氢气露点超标分析.docx

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氢气露点超标分析

沙角发电C厂（简称C厂）安装有3台660MW进口发电机组，发电机由GEC-ALSTHOM公司制造，型号为T271-606，采用水-氢-氢冷却方式，即定子绕组由去离子水内冷，定子铁芯和转子由压力为4.0bar的氢气冷却，与之配套的是2套由美国AnAlleghenyTeledyne公司生产的HM-CID2型制氢设备。

由电解组件电离产生的氧气经过氧分离器后进入氧冷凝器，除去水分后直接排空，产生的氢气进入氢冷凝器后再经干燥器进一步干燥，然后进入3个氢气储气罐，供给发电机组。

干燥器是分子筛小球吸附型，　可通过加热脱水再生。

碱液热交换器及氢、氧冷凝器使用的冷却水为补水泵提供的除盐水。

1制氢系统运行状况

本套制氢设备于1999年建成投运。

两年多来，因其自动化程度高，稳定性好，故障率低，运行可靠性较高，但存在氢气露点超标问题。

按照电力工业部标准，机压下的发电机氢气露点不大于0℃，但C厂发电机氢气露点好多时间都在0℃以上。

发电机氢气露点一年的变化呈抛物线形，1～3月及11～12月氢气露点合格，而4～10月，氢气露点超标，不合格的时间数超过半年。

2露点超标原因分析

2.1润滑油系统的影响

因氢冷发电机在正压下运行，为避免氢气泄漏，配有相应的密封油系统。

有些电厂的密封油系统与润滑油系统是相互独立的，　润滑油系统只对密封油系统提供补油。

在C厂，这两个系统是连为一体的，润滑油经润滑油冷油器冷却后，进入密封油主油箱，再经密封油泵送至密封瓦，回油在除去氢气和油烟后再回到润滑油主油箱。

密封油系统不单设冷油器，而是利用润滑油冷油器对密封油进行冷却。

轴封蒸汽与润滑油的接触会导致润滑油含水量增加，而密封油又是与氢气直接接触的。

由于密封油是使用经冷却后的润滑油，因而由轴封蒸汽进入润滑油中的水分会使发电机氢气的湿度不断增大，这就是引起发电机氢气露点超标的根源。

2.2来氢露点超标

不难发现发电机氢气露点一年的变化规律与当地的气温变化相吻合，即随着气温的升高氢气露点亦随之升高。

当然，因发电机氢气露点的变化受到运行状况，如氢气排补情况的影响，而不能正确反映来氢的情况。

通过对制氢站储氢露点数据的统计分析，发现其变化规律与发电机氢气露点的变化规律十分相似。

可以认为：

随着气温的升高，来氢露点超标，从而导致发电机氢气露点超标。

环境温度对制氢过程的影响具体反映在冷却水温上。

冬天气温低，冷却水温度低，冷却效果好，氢冷凝器出口氢气的露点低，经干燥器进一步干燥后进入储气罐的氢气就能保证较低的露点。

一旦气温升高，冷却水温度随之升高，冷凝效果变差。

一旦冷凝器出口氢气湿度高，则氢气干燥器出口的氢气露点也将提高，进入储气罐的氢气露点就难以保证。

按厂家的要求，电解过程中冷却水最高允许温度为40℃，最大允许压力0.7MPa，最大流量40L/min，而冷凝器的冷却水最高允许温度为10℃，最大允许压力0.7MPa，最大流量40L/min。

目前的运行状态是，2种冷却水其实来自同一水源，其压力和流量都能达到厂家要求，电解过程冷却水的温度也能得到保证，唯独冷凝器冷却水的温度几乎都在10℃以上，无法达到要求，特别是夏季时，冷却水的温度较高，从而导致来氢露点超标。

2.3未安装氢气干燥器

密封油系统的结构特点决定了发电机氢气中的含水量是一个累积的过程，如果不能及时去除氢气中的水分，那么氢气露点超标是不可避免的。

氢气干燥器可以通过对流经干燥器的小流量氢气进行干燥而起到对发电机氢气不断净化的作用。

而C厂3台机组的发电机氢气系统均未安装氢气干燥器。

这是发电机氢气露点超标的主要原因。

3改进建议

针对上述3种影响发电机氢气露点超标的原因，提出以下改进建议：

（1）认真调整轴封蒸汽压力，防止压力波动，减少由轴封蒸汽进入润滑油中的水分，减缓氢气露点升高的速度，同时延长润滑油净化器的运行时间，降低油中水的含量。

（2）在制氢系统中增加一套制冷系统，为冷凝器提供满足设计要求的冷却水，使来氢露点处于较低水平，保证源头氢气的品质。

（3）每台发电机增加2台冷凝式或吸附式干燥器，交替运行，使发电机内的氢气在小流量的连续循环中不断得到干燥。

否则，仅靠氢气的排补来降低氢气露点，将造成氢气的巨大浪费，并增加运行人员的工作量。

露点概念：

就是氢气处于饱和状态下，当气温下降，出现氢气液珠的温度值．

6.14.1第一法:

便携式测氢法（用露点温度表示）

6.14.1.1更改原因

根据中华人民共和国电力行业标准《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》（DL/T651-1999）的规定,氢气湿度的表示方法:

发电机内氢气湿度和供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气湿度,均规定以露点温度表示,通常用摄氏温度t,单位为0C。

我公司对氢气湿度原采用绝对湿度来表示，单位为g/m3。

该表示方式已不符合部颁要求，现改为露点温度。

6.14.1.2氢气湿度的部颁标准

6.14.1.2.1发电机内氢气在运行氢压下的湿度（露点温度td）应≤00C。

6.14.1.2.2供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气在常压下的湿度（露点温度td）应≤-250C。

部颁标准对发电机内和制氢站内的氢气湿度有严格的区别:

发电机内氢气湿度是指氢压下的露点温度,而制氢站内的氢气湿度是指常压下的露点温度。

6.14.1.3常压下和氢压下露点温度的转换

       我公司对氢气湿度的测量手段目前有两种方式,一是实验室用的便携式湿度仪,二是在线湿度仪。

便携式湿度仪测定的氢气湿度是指常压下的露点温度,而在线湿度仪测定的氢气湿度则是指氢压下的露点温度。

用便携式湿度仪测定发电机内的氢气湿度要考虑将常压下的露点温度转换成氢压下的露点温度,在制氢站内抄在线湿度仪的氢气湿度数据时则要考虑将氢压下的露点转换成常压下露点温度。

6.14.1.3.1常压下露点温度转换成氢压下露点温度

6.14.1.3.1.1由常压下露点温度通过查表求出对应的饱和水蒸汽压。

①当常压下露点温度>00C时,查表B1“水的饱和水蒸汽压（00C～1000C）”；

②当常压下露点温度<00C时,查表B3“冰的饱和水蒸汽压（00C～1000C）”；

6.14.1.3.1.2由常压下饱和水蒸汽通过计算求出氢压下饱和水蒸汽压。

氢压下饱和水蒸汽压=常压下饱和水蒸汽压×[（发电机内氢气表压+0.1）÷0.1]

6.14.1.3.1.3由氢压下饱和水蒸汽压通过查表达式求出对应的露点温度。

①当氢压下饱和水蒸汽压>611Pa时,查表B1　；

②当氢压下饱和水蒸汽压<611Pa时,查表B3　；

6.14.1.3.2氢压下露点温度转换成常压下露点温度

6.14.1.3.2.1由氢压下露点温度通过查表求出对应的饱和水蒸汽压。

①当氢压下露点温度>00C时,查表B1

②当氢压下露点温度<00C时,查表B3

6.14.1.3.2.2由氢压下饱和水蒸汽压通过计算求出常压下饱和水蒸汽压。

常压下饱和水蒸汽压=氢压下饱和水蒸汽压×[0.1÷（贮氢罐内氢气表压+0.1）]

6.14.1.3.2.3由常压下饱和水蒸汽压通过查表求出对应的露点温度。

①当常压下饱和水蒸汽压>611Pa时,查表B1　；

②当常压下饱和水蒸汽压<611Pa时,查表B3　；

6.14.1.4露点温度和绝对湿度的换算

6.14.1.4.1当露点温度>00C时,查表D1“露点温度与主要湿度单位换算表（0～+600C）”；

6.14.1.4.2当露点温度<00C时,查表D2“露点温度与主要湿度单位换算表（0～-750C）”；

附表:

表B1 水的饱和蒸气压（0—100℃）  h

温度

 0．0

 0．1

 0．2

 0．3

 0．4

 0．5

 0.6

 0．7

 0．8

 0．9

0 l

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

2l

22

23

24

25

26

27

282930

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

7l

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

611.213

657.069

705.949

758.023

813.467

872.469

935.223

1001.93

1072.80

1148.06

1227.94

1312.67

1402.5l

1497.72

1998.56

1705.32

1818.29

1937.78

2064.09

2197.57

2338.54

2487.37

2644.42

2810.06

2984.70

3168.74

3362.60

3566.71

3781.54

4007.54

4245.20

4495.02

4757.52

5033.22

5322.67

5526.45

5945.13

6279.33

6629.65

6996.75

7381.27

7783.91

8205.36

8646.33

9107.57

9589.84

10093.92

1062O.62

11170.76

11745.19

l2344.78

12970.42

13523.04

14303.57

15012.98

15752.26

16522.43

17324.51

18159.59

19028.74

19933.09

20873.78

21851.98

22868.89

23925.72

25023.74

26164.21

27348.46

28577.8l

29853.63

31177.32

32550.29

33974.0l

35449.95

36979.63

38564.59

40206.41

41906.69

43667.08

45489.23

47374.85

49325.67

51343.45

53430.00

55587.13

57816.73

60120.67

62500.89

64959.35

67498.06

70119.03

72824.33

75616.07

78496.38

81467.42

84531.40

87690.56

90947.17

94303.54

97762.02

101324.99

615.667

661.819

711.010

763.412

819.204

878.572

941.712

1008.83

1080.13

1155.84

1236.19

1321.42

1411.79

1507.54

1608.96

1716.33

1829.94

1950.10

2077.11

2211.32

2353.07

2502.7O

2660.59

2827.12

3002.68

3187.68

3382.54

3587.71

3803.63

4030.77

4259.63

4520.69

4784.48

5061.53

5352.39

5657.64

5977.84

6313.62

6665.59

7034.40

7420.71

7825.20

8248.56

8691.53

9154.84

9639.25

10145.56

10674.57

11227.10

11804.OO

12406.16

13034.46

13689.82

14373.20

15085.55

15827.87

16601.18

17406.52

18244.95

19117.58

20025.5l

20969.90

21951.9l

22972.76

24033.65

Z5135.85

Z6280.64

27469.34

28703.28

29983.82

31312.37

32690.35

34119.23

35600.47

37135.61

38726.19

40373.78

42080.00

43846.48

45674.9l

47566.79

49524.40

51548.98

53642.50

5S806.80

58043.74

60355.23

62743.18

65209.58

67756.42

70385.73

73099.58

75900.08

78789.36

81769.60

84842.99

88011.80

91278.28

94644.76

98113.58

620.150

666.598

716.103

768.836

824.977

884.713

948.241

1015.76

1087.50

l163.66

1244.49

1330.22

1421.11

1517.43

1619.43

1727.4l

1841.66

196,2.482090.20

2225.15

Z367.67

2518.1l

2676.85

2844.26

3020.74

3206.7l

3402.59

3608.81

3825.83

4054.12

4294.18

4546.49

481l.58

5089.99

5382.26

5688.97

6010.71

6348.08

6701.71

7072.24

7460.33

7866.67

8291.96

8736.03

9202.32

9688.89

10197.43

10728.75

11283.68

11863.07

12467.79

13098.76

13756.88

14443.11

15158.42

15903.79

16680.26

17488.86

18330.66

19206.76

20118.29

21066.39

22052.23

23077.02

24141.99

25248.39

26397.52

27590.68

28829.2l

30114.49

31447.92

32830.93

34264.97

35751.54

37292.15

38888.36

40541.74

42253.9l

44026.51

45861.22

47759.74

49723.8l

51755.20

53855.72

56027.20

58271.51

60590.55

62986.26

65460.6l

68015.60

70653.28

73375.70

76184.98

79083.26

82072.71

85155.54

88334.01

91610.39

94986.99

98466.18

624.662

674.408

721.228

774.294

830.786

890.892

954.810

1022.74

1094.91

1171.53

1252.84

1339.08

1430.50

1527.36

1629.95

1738.54

1853.44

1974.94

2103.37

2239.06

2382.35

2533.6l

2693.19

2861.49

3038.91

3225.85

3422.73

3630.02

3848.14

4077.59

4318.85

4572.42

4838.81

5118.58

5412.27

5720.46

6043.73

6382.70

6737.9g

7110.24

7500.13

7908.34

8335.56

8782.54

9250.01

9738.74

10249.52

10783.16

11340.50

11922.38

l2529.70

13163.33

13824.23

14513.32

15231.59

15980.02

16759.65

17571.52

18416.71

19296.30

20211.43

21163.25

22152.93

23181.69

24250.74

25361.36

26514.83

27712.46

28955.61

30245.65

31583.97

32972.01

34411.24

35903.14

37449.24

39051.10

40710.28

42428.42

44207.16

46048.17

47953.17

49923.89

51962.11

54069.64

56248.32

58500.02

60826.64

63230.12

65712.45

68275.62

70921.67

73652.68

76470.77

79378.06

82376.72

85469.05

88657.20

91943.50

95330.26

98819.83

629.203

676.249

726.386

779.786

836.631

897.109

961.419

1029.77

1102.37

1179.45

1261.24

1347.98

1439.93

1537.36

1640.54

1749.75

1865.29

1987.47

2116.61

2253.04

2397.11

2549.18

2709.62

2878.82

3057.17

3245.08

3442.99

3651.33

3870.57

4101.18

4343.64

4598.47

4866.18

5147.32

5442.43

5752.10

6076.91

6417.48

6774.44

7148.43

7540.12

7950.19

8379.36

8828.35

9297.97

9788.81

10301.84

10837.82

11397.57

11981.96

l2591.86

13228.18

13891.85

14583.82

15305.06

16056.57

16839.37

17654.53

18503.10

19386.20

20304.95

21260.50

22254.03

23286.76

24359.91

25474.76

26632.58

27834.71

29082.48

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