余 亮，趙光鋒，張慧軍，姚美琴

（浙江浙能常山天然氣發(fā)電有限公司，浙江衢州 324200）

0 引言

目前，國內(nèi)氫冷發(fā)電機(jī)采用二氧化碳（CO2）作為氣體置換的中間介質(zhì)，普遍存在：置換氫氣（H2）、置換空氣耗時長；二氧化碳在氫冷發(fā)電機(jī)內(nèi)長時間停留形成銅綠附著絕緣構(gòu)件；二氧化碳?xì)馄渴褂煤笃矿w外表結(jié)冰、結(jié)霜、人工搬運(yùn)安全風(fēng)險大等問題；二氧化碳?xì)馄康闹脫Q費(fèi)用相對較高，置換操作勞動強(qiáng)度大。

某燃機(jī)電廠1號發(fā)電機(jī)為QFR-480-2-21.5 型三相交流隱極式同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)容量125 m3，采用全氫冷的冷卻方式；發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)采用單流環(huán)式，氫側(cè)密封油回流至排氫調(diào)節(jié)油箱，空側(cè)密封油與發(fā)電機(jī)軸承潤滑油回油匯流至循環(huán)密封油箱。近年來隨著燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組發(fā)電小時數(shù)的下降，該電廠為滿足設(shè)備長期停運(yùn)保養(yǎng)的要求，加裝了一套600 m3/h 碳分子篩制氮設(shè)備，為氫冷發(fā)電機(jī)置換介質(zhì)實(shí)施氮?dú)猓∟2）替代創(chuàng)造了有利條件。

1 問題分析

（1）采用二氧化碳瓶進(jìn)行氣體置換時，流量低、連續(xù)性差、耗時長、效率低，一方面會占用機(jī)組檢修時間，另一方面也延長了機(jī)組檢修恢復(fù)時間。二氧化碳在氣瓶內(nèi)為液態(tài)形式，氣瓶閥組打開后會急劇蒸發(fā)吸收大量熱量，此時液態(tài)二氧化碳的溫度和壓力迅速降低，氣瓶會出現(xiàn)結(jié)凍、結(jié)霜現(xiàn)象。氫氣置換時，二氧化碳?xì)怏w從氣瓶中迅速連續(xù)排出，會造成匯流排減壓閥組冰緒的情況，導(dǎo)致置換時二氧化碳流量急劇下降，所以采用氣瓶無法實(shí)現(xiàn)大流量的置換操作。同時，二氧化碳?xì)馄渴褂猛旰笮枰斯じ鼡Q，置換過程的連續(xù)性受到較大影響。

（2）二氧化碳長時間在機(jī)內(nèi)停留形成銅綠，產(chǎn)生臟污。因為發(fā)電機(jī)中的微量水和二氧化碳產(chǎn)生碳酸，銅在干燥的空氣中很穩(wěn)定，但在潮濕的空氣中表面容易被腐蝕，生成一層綠色的物質(zhì)（俗稱“銅綠”，主要成分是堿式碳酸銅），會使發(fā)電機(jī)內(nèi)部臟污。用二氧化碳置換氫氣至空氣狀態(tài)時間長達(dá)15 h，增加了發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生“銅綠”的風(fēng)險。

（3）采用二氧化碳進(jìn)行氣體置換時，勞動強(qiáng)度大，操作頻繁且風(fēng)險高。每次發(fā)電機(jī)氫氣置換前，需要準(zhǔn)備足夠數(shù)量的二氧化碳，由于電廠內(nèi)不具備生產(chǎn)高純度二氧化碳的能力，只能采購罐裝二氧化碳?xì)馄浚ㄒ话闱闆r下二氧化碳置換氫氣需要約75 瓶、二氧化碳置換空氣需約45 瓶）放置在定置區(qū)域。發(fā)電機(jī)氫氣置換時再由操作人員搬運(yùn)至二氧化碳匯流排，接入二氧化碳置換系統(tǒng)供使用，搬運(yùn)操作頻繁、勞動強(qiáng)度大且二氧化碳?xì)馄渴褂煤笃矿w外表會結(jié)冰、結(jié)霜，疲勞狀態(tài)下人工搬運(yùn)安全風(fēng)險很大。

2 改進(jìn)措施

2.1 啟用碳分子篩制氮設(shè)備

根據(jù)《汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行導(dǎo)則》規(guī)定：“用氮?dú)庾鳛橹虚g介質(zhì)時，氮?dú)饧兌劝慈莘e計不得低于97.5%，水分的含量按質(zhì)量計不得大于0.1%，并不得含帶有腐蝕性的雜質(zhì)”。電廠為鍋爐、汽機(jī)發(fā)電設(shè)備保養(yǎng)配置的一套600 m3/h 碳分子篩制氮設(shè)備，制氮純度≥99.99%、露點(diǎn)≤-60 ℃，制氮設(shè)備出口設(shè)有粉塵精濾器，制氮設(shè)備的氮?dú)馄焚|(zhì)完全滿足發(fā)電機(jī)氣體置換要求。該制氮設(shè)備配有兩個吸附塔，兩個吸附塔交替循環(huán)運(yùn)行，能夠連續(xù)不斷地制出大流量氮?dú)猓鉀Q二氧化碳?xì)馄恐脫Q時流量低、連續(xù)性差的問題。

2.2 發(fā)電機(jī)二氧化碳管道接入氮?dú)飧脑?/h3>

全廠制氮設(shè)備改造時，各主要保養(yǎng)設(shè)備區(qū)域配套布置了不銹鋼氮?dú)夤艿溃恍鑿木喟l(fā)電機(jī)二氧化碳管道最近的充氮母管上增設(shè)DN50 不銹鋼氮?dú)庵凡⒓友b一次隔離閥（J41H-16P DN50 不銹鋼截止閥），并在該截止閥后加裝不銹鋼悶板，發(fā)電機(jī)氫氣運(yùn)行時封上悶板，確保發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)與全廠氮?dú)庀到y(tǒng)可靠隔絕。

二氧化碳加熱器后，DN40 管道經(jīng)變徑與DN50 不銹鋼氮?dú)庵吠ㄟ^法蘭式閥門對接（圖1）。氮?dú)夤艿栏脑焱旰笮鑼Φ獨(dú)庵愤M(jìn)行吹掃，吹掃完成后加裝法蘭連接的閥門（J41H-16P DN50 不銹鋼截止閥），防止置換時管道雜質(zhì)進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)。

圖1 氮?dú)庵放c發(fā)電機(jī)二氧化碳管對接

2.3 氮?dú)庵脫Q過程控制及置換終點(diǎn)判斷

發(fā)電機(jī)置換氫氣前首先啟動制氮設(shè)備，當(dāng)?shù)獨(dú)饧兌冗_(dá)99.99%后制氮設(shè)備供氣閥自動打開，向氮?dú)庀到y(tǒng)供應(yīng)純度合格的氮?dú)?，此時應(yīng)對進(jìn)入發(fā)電機(jī)前氮?dú)夤苈愤M(jìn)行吹掃、排污，當(dāng)排污口測得氮?dú)饴饵c(diǎn)小于-5 ℃時，允許氮?dú)膺M(jìn)入發(fā)電機(jī)進(jìn)行氫氣置換。

在發(fā)電機(jī)油氫壓差閥自動調(diào)節(jié)良好，油氫壓差值不超過0.085 MPa 前提下，盡量提高氮?dú)饬髁?，采用將機(jī)內(nèi)氣壓充高后低放的置換形式，達(dá)到減少充放次數(shù)，節(jié)約置換時間的目的。

氮?dú)庵脫Q時要保持氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。置換過程中加強(qiáng)對氫氣干燥器、氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)測裝置、汽端漏液探測器、勵端漏液探測器處排空及氫氣濃度監(jiān)測。氫氣干燥器A、B 塔切換需要切換運(yùn)行，保證干燥器氫氣置換徹底。

（1）氮?dú)庵脫Q氫氣終點(diǎn)判定。采用氫氣純度儀和氫氣檢漏儀同時進(jìn)行確認(rèn)，當(dāng)純度儀測量氫氣純度低于2%（體積比）同時檢漏儀低于25%LEL 時，作為判定氮?dú)庵脫Q氫氣合格的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）空氣置換氮?dú)饨K點(diǎn)判定。采用氧氣濃度儀進(jìn)行測量，當(dāng)氧氣濃度儀氧氣濃度高于20%，作為判定空氣置換氮?dú)夂细竦臉?biāo)準(zhǔn)。

3 效果分析

（1）采用氮?dú)膺M(jìn)行置換時，各階段置換結(jié)束檢測數(shù)據(jù)如表1。

表1 發(fā)電機(jī)各階段置換結(jié)束數(shù)據(jù)檢測

（2）通過氮?dú)庵方尤氚l(fā)電機(jī)二氧化碳置換管道改造，置換時氮?dú)饬髁看螅蟠筇嵘酥脫Q的連續(xù)性。

（3）采用氮?dú)庵脫Q時，發(fā)電機(jī)油氫壓差閥自動調(diào)節(jié)品質(zhì)良好，發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體壓力峰谷值上升或下降明顯（氣體壓力可在20～60 kPa 進(jìn)行快速充放操作，期間油氫壓差均未超過0.085 MPa），單位時間內(nèi)充放次數(shù)明顯多于二氧化碳置換，大大提高了氣體的置換效果，可縮短發(fā)電機(jī)氫氣置換時間8 h（表2）。

表2 改進(jìn)前后發(fā)電機(jī)氣體置換耗時對比

（4）減少發(fā)電機(jī)檢修成本。二氧化碳置換氫氣費(fèi)用主要為二氧化碳?xì)馄抠M(fèi)用。在第一階段，氣瓶用量75 瓶，氣瓶單價60 元，則費(fèi)用4500 元；而氮?dú)庵脫Q費(fèi)用主要為空壓機(jī)、冷干機(jī)、制氮機(jī)耗電費(fèi)（制氮機(jī)功率100 W，可忽略不計），用電707 kW·h，電費(fèi)按0.495 2 元/（kW·h）計，則費(fèi)用為350 元。所以，改進(jìn)后可以節(jié)省4150 元。在第二階段，氣瓶用量45 瓶，則費(fèi)用2700 元；而氮?dú)庵脫Q時用電404 kW·h，則費(fèi)用為200 元。所以，改進(jìn)后可以節(jié)省2500 元。因此，采用氮?dú)庵脫Q方式，每次置換全過程可節(jié)約置換費(fèi)用約6650 元。

（5）通過氮?dú)庵方尤氚l(fā)電機(jī)二氧化碳置換管道硬化，取消二氧化碳匯流排金屬軟管連接，消除軟管接頭漏氣的安全隱患，保護(hù)操作人員的人身安全，同時大大降低了置換時人員搬運(yùn)、更換二氧化碳?xì)馄康墓ぷ鲝?qiáng)度，提高勞動效率。

（6）通過氮?dú)庵脫Q可降低二氧化碳在發(fā)電機(jī)內(nèi)長時間停留形成銅綠的風(fēng)險。

4 結(jié)束語

根據(jù)《汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行導(dǎo)則》規(guī)定的氣體置換基本原則，利用廠內(nèi)現(xiàn)有的制氮設(shè)備及管道，對發(fā)電機(jī)二氮化碳管道實(shí)施氮?dú)庵犯脑?，為發(fā)電機(jī)置換提供滿足置換要求的合格氮?dú)?，完成氫冷發(fā)電機(jī)氣體置換介質(zhì)氮?dú)馓娲ぷ?。以下結(jié)論及建議僅供參考：

（1）作為發(fā)電機(jī)置換中間介質(zhì)，氮?dú)鉂M足《汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行導(dǎo)則》中的氣體置換要求。在電廠配有制氮設(shè)備的情況下，發(fā)電機(jī)氮?dú)夤艿澜尤敫脑烊菀撞僮?、置換簡單，操作安全性高，勞動強(qiáng)度低，置換過程連續(xù)，置換時間少、成本低。

（2）在發(fā)電機(jī)油氫壓差閥自動調(diào)節(jié)品質(zhì)良好的情況下，適當(dāng)提高發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體快速充放壓力峰谷值，可以提高氣體置換效果，進(jìn)一步減少氮?dú)庵脫Q時間。