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摘 要 本文简要介绍了传统氢气干燥器的弊端，对吸附式氢气干燥器改造方案及其优点进行阐述，并对改造后机组运行、节能增效等方面带来的益处进行阐述。
关键词 吸附式；氢气干燥器；氢冷式机组
中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0162-02
我公司原使用的LQS-ⅡC型氢气干燥器，为2台单机，正常一台运行，一台备用。在1年多的运行检测中，氢气去湿效果始终达不到设计要求。在冬季氢气露点温度维持在+3℃―-6℃度之间，夏季氢气露点温度维持在+6℃―-4.8℃度之间，发电机内部氢气湿度在2.8 g/m?-4.0 g/m?之间，去湿能力达不到机组安全运行要求，导致氢气湿度超标现象经常发生。由于单台氢气干燥器不能满足干燥要求，在氢气湿度超标情况下，投入备用氢气干燥器进行氢气去湿，也不能够达到0℃--25℃露点温度，同时该设备运行不稳定，经常发生报警故障及制冷器内部管路堵塞等现象。由于氢气干燥器的去湿效果不佳，导致发电机在线报警装置的准确度降低，给发电机内部故障判断带来很大困难。
1 氢气湿度超标对发电机安全稳定运行的影响
1）氢气湿度超标会导致原子氢进入转子护环钢中，使钢变脆。在高温高压条件下氢对钢有强烈的脆化作用。①溶解于钢的晶格原子氢在随后的缓慢变形中引起脆化作用，而钢的组织并无变化；②氢向钢的内部扩散，与钢中渗碳体发生化学反应，生成的甲烷在钢中扩散能力很小，聚集在晶界上原有的空隙内，形成局部高压，使晶界变宽，引起脆化，损坏发电机护环并产生金属应力腐蚀。据国家权威部门，对非18Cr18Mn材料的护环试验，氢气相对湿度在50%以上时，对其应力腐蚀将急剧加速，即使是采用18Cr18Mn材料的护环，氢气相对湿度在80%以上时，同样会使发电机转子护环产生应力腐蚀。由于应力腐蚀使护环产生裂纹；同时绝缘瓦松动，引起绝缘瓦同护环端部转子线圈摩擦，引起转子线圈接地或短路，造成烧损发电机转子的恶性事故。在此次#2机组C修中已经发现转子汽、励两侧护环下出现较多磨损黄粉现象。
2）氢气湿度超标，使氢气中水分含量提高、介电强度越低，导致定子绕组受潮降低绝缘电阻；从而降低了绝缘表面放电电压，引起定子线圈电晕、闪络和绝缘击穿事故。近年来，国内大型氢冷发电机发生过多起因氢气湿度超标，导致定子线圈绝缘击穿和转子护环裂纹，造成发电机严重损坏及报废事故，此类事故教训惨重。究其原因，与机内氢气湿度超标有着必然联系。因此，降低氢气湿度已成为各发电公司和科研机构研究的重要课题。同时氢气中湿度大，水分高，使得气体密度增大，增加了发电机通风损耗，严重降低发电机的运行效率。
2 制冷式氢干燥器改造为吸附式干燥器的必要性
1）在国华公司下发的《防止电力生产事故二十五项重点要求实施细则》11.2.2.1条中明确要求，在发电机内压力下，氢气露点温度要在-25-0℃之间。11.2.2.2中要求使用性能优越的吸附式氢气去湿。XQS-DB型分子筛吸附式氢气氢气去湿，该装置采用双塔交替吸附、再生，可连续不断地对氢气进行干燥去湿。氢气露点温度值最低可达-50℃，可以有效地控制发电机内氢气湿度。
2）LQS-ⅡC型氢气去湿除湿、节能、环保效果较差。该型号的氢气去湿运行时间过长，制冷系统各接口及法兰处可能泄露氟利昂，从而造成环境污染。与此同时，补充短缺的氟利昂也一项非常棘手的工作。该种型号的氢气去湿还有一大弊端，没有配套的油过滤器器，因此发电机的油水极易随着热氢进入干燥器的蒸发器内部。油雾附着在蒸发器换热表面，影响冷媒与热氢热交换，去湿效果变差。在这种情况，使用单位不具备检修条件，只能返厂进行处理，增加了维护成本。因此上海电气集团在设计、配套上有所改进，现已经淘汰了LQS-ⅡC型氢气氢气去湿同600MW以上容量发电机组配套。采用新型的XQS-DB型附式氢气去湿，可以满足目前600MW以上机组运行需要。
3）QS-DB型分子筛吸附式氢气去湿，该装置采用双塔交替吸附、再生，可连续不断地对氢气进行干燥去湿。干燥剂的再生采用压力下加热后再冷凝脱水，不消耗再生气体，既节约再生气体又安全简便。该去湿装置具有吸附容量大、性能稳定、环保、节能等优点。去湿装置内置循环风机，当被处理系统中气体无流量或气体流量小的情况，可增大气体流量，尤其在发电机停机情况下，气体干燥效果不受影响。该去湿装置还设计安装了油过滤器，可在气体干燥前先将气体内的油蒸汽去除，既保证了去湿效果又可延长吸附剂的使用寿命。吸附剂采用进口活性氧化铝吸附容量大、化学性质稳定，使用寿命可大于4年（一个大修周期），经干燥出口氢气露点值可达-40℃。
3 氢气干燥器改造的可行性
1）经国华公司技术中心、生产、计划等相关部门专家认真研究，一致认为运用QS-DB吸附式氢气去湿装置，可提高机组输出效率，有效保证主设备的安全、稳定运行，并且简化了单独设立的氢气循环系统，简化了管路设计，废除了氟利昂制冷的弊端，迎合了国家及国华公司节能、环保号召。制冷效果提高后，可大大降低氢气的消耗量，废除了单独的氢气循环系统，可节省较大电量、备件、人员投入费用。
2）国内外解决方案。国内外相关行业在解决大型氢冷机组湿度高的问题上，都是通过把传统的制冷式去湿装置改造为吸附式去湿装置，并且在建的机组都使用吸附式去湿装置。S-DB吸附式氢气氢气去湿装置在国内也受到好评和欢迎。
3）XQS-DB型氢气干燥器应用调研及考察。针对LQS-ⅡC型氢气干燥器在运行中去湿性能差，露点低，制冷效果差的情况，对XQS-DB型分子筛吸附式氢气干燥器应用的电厂进行调研，先后对准格尔电厂（300 MW）、浙江玉环电厂（1000 MW）、华能石洞口（300 MW -600 MW）、山东邹县电厂（1000 MW）、山西兆光电厂（600 MW）、上海外高桥三期（1000 MW）、河北邢台发电有限责任公司（300 MW）进行调研。 在调研的基础上对江苏新中科技股份有限公司进行考察，详细的了解了XQS-DB型分子筛吸附式氢气干燥器的性能、去湿效果，掌握了设备的全部资料。
通过调研以上发电公司及生产厂家调研和上产厂家的考察，改型后使用的XQS-DB型附式氢气干燥器维护简单，设备运行可靠，故障率极低。氢气出口露点是制冷式的6-7倍，有效地防止了氢气中含油、含水量，省略了目前制冷式需要单独使用的氢气循环风机，功率损耗仅为制冷式的50%，并且氢气冷却效果优于国家标准，分子筛吸附式氢气干燥器废除了使用氟利昂制冷，对节能、环保提供了较大空间。
4 氢气干燥器改造后效果及成果推广
1）吸附式氢气干燥器趋势效果非常明显.通过改造前后机内氢气露点趋势图，可以看出机内氢气露点改造后比改造前有明显的下降，露点由-4℃—+6℃，降低到-25℃—-5℃之间，发电机去湿效果明显。湿度数据由改造前的7 g/m2-8.0 g/m2，保持在1.0 g/m2左右。机内氢气露点和湿度完全具备发电机稳定运行的要求。（图1、图2）
2）发电机氢气压力改造前后补氢量变化比较。（图3、图4）
改造前后发电机补氢周期由3.72天/次 上升到4.46天/次，增加了0.74天。全年减少16次补氢次数，减少发电机的补氢量，降低了发电成本。
3）吸附式氢气干燥器去湿效果显著。2009年11月20日，#1机主油箱冷油器渗漏，导致大量水进入密封油系统，引起#1发电机机内湿度偏高，机内漏点温度最高达到4.5℃，氢气干燥器每日排水量大约在1000毫升左右，连续运行三天后，机内露点温度降至 -10.5℃，而制冷式干燥器是达不到这样的去湿效果。
4）吸附式氢气干燥器之后，提高了氢气露点温度和机组输出效率，有效保证主设备的安全、稳定运行，简化了单独设立的氢气循环系统和管路设计，避免了氟利昂制冷的弊端，迎合了国家及国华公司节能、环保号召。制冷效果提高后，降低氢气的消耗量，省去了有的单独的氢气循环系统，可实现能量、设备、人力投入费用。按照目前公司电解水制氢法成本、氢气循环风机耗能、人员维护设备成本等费用折算，大约7个月就可收回投入成本，而且设备运行可靠性提高产生的收益不可估。
此改造效果明显，发电机氢气湿度、露点等指标均得到了优化和提高。已在国华电力系统各600 MW机组得到广泛的推广和应用。目前台山、宁海、定州等电厂均对发电机的干燥装置进行改造计划，采用本单位取得的科技成果对氢气干燥器进行改造，保证发电机氢气系统的稳定。
5 结束语
吸附式氢气干燥器在发电机氢气系统取得了良好的应用，运行中的性能指标均满足发电机氢气湿度需要，完全控制住发电机湿度高的隐患，提高了发电机稳定性能。在节能、环保等方面优化与原干燥器，通过实际的运用，已在推广到国华电力系统的其他电厂，并得以实施。因此吸附式氢气干燥器在600 MW氢冷机组的运用对发电机长期运行具有积极的意义。
参考文献
[1]杨天义.最新发电机组安全运行维护与日常检修调试技术标准实施手册[M].
[2]上海汽轮发电机有限公司发电机说明书[M].
[3]DL/T651-1998氢冷发电机氢气湿度的技术要求[M].
关键词 吸附式；氢气干燥器；氢冷式机组
中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0162-02
我公司原使用的LQS-ⅡC型氢气干燥器，为2台单机，正常一台运行，一台备用。在1年多的运行检测中，氢气去湿效果始终达不到设计要求。在冬季氢气露点温度维持在+3℃―-6℃度之间，夏季氢气露点温度维持在+6℃―-4.8℃度之间，发电机内部氢气湿度在2.8 g/m?-4.0 g/m?之间，去湿能力达不到机组安全运行要求，导致氢气湿度超标现象经常发生。由于单台氢气干燥器不能满足干燥要求，在氢气湿度超标情况下，投入备用氢气干燥器进行氢气去湿，也不能够达到0℃--25℃露点温度，同时该设备运行不稳定，经常发生报警故障及制冷器内部管路堵塞等现象。由于氢气干燥器的去湿效果不佳，导致发电机在线报警装置的准确度降低，给发电机内部故障判断带来很大困难。
1 氢气湿度超标对发电机安全稳定运行的影响
1）氢气湿度超标会导致原子氢进入转子护环钢中，使钢变脆。在高温高压条件下氢对钢有强烈的脆化作用。①溶解于钢的晶格原子氢在随后的缓慢变形中引起脆化作用，而钢的组织并无变化；②氢向钢的内部扩散，与钢中渗碳体发生化学反应，生成的甲烷在钢中扩散能力很小，聚集在晶界上原有的空隙内，形成局部高压，使晶界变宽，引起脆化，损坏发电机护环并产生金属应力腐蚀。据国家权威部门，对非18Cr18Mn材料的护环试验，氢气相对湿度在50%以上时，对其应力腐蚀将急剧加速，即使是采用18Cr18Mn材料的护环，氢气相对湿度在80%以上时，同样会使发电机转子护环产生应力腐蚀。由于应力腐蚀使护环产生裂纹；同时绝缘瓦松动，引起绝缘瓦同护环端部转子线圈摩擦，引起转子线圈接地或短路，造成烧损发电机转子的恶性事故。在此次#2机组C修中已经发现转子汽、励两侧护环下出现较多磨损黄粉现象。
2）氢气湿度超标，使氢气中水分含量提高、介电强度越低，导致定子绕组受潮降低绝缘电阻；从而降低了绝缘表面放电电压，引起定子线圈电晕、闪络和绝缘击穿事故。近年来，国内大型氢冷发电机发生过多起因氢气湿度超标，导致定子线圈绝缘击穿和转子护环裂纹，造成发电机严重损坏及报废事故，此类事故教训惨重。究其原因，与机内氢气湿度超标有着必然联系。因此，降低氢气湿度已成为各发电公司和科研机构研究的重要课题。同时氢气中湿度大，水分高，使得气体密度增大，增加了发电机通风损耗，严重降低发电机的运行效率。
2 制冷式氢干燥器改造为吸附式干燥器的必要性
1）在国华公司下发的《防止电力生产事故二十五项重点要求实施细则》11.2.2.1条中明确要求，在发电机内压力下，氢气露点温度要在-25-0℃之间。11.2.2.2中要求使用性能优越的吸附式氢气去湿。XQS-DB型分子筛吸附式氢气氢气去湿，该装置采用双塔交替吸附、再生，可连续不断地对氢气进行干燥去湿。氢气露点温度值最低可达-50℃，可以有效地控制发电机内氢气湿度。
2）LQS-ⅡC型氢气去湿除湿、节能、环保效果较差。该型号的氢气去湿运行时间过长，制冷系统各接口及法兰处可能泄露氟利昂，从而造成环境污染。与此同时，补充短缺的氟利昂也一项非常棘手的工作。该种型号的氢气去湿还有一大弊端，没有配套的油过滤器器，因此发电机的油水极易随着热氢进入干燥器的蒸发器内部。油雾附着在蒸发器换热表面，影响冷媒与热氢热交换，去湿效果变差。在这种情况，使用单位不具备检修条件，只能返厂进行处理，增加了维护成本。因此上海电气集团在设计、配套上有所改进，现已经淘汰了LQS-ⅡC型氢气氢气去湿同600MW以上容量发电机组配套。采用新型的XQS-DB型附式氢气去湿，可以满足目前600MW以上机组运行需要。
3）QS-DB型分子筛吸附式氢气去湿，该装置采用双塔交替吸附、再生，可连续不断地对氢气进行干燥去湿。干燥剂的再生采用压力下加热后再冷凝脱水，不消耗再生气体，既节约再生气体又安全简便。该去湿装置具有吸附容量大、性能稳定、环保、节能等优点。去湿装置内置循环风机，当被处理系统中气体无流量或气体流量小的情况，可增大气体流量，尤其在发电机停机情况下，气体干燥效果不受影响。该去湿装置还设计安装了油过滤器，可在气体干燥前先将气体内的油蒸汽去除，既保证了去湿效果又可延长吸附剂的使用寿命。吸附剂采用进口活性氧化铝吸附容量大、化学性质稳定，使用寿命可大于4年（一个大修周期），经干燥出口氢气露点值可达-40℃。
3 氢气干燥器改造的可行性
1）经国华公司技术中心、生产、计划等相关部门专家认真研究，一致认为运用QS-DB吸附式氢气去湿装置，可提高机组输出效率，有效保证主设备的安全、稳定运行，并且简化了单独设立的氢气循环系统，简化了管路设计，废除了氟利昂制冷的弊端，迎合了国家及国华公司节能、环保号召。制冷效果提高后，可大大降低氢气的消耗量，废除了单独的氢气循环系统，可节省较大电量、备件、人员投入费用。
2）国内外解决方案。国内外相关行业在解决大型氢冷机组湿度高的问题上，都是通过把传统的制冷式去湿装置改造为吸附式去湿装置，并且在建的机组都使用吸附式去湿装置。S-DB吸附式氢气氢气去湿装置在国内也受到好评和欢迎。
3）XQS-DB型氢气干燥器应用调研及考察。针对LQS-ⅡC型氢气干燥器在运行中去湿性能差，露点低，制冷效果差的情况，对XQS-DB型分子筛吸附式氢气干燥器应用的电厂进行调研，先后对准格尔电厂（300 MW）、浙江玉环电厂（1000 MW）、华能石洞口（300 MW -600 MW）、山东邹县电厂（1000 MW）、山西兆光电厂（600 MW）、上海外高桥三期（1000 MW）、河北邢台发电有限责任公司（300 MW）进行调研。 在调研的基础上对江苏新中科技股份有限公司进行考察，详细的了解了XQS-DB型分子筛吸附式氢气干燥器的性能、去湿效果，掌握了设备的全部资料。
通过调研以上发电公司及生产厂家调研和上产厂家的考察，改型后使用的XQS-DB型附式氢气干燥器维护简单，设备运行可靠，故障率极低。氢气出口露点是制冷式的6-7倍，有效地防止了氢气中含油、含水量，省略了目前制冷式需要单独使用的氢气循环风机，功率损耗仅为制冷式的50%，并且氢气冷却效果优于国家标准，分子筛吸附式氢气干燥器废除了使用氟利昂制冷，对节能、环保提供了较大空间。
4 氢气干燥器改造后效果及成果推广
1）吸附式氢气干燥器趋势效果非常明显.通过改造前后机内氢气露点趋势图，可以看出机内氢气露点改造后比改造前有明显的下降，露点由-4℃—+6℃，降低到-25℃—-5℃之间，发电机去湿效果明显。湿度数据由改造前的7 g/m2-8.0 g/m2，保持在1.0 g/m2左右。机内氢气露点和湿度完全具备发电机稳定运行的要求。（图1、图2）
2）发电机氢气压力改造前后补氢量变化比较。（图3、图4）
改造前后发电机补氢周期由3.72天/次 上升到4.46天/次，增加了0.74天。全年减少16次补氢次数，减少发电机的补氢量，降低了发电成本。
3）吸附式氢气干燥器去湿效果显著。2009年11月20日，#1机主油箱冷油器渗漏，导致大量水进入密封油系统，引起#1发电机机内湿度偏高，机内漏点温度最高达到4.5℃，氢气干燥器每日排水量大约在1000毫升左右，连续运行三天后，机内露点温度降至 -10.5℃，而制冷式干燥器是达不到这样的去湿效果。
4）吸附式氢气干燥器之后，提高了氢气露点温度和机组输出效率，有效保证主设备的安全、稳定运行，简化了单独设立的氢气循环系统和管路设计，避免了氟利昂制冷的弊端，迎合了国家及国华公司节能、环保号召。制冷效果提高后，降低氢气的消耗量，省去了有的单独的氢气循环系统，可实现能量、设备、人力投入费用。按照目前公司电解水制氢法成本、氢气循环风机耗能、人员维护设备成本等费用折算，大约7个月就可收回投入成本，而且设备运行可靠性提高产生的收益不可估。
此改造效果明显，发电机氢气湿度、露点等指标均得到了优化和提高。已在国华电力系统各600 MW机组得到广泛的推广和应用。目前台山、宁海、定州等电厂均对发电机的干燥装置进行改造计划，采用本单位取得的科技成果对氢气干燥器进行改造，保证发电机氢气系统的稳定。
5 结束语
吸附式氢气干燥器在发电机氢气系统取得了良好的应用，运行中的性能指标均满足发电机氢气湿度需要，完全控制住发电机湿度高的隐患，提高了发电机稳定性能。在节能、环保等方面优化与原干燥器，通过实际的运用，已在推广到国华电力系统的其他电厂，并得以实施。因此吸附式氢气干燥器在600 MW氢冷机组的运用对发电机长期运行具有积极的意义。
参考文献
[1]杨天义.最新发电机组安全运行维护与日常检修调试技术标准实施手册[M].
[2]上海汽轮发电机有限公司发电机说明书[M].
[3]DL/T651-1998氢冷发电机氢气湿度的技术要求[M].