浅谈如何缩短发电机气体置换时间

马岩昕

(黑龙江华电齐齐哈尔热电有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

浅谈如何缩短发电机气体置换时间

马岩昕

(黑龙江华电齐齐哈尔热电有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

针对发电机气体置换时间过长的问题，开展了数据分析和试验研究工作，分析了症结所在，提出了系统设计改造和发电机气体置换工艺改进。改造方案实施后，将发电机气体置换时间由30—35 h缩短为7—7.5 h，CO2消耗量由40—50瓶/次下降到15—18瓶/次。

发电机；气体置换；缩短时间

某电厂在如何缩短发电机气体置换时间及节约CO2上开展了深入细致的工作，通过试验分析找出了问题所在，并改进了发电机气体置换工艺，缩短了气体置换时间，解决了发电机气体置换时间过长、CO2进气管容易结冻及CO2消耗量过大的问题，保证了发电机组的安全，节约了置换的时间。

1 氢气的理化性质

氢气属于可燃性气体，与空气混合后形成爆炸性气体。当氢气含量在3 %—76 %时，该混合气体具有爆炸危险性。一旦发生爆炸，就可能造成人身伤亡或设备损坏等恶性事故。因此，氢冷发电机在由运行转为检修或检修后投入运行的过程中，必须使用中间气体进行置换，严禁空气和氢气直接接触。

2 采用CO2作中间气体

CO2气体是惰性气体，与氢气或空气混合后不会形成爆炸性气体。所以，氢冷发电机冷却介质的置换应首先向发电机内充CO2，驱走空气。

CO2制取方便，成本低，其传热系数是空气的1．132倍，且置换效果比氮气好。另外，用CO2作为中间介质还有利于防火。

3 发电机气体的置换方法

目前，氢冷发电机气体置换主要采用中间气体置换法，具体步骤：先从发电机壳下部管路引入中间气体CO2，以排出机壳及气体管道内的空气；当机壳内的CO2含量达到规定要求时，即可充入氢气排出CO2；最后完成氢气置换。排氢过程与充氢过程相似。在使用中间介质时，气体采样点要合理，化验分析结果要准确，气体的充入、排出顺序及使用管路要正确。

4 气体置换的时机

(1) 当由于事故或氢气管路破裂造成发电机氢压降到0时，如果故障点不能及时排除，发电机负荷减到0时，应立即进行气体置换。

(2) 当发电机轴承室及主油箱内，或发电机轴承回油中的氢气含量超过1 %时，必须尽快停机，进行发电机气体置换。

(3) 当发电机内冷却水中氢气含量超过3 %时，应每隔1 h取样化验1次，同时注意定子绕组各线棒的温度及机内是否有水排出。此时，必须保证氢压高于内冷水压0．05 MPa，运行时间最多不应超过72 h。如果每小时取样测量时发现捕集器中氢含量超过20 %时，应立即解列发电机进行气体置换，消除漏氢根源。

(4) 当发电机内氢气爆炸，发电机内发出声响和喷出油、烟等物质时，打闸解列发电机停机，用CO2灭火，并进行气体置换。

5 缩短气体置换时间的原因

(1) 为了尽早开工检修，缩短检修工期，要尽快缩短发电机气体置换时间。

(2) CO2不能作为冷却介质长期留存在发电机内，以免和发电机绝缘材料发生化学反应，产生绿垢，降低绝缘性，因此必须尽量缩短气体置换时间。

(3) CO2还会和水产生碳酸造成腐蚀，形成绿垢并附着在发电机绝缘和结构件上，降低冷却效果，造成机件脏污。因此，需尽量缩短空气置换时间，避免被CO2腐蚀污染。

6 氢气置换时间长的原因分析

氢气置换时间长的主要原因是原氢气系统设计的CO2瓶接口少(只有4个)以及现行空气置换操作方式不佳。

6.1 原氢气系统设计状况

(1) 该电厂发电机氢系统原设计置换工作只有4个CO2瓶接口，因此最多只能同时用4个CO2瓶进行气体置换。

(2) 在发电机气体置换时，为了使CO2气体不结冻，在CO2进气总管上装有加热器，以保证距离发电机3 m内CO2进气管不结冰。

6.2 现行气体置换操作方式

(1) 关闭氢站来的供氢总阀。

(2) 关闭压力调节器进、出口阀。

(3) 确认氢气冷却器已停止供水。

(4) 开启氢气排放阀，降低机内氢压，当机内氢压降至0．02 MPa时，关闭氢气排放阀。

(5) 确认CO2排放阀关闭。

(6) 开启CO2供气总阀、4个分阀及CO2瓶阀，将CO2充入发电机内。

(7) 开启氢气排放阀，保持机内压力0．05 MPa。

(8) 充CO2时，要保证CO2供气管路在距发电机3 m以内无结霜现象。

(9) 当CO2纯度达90 %以上时，将纯度测量改为顶部取样。

(10) 连续向机内充CO2，直到纯度达96 %以上(化学化验)。

(11) 关闭所有的CO2瓶阀、CO2供给阀及氢气排放阀。

(12) 用压缩空气置换CO2，完成整个气体置换工作。

用4个CO2瓶向发电机充CO2，且用现行操作方式进行气体置换，时间长达30—35 h，发电机气体置换才能合格。

7 缩短气体置换时间的措施

7.1 氢系统设计改造

(1) 在保证CO2进汽管道及发电机氢系统管道外形、接口尺寸不变的情况下，将CO2进气管道的CO2接口由4个改为10个。

(2) 取消在氢系统总管上的CO2加热器，改为在每个CO2瓶出口上加装气瓶减压器和加热器。

气瓶减压器(原系统无此减压器)能将钢瓶内的高压气体降压后供置换工作使用，在输入压力和输出流量发生变化时，均能保持稳定的出口压力(最高输入压力15 MPa，输出压力调节范围在0．05—0．35 MPa)。

由于气瓶自带加热器，在向发电机充CO2的过程中，只要接通电源，就能保证CO2瓶出口的CO2气体不结冻，从而缩短向发电机充CO2的时间。

7.2 气体置换操作方式改进

(1) 关闭氢站来的供氢总阀。

(2) 关闭压力调节器进、出口阀。

(3) 确认氢气冷却器已停止供水。

(4) 开启氢气排放阀，降低机内氢压，当机内氢压降至0．001 MPa时，关闭氢气排放阀。

(5) 确认CO2排放阀关闭。

(6) 开启CO2供气总阀、10个分阀及CO2瓶阀，将CO2充入发电机内。

(7) 当发电机内CO2压力达0．1 MPa时，保持发电机内压力0．1 MPa 5 min后，开CO2排放阀。当发电机内压力降至0．01 MPa后停止排CO2，继续向发电机内充CO2直至合格。

操作(1)—(7)要求有专人监视密封油箱油位及氢油压差，以防氢油压差过大造成大量密封油进入到消泡箱，因氢侧回油管道无法及时将油排出，最终导致消泡箱满油进入发电机。所以，在补排CO2的过程中，应加强氢油差压的调节，保持氢油差压在0．05—0．055 MPa，防止氢油差压过高，密封油进入发电机。

同样，当CO2排放阀开度过大，造成CO2压力下降过快时，会导致差压阀跟踪不灵敏，氢油压差变大，也会使密封油进入发电机。因此，在排CO2的过程中，也要防止氢油差压过高，密封油进入发电机。

(8) 充CO2时，要保证CO2供气管路在距发电机3 m以内无结霜现象。

(9) 当CO2纯度达90 %以上时，将纯度测量改为顶部取样。

(10) 连续向机内充CO2，直到纯度达96 %以上(化学化验)。

(11) 关闭所有CO2瓶阀、CO2供给阀及氢气排放阀，CO2气体置换氢气结束。

(12) 用压缩空气置换CO2，完成整个气体置换工作。

用10个CO2瓶向发电机充CO2，且用上述改进方法进行气体置换，置换时间可缩短为5—5．5 h (不包括空气置换CO2时间)，发电机气体置换合格。

8 改造后的效果

(1) 原工艺气体转换时，保持发电机内压力为0．05 MPa排至0．02 MPa；改进后为0．1 MPa排至0．001 MPa。

(2) 对氢系统的改造后，结合2012—2016年数次发电机气体置换情况，发电机空气置换时间可缩短至5—5．5 h，发电机气体置换时间缩短至7—7．5 h(包括空气置换CO2时间)。

设备系统及运行操作改进前、后的发电机气体置换对比，如表1所示。

表1 改进前、后的发电机气体置换对比

9 结论

通过认真分析发电机氢系统的组成及发电机气体置换的操作方法，深入现场进行调查和研究，提出了将CO2瓶接口由4个增加至10个的改造方法，同时改进了发电机气体置换操作方法，将发电机气体置换时间由30—35 h缩短为7—7．5 h，CO2消耗量由40—50瓶/次下降到15—18瓶/次，实现了缩短发电机气体置换时间的目标，达到了尽早开工检修、缩短检修工期的目的。

1 华中电网有限公司培训中心．300 MW火电机组集控运行[M]．北京：中国电力出版社，2005．

2 朱卫兵，卢晟堂，高慧芳，等．300 MW氢冷发电机氢气置换耗时计算[J]．山东电力技术，2013，15(6)：70-73．

2016-11-12；

2017-01-28。

马岩昕(1968—)，男，工程师，主要从事电厂节能改造工作，email：hdmayanxin@126．com。