.4控制氢气和密封油温度，氢温越高，氢纯度下降越大。氢侧密封油直接与发电机内氢气接触，其含水量越大，密封油油温越高，其内部水分与油分子越容易扩散到氢气中，从而影响发电机内氢气纯度，因此维持密封较低含水量，控制密封油温度处于规定范围的较低水平，也是保证发电机内氢气纯度的重要环节。

4.5加强运行巡视检查。对机组运行现状进行检查，看是否在其限定的运行负荷范围内，同时进行空气密闭性实验，对机组的日补氢量进行测定，看是否存在超量现象。

4.6设备进入检修期的检查。对机组的发电机出线、闭冷水箱、氢冷器等处进行检查，同时仔细寻找氢气系统、密封油系统的阀门、法兰结合面处是否存在裂缝;对发电机组的大端盖螺栓结合面进行氢气检测，看是否存在泄漏问题，如果存在问题进行临时应急处理并跟进后续的检测，看是否能解决问题;对机组的主油箱排烟风机出口、环形油箱以及排烟风机入口管阀栏等处进行检测，看是否存在氢气泄漏，清理入口管阀的油污、积水[2]。

5.如何提高氢气纯度

经过漏氢处理后，要连续不断的排补氢气，才能使其纯度由97%提升到98%。根据系统图和现场阀门位置，按照规定每班不超过一次排补，需要连续班次的排补直至发电机氢气纯度达到98%以上。

首先开启发电机排气管道手动总门、1号发电机排二氧化碳手动门，监视发电机氢压，排氢速度不能过快防止密封油差压阀调整失灵造成氢侧邮箱满油，排氢速度一般控制氢压下降不超过0.47Kpa/min，当氢气压力达到0.38Mpa时，停止排氢，关闭发电机排气管道手动总门、1号发电机排二氧化碳手动门，然后进行补氢。打开发电机补氢手动门、发电机补氢调节阀前手动门、发电机补氢调节阀、发电机补氢调节阀后手动门，开启制氢站分配盘至机组补氢手动门。密切监视补氢压力、氢侧密封油箱油位，调整补氢压力不大于0.45Mpa，控制补氢速度不超过0.47Kpa/min。当发电机氢压达到0.45Mpa时关闭补氢门、发电机补氢调节阀前手动门、发电机补氢调节阀、发电机补氢调节阀后手动门及制氢站分配盘至机组补氢手动门。

排补氢过程中应该进行排死角操作，主要针对发电机检漏装置、绝缘过热装置进行排放，从而尽快提高纯度。排补氢过程中还应监视密封油差压、氢侧密封油箱油位、平衡阀差压、发电机氢压、纯度、漏氢检测仪等重要参数的变化，发生异常变化时立即停止操作，待问题消除后再重新进行。

6.氢气纯度升高经济性分析

经过一系列的试验和操作，整理记录，我们发现，自2019年6月开始连续每班开始排补氢直至发电机氢气纯度达到98%共计持续了8天后停止连续排补氢。由于连续的排补氢使得发电机首次达到98%以上维持时间较长约5天，之后平均3天纯度下降到98%以下。发电机纯度提升后机组各项参数均正常。提高发电机纯度到98%后经过半年的观察，发现开始的时候供电煤耗没有明显的变化，但是从8月份开始随着发电量的增加发电煤耗开始逐渐降低。而我厂氢气成本约5元/m3，发电机提高1个氢气纯度约需40m3气体，折合费用为200元。按机组4天降低1个氢气纯度、年连续运行280天计算，两台发电机提纯后，年增加费用2.8万元。除去氢气成本，相应两台机组年度效益超100万元（除税后，0.38元/kWh）。很明显，提高氢气纯度，不但提高了发电机的运行安全，而且经济效益显著提高。

参考文献：

[1]陶苏东.电气设备及系统[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2]李彪.浅议660MW发电机氢气泄漏的原因及应对策略.中国高新技术企业.2016，（10）.

作者简介：

李维（1985.09-），男，汉族，河北廊坊，本科学历，助理工程师，研究方向：电力工程。