某330 MW機(jī)組發(fā)電機(jī)氫氣干燥器改進(jìn)

錢毅

(南通天生港發(fā)電有限公司，江蘇南通226003)

某電廠2臺330 MW汽輪發(fā)電機(jī)組采用QFSN2-330-2發(fā)電機(jī)，采用水氫氫冷卻方式，即發(fā)電機(jī)采用定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、定子鐵心及其結(jié)構(gòu)件為氫氣表面冷卻。其氫氣干燥器型號為LQS-ⅡCFA，采用壓縮機(jī)冷凝式干燥器，壓縮機(jī)型號為400S2-FW。2005年機(jī)組投產(chǎn)以來，由于氫氣干燥器出現(xiàn)制冷效果不佳的問題，雖經(jīng)多次維護(hù)、檢修，出口氫溫仍未好轉(zhuǎn)。按照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，對300 MW發(fā)電機(jī)，要求氫氣干燥器出口氫溫在額定氫壓下，露點(diǎn)≤-5℃[1]。該廠氫氣干燥器的上述狀態(tài)使發(fā)電機(jī)面臨嚴(yán)重的安全隱患，其在安全性、穩(wěn)定性和可靠性上的欠缺已經(jīng)嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的正常安全運(yùn)行。因此需對現(xiàn)有的干燥器進(jìn)行改進(jìn)。

1設(shè)備原理和結(jié)構(gòu)

氫氣干燥器設(shè)備的工作原理是利用壓縮機(jī)壓縮制冷劑，高壓釋放吸收熱量，對氫氣進(jìn)行冷凝除濕工作，從而達(dá)到干燥氫氣，降低濕度的目的。氫氣干燥器設(shè)備的結(jié)構(gòu)主要有制冷系統(tǒng)、氫氣去濕系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)組成。制冷系統(tǒng)主要有制冷壓縮機(jī)組、熱力膨脹閥、蒸發(fā)器（盤管式結(jié)構(gòu)）組成；去濕裝置主要有回?zé)崞?、冷卻器、貯水箱等組成。電氣控制系統(tǒng)有電氣控制箱、化霜電磁閥、溫度儀、水位控制器、氫路防爆控制閥等組成。系統(tǒng)流程如圖1所示，其工作過程可分兩部分。

（1）制冷系統(tǒng)。制冷壓縮機(jī)吸入從蒸發(fā)器來的低壓制冷劑氣體經(jīng)壓縮后，成為高溫高壓氣體，進(jìn)入冷凝器與水進(jìn)行熱交換，把制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)所吸收的熱量和壓縮機(jī)做功的熱量釋放出來，使高溫高壓蒸汽冷凝為高壓液態(tài)制冷劑；經(jīng)供液閥、干燥過濾器及熱力膨脹閥節(jié)流減壓，進(jìn)入蒸發(fā)器吸收冷卻器內(nèi)氫氣的熱量，使制冷劑沸騰蒸發(fā)為氣態(tài)，經(jīng)低壓管再進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮。如此周而復(fù)始，不斷吸收氫氣的熱量，使氫氣中的水蒸氣的溫度降到露點(diǎn)溫度以下，析出水分，從而達(dá)到制冷去濕的目的。

圖1氫氣干燥器系統(tǒng)流程

（2）氫氣去濕系統(tǒng)。來自發(fā)電機(jī)的熱濕氫氣從去濕裝置進(jìn)口進(jìn)入回?zé)崞髋c冷卻去濕后的冷氫氣進(jìn)行熱交換。通過回?zé)崞鞯臒釢駳錃膺M(jìn)入冷卻器，與制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器表面進(jìn)行熱交換，氫氣溫度下降到露點(diǎn)溫度以下致使氫氣中的水蒸氣凝結(jié)成水和霜，去濕后的氫氣再經(jīng)過回?zé)崞鲝娜裱b置出口進(jìn)入發(fā)電機(jī)。冷卻器排除的凝結(jié)水經(jīng)排水導(dǎo)管進(jìn)入貯水箱，當(dāng)貯水箱的水達(dá)到一定量時，水位控制器便輸出信號報警，此時應(yīng)開啟放水閥排水。

2設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀及分析

2.1壓縮機(jī)工作不正常

由于氫氣干燥器設(shè)備為制造廠配供產(chǎn)品，2005年機(jī)組投產(chǎn)時質(zhì)量不佳；運(yùn)行維護(hù)人員對系統(tǒng)亦不甚了解，設(shè)備維護(hù)不到位，壓縮機(jī)機(jī)械部分長時間運(yùn)轉(zhuǎn)磨損嚴(yán)重，振動增大，壓縮機(jī)的效率變差。2009年更換了1臺裝置的制冷壓縮機(jī)，廠家也多次維修仍未有明顯好轉(zhuǎn)。因此有必要對壓縮機(jī)進(jìn)行徹底檢修、更換。

2.2系統(tǒng)泄漏點(diǎn)多致制冷劑不足

由于氫氣干燥器壓縮機(jī)振動大，造成銅管焊接口破裂，接頭松動造成系統(tǒng)泄漏點(diǎn)增多，由于制冷劑氟利昂的滲透性特別強(qiáng)，其存在泄漏。而蒸發(fā)器結(jié)霜太厚，運(yùn)行時未能及時化霜，再加上干燥過濾器由于系統(tǒng)雜質(zhì)也存在堵塞，干燥器達(dá)不到預(yù)期的效果，制冷效果差。因此有必要對制冷系統(tǒng)管路進(jìn)行檢修、改進(jìn)。

2.3熱力膨脹閥故障

熱力膨脹閥通過感受蒸發(fā)器出口氣態(tài)制冷劑的過熱度來控制進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。熱力膨脹閥體積雖小，但作用巨大，其工作好壞直接決定整個系統(tǒng)的工作質(zhì)量。熱力膨脹閥原理如圖2所示，感溫包感受到蒸發(fā)器出口溫度對應(yīng)的飽和壓力為Pb，在膨脹閥壓力腔上部的膜片僅有Pb存在，膜片的下方有調(diào)整彈簧的彈簧力Pt和蒸發(fā)壓力Po，三者處于平衡時有Pb=Pt+Po。

圖2熱力膨脹閥的原理圖

干燥器設(shè)備剛投入運(yùn)行時，熱力膨脹閥不用調(diào)整，出廠已經(jīng)進(jìn)行了最佳匹配，設(shè)備連續(xù)使用幾年后，由于閥針磨損、系統(tǒng)雜質(zhì)、閥孔堵塞及彈簧彈力減弱等原因影響了開啟度，使熱力膨脹閥偏離了工作點(diǎn)。當(dāng)Pb＜Pt+Po，熱力膨脹閥頂桿、閥芯上移，開啟度過小，造成供液不足，蒸發(fā)器不能充分發(fā)揮效能，制冷量不足；當(dāng)Pb＞Pt+Po，開啟度過大，供液量大于蒸發(fā)器負(fù)荷，部分制冷劑來不及在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，壓縮機(jī)功耗增加會損壞壓縮機(jī)。因此有必要定期檢查調(diào)整熱力膨脹閥，盡量讓熱力膨脹閥工作在最佳匹配點(diǎn)。

3改進(jìn)優(yōu)化措施

通過市場調(diào)研和專題分析，決定在2012年10月機(jī)組大修中對制冷壓縮機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，主要內(nèi)容有：

（1）制冷壓縮機(jī)解體大修，更換閥板組件1套，連桿組件1套（含活塞部件2套），曲軸組件1套，同時更換潤滑油。

（2）對制冷管道進(jìn)行改進(jìn)，如圖1所示，在原化霜管路跟熱力膨脹閥后連接處后端加裝了1只手動閥門，這樣運(yùn)行中可以將制冷系統(tǒng)與冷卻器可靠隔離，在線進(jìn)行檢修，更換膨脹閥。

（3）制冷劑由氟利昂-12（代號R12）改用氟利昂-22（代號R22）。R22的單位容積制冷量比R12大得多，且R12制冷劑對臭氧層有破壞，存在溫室效應(yīng)，我國在2007年已停止了R12制冷劑的生產(chǎn)和新制冷空調(diào)設(shè)備的初裝使用，所以此次干燥器改進(jìn)后不再使用R12制冷劑，消除了制冷劑泄漏污染環(huán)境的可能性，增大了最大產(chǎn)冷量。同時將原R12熱力膨脹閥也更改為進(jìn)口R22膨脹閥。

（4）熱力膨脹閥的型式由內(nèi)平衡式改為外平衡式，由于蒸發(fā)器內(nèi)壓降比較大，造成蒸發(fā)器進(jìn)出口溫度各不相同，采用內(nèi)平衡式膨脹閥會因蒸發(fā)器出口溫度過低而造成熱力膨脹閥過度關(guān)閉，以致膨脹閥喪失對蒸發(fā)器的供液調(diào)節(jié)功能。所以采用外平衡式膨脹閥能避免膨脹閥過度關(guān)閉的情況，保證在蒸發(fā)器內(nèi)壓降大的工況下，蒸發(fā)器能得到正常的供液。

（5）將原筒式過濾器更改為墨西哥進(jìn)口的D84過濾器，有效過濾雜質(zhì)，增加了去濕效果，確保了管路系統(tǒng)暢通和制冷效果。

4改進(jìn)后的效果

整個系統(tǒng)經(jīng)大修改進(jìn)后進(jìn)行1.8 MPa的保壓試驗(yàn)，在24 h內(nèi)壓力下降未超過0.05 MPa，系統(tǒng)無泄漏；系統(tǒng)調(diào)試時進(jìn)行抽真空試驗(yàn)，并加R22氟利昂制冷劑進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，2臺氫氣干燥器出口氫氣溫度均達(dá)到-9℃。改進(jìn)后壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動部件工作正常，無噪音、無震動、無磨損，運(yùn)行安全、穩(wěn)定可靠。制冷管道改進(jìn)后，運(yùn)行中可以將制冷系統(tǒng)與冷卻器可靠隔離，在線進(jìn)行檢修，更換膨脹閥，給檢修維護(hù)帶來便利。制冷劑無泄漏，減少了對周邊環(huán)境污染，減少了運(yùn)行操作。

5結(jié)束語

某330 MW汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)氫氣干燥器實(shí)施改進(jìn)優(yōu)化措施后，目前該設(shè)備一直運(yùn)行良好，該設(shè)備的可靠運(yùn)行成功解決了一直困擾該廠氫氣干燥器出口氫氣溫度超標(biāo)的難題，滿足了機(jī)組運(yùn)行的要求，避免了發(fā)電機(jī)因氫氣濕度大而對主設(shè)備造成的影響，不但為發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行提供了保證，也大大減少了氫氣干燥器的維護(hù)和檢修費(fèi)用，其在安全性和經(jīng)濟(jì)性方面卓有成效?，F(xiàn)場泄漏量減少，滿足了環(huán)保要求。建議在以后的運(yùn)行和維護(hù)中還應(yīng)定期檢查和調(diào)整，盡量延長制冷設(shè)備的運(yùn)行壽命，節(jié)約能源，降低運(yùn)行成本。

[1]DL/T651—1998，氫冷發(fā)電機(jī)氫氣濕度的技術(shù)要求[S].