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發電機氫氣系統詳解

2020-08-04 09:10:34        0

一、系統流程及作用

     流程: 發電機內的氫氣在發電機端部風扇的驅動下,以閉式循環方式在發電機內作強制循環流動,使發電機的鐵芯和轉子繞組得到冷卻。其間,氫氣流經位于發電機四角處的氫氣冷卻器,經氫冷器冷卻后的氫氣又重新進入鐵芯和轉子繞組作反復循環。氫冷器的冷卻水來自閉式循環冷卻水系統。

     汽輪發電機的冷卻方式為整體全封閉,內部氫氣循環,定子繞組水內冷,定子鐵芯及端部結構件氫氣表面冷卻,轉子繞組氣隙取氣氫內冷的冷卻方式。

作用:發電機的氫氣系統是為汽輪發電機組提供干燥、安全、可靠的氫氣,用以冷卻發電機的定子鐵芯及轉子。一般選擇氮氣作為氫氣與空氣置換的中間介質。氫氣冷卻器是將氫氣從發電機內吸收的熱量通過閉式水帶走,氫氣干燥器是將氫氣中的水分吸出,保證發電機內的氫氣干燥,防止發電機內結露,保證發電機在允許的溫度下正常運行

二,發電機氫氣系統的通用技術要求。

    (1) 發電機氫冷系統及氣體置換裝置能滿足發電機充氫、自動補氫、排氫及中間氣體介質置換工作的要求,能自動監測和保持氫氣的額定壓力、規定純度及冷氫溫度、濕度、CO2純度等。

    (2) 發電機氫冷系統為閉式氫氣循環系統,熱氫通過發電機的氫氣冷卻器由冷卻水冷卻。

    (3) 發電機氫氣冷卻器采用高性能散熱形式。

    (4) 發電機設置氫氣干燥器,除了監測發電機內氫氣露點用的氫氣濕度在線監測儀外,氫氣干燥器的出口處也裝設具有遠傳在線信號的非水銀氫氣濕度儀。干燥裝置能保證發電機在額定條件下機內氫氣露點不高于-5℃同時又不低于-25℃。氫氣干燥器設有循環風機。

    (5) 發電機氫冷系統及氫氣控制裝置的所有管道、閥門、有關的設備裝置及其正反法蘭附件布置應便于運行操作,監視和維護檢修。氫氣系統的閥門全部采用(1Cr18Ni9或0Cr18Ni9)不銹鋼波紋管截止閥。氫系統密封閥均為無填料密封閥門。

   (6) 氫系統氫氣純度、壓力、濕度,除設有防爆型就地指示和報警裝置外,還應設置輸出模擬量到遠方DCS顯示參數及報警輸出接點。

   (7)  發電機冷氫溫度最高不超過49.5℃。氫冷卻器冷卻水設計溫度為38℃。

   (8) 氫氣純度不低于95%時,不影響發電機的保證出力。當計算和測定發電機效率時的基準氫氣的純度應為98%。

  (9) 發電機機殼和端蓋,能承受壓力為2倍額定氫壓時歷時15分鐘的水壓試驗,以保證運行時內部氫爆不危及人身安全。

   (10) 采用閉式循環冷卻水系統,水源為化學除鹽水,氫氣冷卻器水側設計壓力為1.0MPa,試驗水壓為1.5MPa。但供給氫氣冷卻器的水壓不得高于0.4MPa。

   (11) 氫氣冷卻器的設計能在一個冷卻器因故停止使用時,至少能承擔發電機80%額定容量連續運行,且發電機不超過允許溫升。

亚慱体育app  (12) 發電機在額定轉速、額定氫壓和標準狀態下漏氫量不大于:  12Nm3/24h  (注:標準氣壓下,氫氣的密度是0.09千克/立方米)



   三、氫氣系統的組成。

      氫冷系統主要由氫氣匯流排(供氫系統)、二氧化碳匯流排(供二氧化碳系統)、二氧化碳蒸發器(加熱器)、氫氣控制裝置、氫氣干燥器(氫氣去濕裝置)、循環風機、發電機絕緣過熱監測裝置(發電機工況監測裝置)、發電機漏液檢測裝置和發電機漏氫檢測裝置(氣體巡回檢測儀)組成 。

  四、氫氣系統的功能及優缺點。

    氫氣系統的功能是利用干燥的氫氣對發電機轉子繞組和定子鐵芯進行冷卻;在機組起動前或停止運行后利用中間介質置換機內氣體。其作用為:

    提供對發電機安全充、排氫的措施和設備,用二氧化碳作為中間置換介質;

    維持機內正常運行時所需氣體壓力;

    監測補充氫氣的流量;

    在線監測機內氣體的壓力、純度及濕度;

    干燥氫氣,排去可能從密封油進入機內的水汽;

    監測漏入機內的液體(油或水);

    監測機內絕緣部件是否過熱;

    在線監測發電機的局部漏氫。

氫冷汽輪發電機的優缺點如下:

(1)、電機內維持氫的純度為97%時,其密度只有空氣的十分之一,所以電機的通風損耗及轉子表面對氣體的摩擦損耗都大大減小。

(2)、氫的導熱系數為空氣的6.69倍,它可以使絕緣內間隙及其它間隙的導熱能力改善,從而有利于加強發電機的冷卻。

(3)、由于氫氣的表面散熱能力強(純度為97%的氫氣表面散熱系數約為空氣的1.35倍),發電機的損耗可由氫氣很快帶走。因此,能使發電機的出入口風溫差降低10~15℃左右。增加氫壓還可使散熱能力按壓力的0.8次方增加。

(4)、經過嚴格處理的冷卻用氫氣可以保證發電機內部清潔,通風散熱效果穩定,而且不會產生由于臟污引起的事故。

(5)、氫氣中含氧量很少,低于2%,不助燃,即使發電機內部發生短路故障,也不會有著火的危險,從而可使故障損壞程度大為減輕。

(6)、在氫氣中,噪音較小,而且絕緣材料不易受氧化和電暈的損害。

(7)、最大的缺點是一旦于空氣混合后在一定比例內(4%~74.2%)具有強烈的爆炸特性,所以發電機外殼都設計成防爆型,氣體置換采用C02作為中間介質。

五、氫氣系統主要設備及功能。

    發電機氫氣系統主要由氫氣匯流排(供氫系統)、二氧化碳匯流排(供二氧化碳系統)、二氧化碳蒸發器(加熱器)、氫氣控制裝置、氫氣干燥器(氫氣去濕裝置)、循環風機、發電機絕緣過熱監測裝置(發電機工況監測裝置)、發電機漏液檢測裝置和發電機漏氫檢測裝置(氣體巡回檢測儀)組成。

    各部分功能如下:

1)、 氫氣匯流排

發電機產生的熱量通過氫氣耗散,氫氣的散熱能力相當于空氣的8倍。為了獲得更加有效的冷卻效果,發電機中的氫氣是加壓的。

氫氣來自中央制氫站,通過軟管與匯流排連接。減壓閥將氫壓減至所需壓力,然后送到氫氣控制裝置再減壓至發電機所需的壓力。

2) 二氧化碳匯流排

    為了防止氫氣和空氣混合成爆炸性的氣體,在向發電機充入氫氣之前,必須要用二氧化碳將發電機內的空氣置換干凈。同理,在發電機停機排氫后,也要用二氧化碳將發電機內的氫氣置換干凈 。

3) 、二氧化碳加熱器。

     由于二氧化碳在大多數情況下是以液體形式儲存在氣瓶內,二氧化碳加熱器用于將來之二氧化碳匯流排的液態二氧化碳加熱成氣體,所需的氣化熱來自電加熱。

4)、氫氣干燥器系統。

       氫氣干燥器用于干燥發電機內的氫氣,以防機內水分過高時,對發電機的高壓絕緣件或高應力金屬結構件產生危害。

      干燥器由二個干燥塔組成,塔內裝填有高性能干燥劑和加熱元件,一個工作時,另一個加熱再生。每個塔內都裝有一臺循環風機,連續工作。工作塔內的風機用以加大氣體循環量并使氣體在干燥劑內分布均勻;再生塔內的風機用以循環再生氣體,迫使再生氣體經過冷凝器、氣水分離器等,使干燥劑內吸附的水分分離出來。氫氣干燥器的工作和再生過程由內建PLC控制,完全自動進行。由于是閉式循環,所以不消耗氫氣,也不會引入空氣。為提高可靠性,干燥器從氫氣中分離出出來的水分需人工排放。

5)、發電機氫氣檢漏裝置。

    發電機  漏液檢測裝置用以檢測發電機水冷定子線圈或氫氣冷卻器因泄漏而積累在發電機底部的液體,同時也用以檢測滲漏到發電機內的密封油或軸承油 。

6)、發電機絕緣過熱監測裝置

     發電機絕緣過熱監測裝置用以監測發電機內部絕緣材料是否有過熱現象,以便在早期及時采取必要的措施,防止釀成大事故。

     工作原理:

           在發電機正常工作時,流經裝置的干凈氣體導致裝置產生一定的微電流,此電流經處理后,在裝置上顯示出來。當發電機內絕緣有過熱現象時,絕緣材料因過熱而揮發出過熱粒子,這些粒子隨氫氣進入到監測裝置后,將引起裝置的電流減少。當電流減少到一定程度時,裝置經自檢確認裝置本身無誤后將發出報警信號,提示發電機內絕緣部件有過熱現象。

7)、循環風機

     循環風機主要用于氫冷發電機冷凝式氫氣去濕裝置的除濕系統中,在發電機停機或盤車狀態下,開啟循環風機,使氫氣去濕裝置能正常工作。

8)、氫氣純度分析儀

       可實時監測氫氣、CO2的純度。氣體置換時主要通過氣體純度監測裝置的樣氣進口來監控氣體純度;量程氣進口只在置換時用,可實時調看供氫純度或供CO2純度。參比空氣進口為調試時用。純度儀回氣排空

工作原理:

      儀器由特殊設計的風機,壓差交送器及壓差計組成,實際則是風機產生的壓差,但由于此壓差值與氣體的密度有關,而氣體密度又直接與氣體的成分成比例,故只要測出風機壓差就等于測出了氣體密度,實際上兩只壓差計是直接按密度和純度標注的。

純度要求:

        氫氣是易燃易爆性氣體。在密閉容器中,當氫氣與空氣混合,氫的含量為4%~75%,即形成易爆炸的混合氣體。我國發電機運行規程規定:“一般要求發電機內氫氣純度保持在96%以上。低于此值時,應進行排污”

      大容量氫冷發電機內要求保持高純度的氧氣,其主要目的是提高發電的效率,從經濟方面考慮。因為氫氣混入空氣或純度下降時,混合氣體的密度隨氫氣純度的下降而增大,使發電機的通風摩擦損耗也隨著氫氣純度的下降而上升。據美國GE公司介紹,一臺運行氫壓為0.5MPa、容量為907MW的氫冷發電機,其氫氣純度從98%降到95%時,摩擦相和通風損耗大約增加32%,即相當于損失685kW。一般情況下,當機殼內的氫氣壓力不變時,氫氣純度每降低1%,其通風摩擦損耗約增加11%。

9)、濕度儀(露點儀)

氫氣露點儀裝在發電機氫氣干燥器的進氫管路上,

對發電機內的氫氣的溫度和濕度進行在線監測,氫氣露

點儀的工作電源為交流220V,并有4~20mA的輸出信

號。

       露點:是指氣體在水蒸氣含量和氣壓不變條件下,

冷卻到水汽飽和(出現結露)時的溫度。氣體中的水蒸氣

含量愈少,使其飽和而結露所要求的溫度越低。反之,

水蒸氣含量愈多,降溫不多就可出現結露。因此,露點

的高低是衡量氣體中水蒸氣含量的一個尺度。

六、氫氣濕度過高的影響及原因。

1、影響:

     機內氫氣濕度過高時,一方面會降低氫氣純度,使通風摩擦損耗增大。效率降低:另一方面,不僅會降低繞組絕緣的電氣強度(特別是達到結露時),而且還會加速轉子護環的應力腐蝕。特別是在較高的工作溫度下,濕度又很大時,應力腐蝕會使轉子護環出現裂紋,而且會很快地發展。

2、機內氫氣濕度過高的主要原因有以下2種:

     1  可能是制氫站出口的氫氣濕度過高;

     2  可能是氫氣冷卻器漏水;

     3  對于水氫氫冷卻方式或水水氫冷卻方式的發電機,還有可能是定、轉子繞組的直接冷卻系統漏水。

     4  密封油的含水量過大或氫側回油量過大。如果軸封系統中氫側回油量大,再加上油中含水量大(要求含水量控制在500ppm以下),從密封瓦的氫側回油中出來的水蒸氣就會嚴重影響機殼內氫氣的濕度。

七、運行注意事項

     發電機正常運行時機內氫壓應保持在250~350kPa(就地控制盤指示)之間,高于350kPa 或低于260kPa,將發出報警。氫壓過高時可開啟排氣閥來排去部分H2,降壓到正常值,發電機內氫壓必須高于定子冷卻水壓,氫壓低于265kPa(LCD指示),應向發電機內補氫,最大補氫率10m3/天,超過此限值,應進行檢漏。

    發電機運行中H2純度最低限值96%,露點溫度0℃,純度、濕度不合格時應進行排污,并向機內補充H2,來提高純度,減小濕度。

    發機正常運行中應投入H2去濕裝置運行。

    發電機正常運行時,要使氫冷系統良好運行,必須保持密封油系統正常運行,應特別注意密封油壓恒定地大于機內H2壓力36~76kPa(LCD指示)。

    發電機正常運行,四臺氫冷卻器全部投入運行,一臺氫冷器退出運行,發電機負荷限制為80%額定負荷。

    正常運行中,必須保證發電機進氫溫度低于發電機定子冷卻水入口溫度,保持氫冷器出口所有溫度測點均低于發電機定子冷卻水入口溫度。

    氫冷器出口溫度測點中任一測點偏差大時,及時聯系檢修人員處理。

亚慱体育app    發電機氫冷器出口測點中任一測點溫度高于發電機定子冷卻水入口溫度,應及時檢查并調節氫溫或定子冷卻水溫度至正常范圍。若為測點指示不準引起,應及時聯系檢修人員處理。