制冷型氢气除湿器的研制.pdf

4 L6 一 阜 8 4 6 N o 天津电力技术 1 9 9 3 年第二期 制冷型氢气除 湿器 的研制 天 津电力局发电 检修 公司 兰圭 严冬生 天津电力试验研究所冯鑫泉 ； 叭o ， - 内容提要 ：本文介绍 7 Z L 1型氩 气除湿器 。该装置较原常规吸 附 式干燥器效果好 ， 安 全可靠， 维护I作量小， 该装置设计合理I 具有自动保护和监测功 具有推广使用价值。 主舾词 ：氢冷发 电机应 力腐蚀 ) 。复 硷 车 1 、 前言 近来 ， 氢 内冷汽 轮发 电机多次发 生定子 端部 绝缘 损坏和转子 护环应力腐 蚀问题 ， 除 个 别系因制造厂加 工工艺存 在严重 缺 陷外 ， 氢 气湿度 的超 标 也直接 影 响发 电机 绝缘 水 平 ， 井 与护环产 生的应力腐蚀裂纹密切相关 。 解决氢气湿度超 标问题 已引起 有关部 门和专 家的注意 ， 为降低氢气湿度 ， 有些 电厂 已相应 采取 了一 些措施 ； 如 运行 部 门正确调整汽 封 压力 防止油中带水进入 发 电机 内， 控制 氢温 和 内冷水温 ； 检修 部门改进 密封 油系统 防止 漏油 ； 加装氢气 干燥 器等 ， 但是 ， 很 难使氢 气 湿度达到 部颁的标准 ， 为此有必 要研制一 种 有效的新型 除湿器 经过几年的努 力 ， 我们研 制 出一 种利用制冷技术 降温 ， 使氢 中的水 蒸 汽结露 ， 收集后定期排除 ， 以达到降低氢 气含 水里 。 通过半年多的试运 ， 证 明该蛩氢气除湿 器是保证发 电机安全运行 的可靠措 施 ， 也是 目前解决发 电机 内氢湿高 的一种非常有效途 径 2 、 氨气湿 度高的危害 目前 国内大 部分氢冷发 电机氢气湿度超 标 ， 有 的机组 在常压下测 量高达每 立米十几 克 ， 2 0 0 MW 机组 运 行氢 压为 0 2 9 4 MP a ， 如 换 算至 机 内压力其 氢气 湿 度实 际上 已达 到 4 0 g m。 以上 ， 此值 已大大超过部颁规程的规 定值 。2 0 0 MW 发 电机在常 压下氢气湿 度应 在 3 7 5 g m 以下 ， 至于 国外 机组 对氢 气 湿 度的要求就更加严格 ， 如 ； 苏联要求在 任何运 行 方式 下氢 气的相对 湿度 必须在 2 0 以下 ； 美国 WH 公 司对 6 0 0 MW 发 电机 的氢 湿要 求是 0 、 0 4 9 5 g m ， 换 算 至 常 压下 的氢 湿 为 0 0 4 9 5 ( 5 3 +1 ) 一0 3 1 2 g m ； 比利 时对 3 0 0 MW 发 电机的氢 湿要求是 0 3 3 9 g m。 。 为什么 国外对氢 湿的要 求这 么严格?氢 气湿度大会造成什么危害? 原因有以下两点 2 1 在氢 气湿度 高的情况 下运 行的发 电机容 易造成绝缘击穿事 故。 2 1 1 1 9 9 1年 6月 2 3日军粮城 电厂 #5 ( 2 o O MW ) 发 电机发 生静 子引线相 间短路 事故 ， 经分析 原因 主要 是制造 厂在 引线 联接 部分 所包的绝 缘材料不合 格 ， 绝 缘有剥 层现 象 ， 再有焊接工艺和包扎工艺不 良， 在长期运 行 中由于氢气湿度高 ( 常 压下 1 3 g m ) ， 使 电 位外移而造成 短路 。 2 1 2 陡 河 电 厂 # 7发 电 机 ( 2 0 0 MW) ， 在 1 9 8 7年 1月 8日和 同年 5月 2 日相继 发生定子 引线相 间短路 事故 ， 经 专家 调查组 进行 事故 分析认为 ： 故 障发 生处均 为 手包绝缘 ， 当时发 电机氢气湿度为 9 g m ( 常 压下 ) ， 由于 手包 绝缘 质量不 良， 引线处 固有 振动频率 有可 能接近 1 0 0 Hz ， 在运 行 中产 生 机械共振 ， 导致绝缘 损伤 ， 至于机 内氢湿高 ， 可能是导致事故 发生 的一个原 因 。 维普资讯 1 9 9 3年第二期 天津 电力技术 No 4 7 2 2氢 气 湿度 高 是 促 使 转 子 护 环 产 生 应 力腐蚀 裂纹 的重要原 因之一。 应力腐蚀起始裂纹的发生和裂纹的扩展 速度 除与材料有关外 ， 还取决于 村造工 艺中 转子 护环处的园角半 径大小和相 对湿度的大 小 ， 近年来 国内大型 发 电机转子护 环 出现过 多次应力腐蚀J 可题 。 华北 电网在 QF Qs 一2 0 0 2型 、 QF S N2 0 0 2型 及 TB 雪1 _1 0 0 2 型 、 QF S 1 2 5 2型 发 电机上相继发 现过 应 力腐 蚀裂纹 ， 利用断 裂力学分析和 实验结 果 表明护环裂纹最 容易在有水或潮湿的环境 中 产生 ， 为确保护环安全 ， 要求护环周围环境 的 相对湿度应在 5 0 以下 。 鉴于 上述 原 因， 为保证 氢冷发 电机 的安 全 运 行必须 采取 有效 措施 降低 机 内氢 气 湿 度 。 3 、 新型 氢气除湿器的研制 现在国内电机制造厂为发 电机配套的氢 气干燥 器都使用 吸附剂 ( 硅胶或氯 化钙 ) 吸 附 水分以除湿 ， 实际上 一罐硅胶在夏季一周 、 冬 季 1 O 一1 5天即失效 ， 这样就 需要经常拆装氢 气干燥器 ， 取出硅胶再生 ， 除增加 了检修人员 的工作量外， 还增加了不安全因素， 而实际运 行 的氢气干燥器 由于不 能经 常更换硅胶 ， 当 吸附水份饱和后就 起不 到除湿作用 ， 因此 目 前 国内机组的氢气 湿度都大大超 出规 程的要 求 。 为解 决上述问题 ， 我 们研制出 z L一1型 冷 凝式氢气除湿器 ， 并 于 1 9 9 1年 7月在军 粮城 电厂 #6机组 ( 2 0 0 MW) 上安装 试运 ， 经 半年多的试运表明 ， 该装置达到设计要求 ， 除 湿效 果好 ， 维护简单 ， 具 有推广价值 。 3 1主要 技 术 参 数 ： 氢气流量 3 0 L s 机 内工作压力 d 2 9 4 MP a 进 口温度 4 5 进 口氢温含量 1 5 g ma ( 常压 ) 出 口氢湿含量 2 g m ( 常压 ) 3 2设 计 原 理 ： 利用氟利 昂在常温 下汽化 ， 经加 压液化 可吸收和放 出热量 的原理 ， 将 机械能转换 为 热 能的人工制 冷方 式 ， 结合气 体 中含 水量不 同其露 点不 同的物理特征 ， 使之结露或结霜 。 利用来 氢使之溶化成水 ， 然后排 出罐外 ， 使发 电机 内氢气湿度得以降低 。 3 3设 计 原理 图 ： 3 4技 术 性 能 ： 3 4 1 双制式制玲 ： 运行方式灵活， 安 全 可靠 ， 可一备 一运 或同时运行 。 3 4 2 可 长期连续运行 。 3 4 + 3 可进行温度测量 ， 监视并可 自动 控 温 。 3 4 4压 缩机进 出 口压力监视 可 防止 氟利昂泄漏 。 3 4 5 电控部分符合 防爆要求 。 3 + 4 6 改 造后的罐体进 行过压 力容器 核算 ， 满足承压部件要 求 。 3 4 7 机 内氢气湿度在常压下可达 2 g m。 以下 。 土5 运 行时氢温及排水情况 ： 3 5 - 1 据不完全统计 ： 在该除湿器投运 后 的 8 7天 中排水 6 5 k g ， 随着 机 内氢 气温度 的下降 ， 排水量逐渐减少 。 3 5 2 氢湿测量情况： ( 均为常压下数 值 ) 口 1 9 9 1年 7月 2 5 日投 运 前 氢 湿为 1 6 g m 3； 7月 3 1日氢湿为 1 2 4 g m ； 维普资讯 4 8 No 天津 电力技术 1 9 9 3年第二期 8月 z日氢湿为 5 3 g m ； l 0月 2 4日氢湿为 5 3 g m ； 1 1月 1 2日氢湿为 3 g m ； 1 9 9 2 年 1月 1 7日氢湿为 1 9 g m3 ； 发 电机 内氢湿逐渐下 降原 因主要有以下 两点 ： 3 5 2 1 由于氢站来 氢湿度为 8 g m ， 每昼夜需 向机 内补氢 1 2 况 ， 机 内氢湿有再 平衡 问题 ； 3 5 2 2 发 电机密封瓦漏 油进入机 内 ， 由于密封油 中含水量大， 水份挥发 使机 内氢 气湿度增大 。 4 、 结论 z L一1型氢气除湿器在 1 9 9 2年 1月 3 0 日通过天津 电力局 组织的有能 源部 、 华北 网 局 专家参加 的技术鉴定会 。 该装置技术先进 ， 设 计合理 ， 具有对 氢冷发 电机 连续 有效 自动 除湿的功能 ， 该 装置 经过运行 实践证明 ： 比吸 附式干燥器的运 行方式灵活 ， 安全可靠 ， 效果 好 ， 运 行和检修维护量小 ， 其各项技术 指标均 达到部颁标准 该装置本身具有 自动保护和 监测功能 ， 性能和结构居 国内先进水平 ， 具有 推广使用的价值 。 该装置 还应进 一步 完 善 ， 可将进 出 1 3氢 系统 由现有的 小循 环改 为大 循环 ， 以提高 机 内豫韫 效果 ， 解决进 出口氢温差大的问题 ， 以 防止除湿器壁结露 ， 实现氢湿在线监 测。 参考 文献 ： ( 1 ) 氢冷汽轮发 电机 氢气温度标准 。吴惠庭 ( 2 ) 关于护环裂纹的评价 问题 华北电力试验研究 所 ( 接 N o 4 9 ) 的提高 。通过 下式 可以分析 A ma s与 s的关系 。 W2 Ama x= 1 o o xs w 一一空隙尺 寸d 一一线径 为 防止在切换过程中的滤筒 的容积发生 瞬时增 加和减少 ， 而流体又不能及 时溢 出和 补充， 产生液压冲击， 特在滤油器两筒之闻加 设先导 回路 。 在 切换两位 六通联动 阀时 ， 先 打开 先导 球阀 ， 这 样在 下面 操作 两位六通 阀时滤筒 闻 的容 积发 生变化 所 引起 的流量 变 化得 到平 衡 ， 切换完 阀门之后再将先导球 阀截 止 ， 完成 切换 ， 又避 免了i 中击作用 。 在滤 油器 中我们设置压 差表 ， 用 以观测 滤 网内外腔的压差P， 由下面公式可知 ： A 一 Q一流量 r 运动粘度 口一系数 ( 与 材质有关 ) A一 有效 过滤 面积 。 规 定 的 流 量 Q 为 一定 a也 是 一 定 的， 当P增加后 有效过滤面积 A 显著减 少 ， 所 以操 作人员看到Ap增加 到规 定值 时 ， 有