减少1000MW机组氢气损耗量

减少1000MW机组氢气损耗量

陈静

（国电谏壁发电厂江苏212006）

摘要：目前大型机组发电机普遍采用氢冷发电机，如果氢气泄漏量增大，不仅增加了机组运行成本，影响了经济效益，而且氢气有爆炸危险。所以查找氢气泄漏点，减少补氢量对于氢气系统运行尤为重要。某厂#13机组在2016年01月补氢量上升，通过分析主要是由于多处泄漏以及密封油箱负压控制不当引起的，同时化学对氢气取样也有一定影响。通过处理与调整后补氢量恢复正常。

关键词：氢气；泄漏；负压；补氢量

随着发电机单机容量的增大，发电机线圈和转子发热量也不断增大，为了使发电机体积相对较小，目前大型机组发电机普遍采用氢冷发电机，因为氢气的比热大于空气，氢气的冷却效果大约是空气的7倍，在保证了发电机冷却效果的前提下，又满足控制发电机体积的需求。

某厂#13机组为1000MW机组，型号N1000-26.25/600/600（TC4F），超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双倍压、八级回热抽汽、反动凝汽式汽轮机；发电机为THDF-125/67型隐极式、两级、三相同步发电机，采用水-氢-氢冷却方式。该厂氢气系统主要特性参数为：额定工作氢压0.50MPa，最高≯0.52MPa；氢气纯度不低于98%（容积比）；氢气干燥器露点温度控制在-5℃~-25℃之间；发电机充氢容积600m3。

随着#13机组运行时间的增加，与去年同期相比氢气损耗量逐渐地增大。氢气和空气混合有爆炸的危险，对人员及设备造成了极大的安全隐患，同时#13机组氢气损耗量增大，增加了该机组运行成本，影响了经济效益。

2016年1月#13机组氢气损耗量日均值大约为32.3m3，同期同类型#14机组氢气损耗量日均值在12m3，去年同期#13机组氢气损耗量为13.6m3，由此可以得出：本机组氢气损耗量增加明显。由于氢压下降较快，月累计补氢量983m3。比#14机该月累计补氢量362m3多出621m3。

根据现状调查的情况，主要是氢气泄漏以及氢侧密封油箱负压增大引起的。

一、发电机氢气部分外漏

通过对氢气系统进行漏氢检测，查出以下漏点：

1、补氢管安全阀调整螺杆并帽处测氢仪显示100ppm左右，向外是微渗，但安全阀也有可能存在内漏。这个安全阀处的内、外漏不影响每天的补氢量，因为它与系统间还有三道阀门隔离，但它如存在内漏，也会使排氢总管的排放氢量增大一点。

2、主机排烟机出口测氢仪显示30ppm。

3、发电机端盖机侧东中分面处测氢仪靠近后显示无穷大，偏大了点。

4、发电机端盖机侧西中分面处最大值500ppm左右，另还有部分200ppm左右，不是太大，但泄漏点偏长。

5、发电机端盖励侧东中分面处最大值900ppm左右。

6、8.6m层氢干燥装置内部有二处小漏点，一个是下部有个小四通处含氢80ppm左右；另一个是上部干燥器进出口门下方二只隔膜阀处有小漏点，显示在100ppm以下。

通过查漏，共查出漏点8处，其中漏点最大处在发电机机侧大端盖的东侧中分处，西侧中分处的漏点也较大，这些漏点对#13机组氢气损耗量的增加影响较大。

如下图所示：2016年6月，通过对漏氢点进行处理好，几乎做到隔天补氢一次，且日平均补氢量降到了12m3。

二、密封油真空油箱负压对氢气损耗量的影响

密封油的作用是防止发电机内部氢气泄露，在发电机内部油氢是有一定接触面积的，进入密封油的氢气被密封油真空泵排出。

密封油真空油箱的负压是通过密封油真空泵来控制的，其负压的大小，影响着机组氢气的损耗量：

负压过大，被密封油真空泵抽出的氢气量增大；

负压过小，油中的杂质气体无法被排除干净，影响氢气纯度，增加了排污量，进一步加大了机组氢气损耗量。

密封油真空油箱中的气体损失公式如下：

式中：

Vvb：密封油箱中的气体损失（m3/day）

P：试验期间（Z）真空油箱中的增压（mbar）

Z：试验持续时间（h）

T：试验期间真空油箱的空气温度（℃）

V：真空油箱中的自由容积（m3）

V=π*d2*h/4

d：真空油箱的直径（m）

h：真空油箱的高度（m）

参考厂家推荐值，密封油真空油箱负压在-40kpa；结合实际，逐渐调整密封油真空油箱负压，通过数据观察#13机组补氢量，氢气纯度的变化，如下图所示，在密封油真空油箱负压在高于-43kpa之后，氢气纯度明显下降，因此，我们确定#13机组密封油真空油箱最佳负压为-43kpa。

由于#13机组之前氢气纯度较差，为了提高氢气纯度，检修适当调高了密封油真空油箱的负压至-54kpa，我们经计算得出，在保证氢气纯度的前提下，若能将密封油真空油箱负压降低至厂家建议值-43kpa，可减少约3.9m3的氢气损失。日积月累下来，对氢气损耗量影响是很大的。

如下图所示：2016年8月，通过对密封油真空油箱负压调整后，#13机组日补氢量平均在8.1m3。与2016年6月相比，#13机组日补氢量减少了3.9m3。

三、化学氢气取样的影响

化学取样操作每次取样前，为了确保取到发电机内部的氢气样本，都会对管路内气体进行排污20s左右，再用直径为20cm的圆形容器，进行排污7～8次的置换气体后再进行取样。化学氢气取样口在机房0m，该厂发电机在机房17m处，经测量，从取样口到发电机处的取样管路长度约32m，管子直径2cm，这段管路氢气体积0.01m3。根据计算：

按取样前排污8次计算，共需消耗氢气体积0.032m3。取样前总共消耗的氢气体积V=0.18+0.032=0.212m3。这比取样管路本身体积大了21.2倍，造成的一定浪费，数据虽小，但化学取样操作每天进行一次，日积月累下来数量也是惊人的。可以通过优化取样操作方式来减少这部分损失。

经过与化学人员研究协商，重新在机房8.6m选择合适的取样口，离发电机本体更近；经测量，取样管路长约20m，较原来缩短了12m，因此所需取样前所需排污减少。由于管道长度缩短，所以排污时间5s就足够了。即V=0.004m3，按取样前排污4次计算，共需消耗氢气体积V=0.016m3。

四、预计取得的经济效益

1、通过措施的实施之后，2016年10月份#13机补氢251.1m3，与2016年1月份#13机组氢气补氢量相比降低补氢750.03m3，按1m3氢气12元，月节约氢气成本9000.36元，年节约氢气成本108004.32元。

2、补氢次数由原来平均每月36次降低到每月平均15次。补氢操作次数从每24h至少补氢一次降低至48h补氢一次，运行人员的劳动强度得到了降低。2016年1月累计补氢量为983m3，2016年8月累计补氢量为267m3，2016年8月比2016年1月减少补氢716m3，这使得制氢站的工作量也大大降低。

作者简介：

陈静，技师，工程师，国电谏壁发电厂副值长。