氫氣系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)的校核

（內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 010206）

1.引言

發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣在發(fā)電機(jī)的兩端風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)下，以閉式循環(huán)的方式在發(fā)電機(jī)內(nèi)部做強(qiáng)制循環(huán)流動(dòng)，使發(fā)電機(jī)的鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組得到冷卻。常溫下的氫氣不怎么活躍，但當(dāng)氫氣與氧氣或空氣混合后，如果被點(diǎn)燃則會(huì)發(fā)生爆炸。所以氫冷機(jī)組中含氧量對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行起到至關(guān)重要的影響。

2.制氫裝置的流程和氣體成分

我廠的制氫系統(tǒng)工藝流程系統(tǒng)是由制氫裝置氫氣系統(tǒng)、氧氣系統(tǒng)和堿液系統(tǒng)組成。

(1)制氫裝置氫氣系統(tǒng)

原料水在電解槽內(nèi)直流電作用下分解，在電解小室的陰、陽極表面分別產(chǎn)生氫氣、氧氣。從電解小室出來的氫氣和堿液的混合物一起通過極框上陰極側(cè)的氣道流出，進(jìn)入氫氣分離器下部，在重力作用下進(jìn)行氣液分離，分離出的氫氣進(jìn)入洗滌器進(jìn)行洗滌和冷卻，然后經(jīng)洗滌器頂部除霧器除去液滴后，經(jīng)氫氣調(diào)節(jié)閥到達(dá)氣動(dòng)三通球閥，由該閥選擇進(jìn)行放空或進(jìn)入干燥部分除濕后進(jìn)入儲(chǔ)存系統(tǒng)備用。

當(dāng)進(jìn)行吸附的吸附器達(dá)到飽和需要進(jìn)行再生時(shí)，由PLC控制相應(yīng)的氣動(dòng)球閥動(dòng)作，使氫氣進(jìn)入需再生的吸附器，升溫帶出飽和的水分，再經(jīng)冷凝分離器將水分冷凝分離，隨后進(jìn)入另一只吸附器，吸附后的氫氣經(jīng)過氫氣過濾器，合格的產(chǎn)品氣送入框架二。

(2)氧氣系統(tǒng)

由電解槽各電解小室陽極側(cè)分解出來的氧氣隨堿液一起，從主極板陽極側(cè)的出氣孔進(jìn)入氧氣管道，再從右端極板流出，進(jìn)入氧分離器，在其內(nèi)與堿液分離，然后經(jīng)氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥排空。

(3)堿液系統(tǒng)

堿液在氫分離器和氧分離器中分離出氫氣和氧氣后，在兩分離器底部的連通管內(nèi)匯合，經(jīng)堿液過濾器去除固態(tài)雜質(zhì)，再進(jìn)入循環(huán)泵，由泵加壓后回到電解槽。在電解槽中，堿液從左端壓板進(jìn)入各主極板的進(jìn)液孔，流經(jīng)各電解小室，在各電解小室中進(jìn)行電解，而后與電解出來的氫氣或氧氣一起，分別從各自的出氣孔進(jìn)入氫氣道或氧氣道，再分別進(jìn)入氫分離器或氧分離器，從而構(gòu)成完整的堿液循環(huán)系統(tǒng)。

通過對(duì)制氫裝置的氣體的純度測(cè)定為氫氣99.9%，氧氣含氧量為0.1%，以這樣的氣體純度進(jìn)入發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)。

3.發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)（含置換介質(zhì)系統(tǒng)）及氫氣壓力自動(dòng)控制裝置能滿足發(fā)電機(jī)充氫、自動(dòng)補(bǔ)氫、排氫及中間氣體介質(zhì)置換工作的要求，能自動(dòng)監(jiān)測(cè)和保持氫氣的額定壓力、規(guī)定純度及冷氫溫度等。氫氣系統(tǒng)中存在的正常漏氫：

（1）氫氣純度分析儀尾氣排至廠房外，所消耗的氫氣每天（24h）約為1.2m3。（2）單流環(huán)式密封油系統(tǒng)中密封瓦氫側(cè)回油所帶出的氫氣量按氫側(cè)排油量的10%（體積含量）計(jì)算。先測(cè)正常情況下的氫側(cè)排油量再計(jì)算每天密封油（氫側(cè)回油）所帶走的氫氣量。（此項(xiàng)耗氫量在3～6m3/d范圍內(nèi)）。（3）密封油氫側(cè)回油全部回至“空氣抽出槽”，再回至汽機(jī)主油箱。因此空氣抽出槽排煙風(fēng)機(jī)處有氫氣是不可避免的（氫含量與氫側(cè)密封油量有關(guān)聯(lián)），因此在排煙風(fēng)機(jī)的排氣口處檢測(cè)到氫氣為正常現(xiàn)象。

4.測(cè)量儀器

使用的便攜式氫氣分析儀是由河南省日立信股份有限公司生產(chǎn)的，技術(shù)參數(shù)如下：

電池：鋰電池6000mAh。

充電電源：220VAC 50Hz。

充電時(shí)間：≤8小時(shí)。

使用時(shí)間：＞10小時(shí)。

氫氣純度測(cè)量參數(shù)：

測(cè)量范圍：90%～100%或0-100%（可選范圍）；

H2/Air：0-10%；

H2/Air：（氮?dú)庵脫Q）；

流量：0.3L/min（300mL/min）。

氧氣測(cè)量參數(shù)：

測(cè)量范圍：0～25%；流量：0.3L/min（300mL/min）。

露點(diǎn)測(cè)量參數(shù)：

測(cè)量范圍：-80℃～+20℃；

應(yīng)用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析，計(jì)量資料用（± s）表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料用n（%）表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

流量：0.3L/min（300mL/min）。

(1)使用方法

①儀表開關(guān)機(jī)，輕按儀表左側(cè)電源按鈕，持續(xù)約5秒鐘系統(tǒng)開始上電初始化，初始化完畢后，自動(dòng)進(jìn)入測(cè)量顯示界面，開機(jī)后系統(tǒng)需要預(yù)熱3～8分鐘（濕度自校準(zhǔn)時(shí)間約6～8min，不含濕度儀表預(yù)熱3min），預(yù)熱完成后才可以進(jìn)行測(cè)量操作；如需要關(guān)閉儀表，測(cè)量工作結(jié)束后，先將被測(cè)氣體氣源關(guān)閉并斷開，流量調(diào)節(jié)閥調(diào)至關(guān)閉狀態(tài)，然后輕輕按下電源鍵，持續(xù)約5秒鐘，系統(tǒng)會(huì)彈出關(guān)機(jī)確認(rèn)對(duì)話框，選擇“是”，再按下ENTER鍵后，儀表就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉了。

②測(cè)量操作，準(zhǔn)備—初始化—預(yù)熱自校準(zhǔn)—測(cè)量界面—開始測(cè)量調(diào)節(jié)流量在0.3L/min。數(shù)值穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)。

(2)注意事項(xiàng)

開機(jī)測(cè)量前確認(rèn)管路是否暢通。測(cè)量時(shí)確保樣氣無油或經(jīng)過濾器過濾，防止儀表管路進(jìn)油。測(cè)量結(jié)束將儀表關(guān)機(jī)，避免電池電量耗盡影響使用。充電時(shí)使用儀表配套充電器，防止電池過充損壞。測(cè)量中注意盡量避免碰撞和劇烈振動(dòng)，碰撞或劇烈振動(dòng)可能導(dǎo)致熱導(dǎo)傳感器損壞。當(dāng)電量不足時(shí)應(yīng)及時(shí)充電，不宜將電全部用光。長期擱置不用，間隔1月左右，檢查電量是否充足，不足時(shí)及時(shí)充電再存放，否則會(huì)影響電池使用壽命。

5.總結(jié)公式和校核

氫氣系統(tǒng)主要的氣體氫氣為主，其他氣體可能為機(jī)組檢修時(shí)退氫氮?dú)夂涂諝獾倪M(jìn)入，氧氣在空氣中所占21%，制氫裝置中出口氣體有0.1%的氧氣，故總結(jié)含氧量計(jì)算公式：

含氧量%=（100-測(cè)量的氫氣純度數(shù)值）×21%+0.1

表1 在機(jī)組氫氣干燥器前后測(cè)量的數(shù)據(jù)

6.數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)來自12臺(tái)機(jī)組，其中有空冷機(jī)組，60萬機(jī)組，30萬機(jī)組，超臨界機(jī)組。數(shù)據(jù)顯示測(cè)量的數(shù)據(jù)和這個(gè)公式理論值大部分吻合，只有在機(jī)組剛啟機(jī)的時(shí)候數(shù)據(jù)會(huì)有偏差，偏差的原因是機(jī)組退氫使用的氮?dú)庵脫Q氫氣的方法。需要檢修才會(huì)用空氣置換氮?dú)膺M(jìn)行檢修操作，如果對(duì)氫氣系統(tǒng)沒有檢修需要機(jī)組氫氣系統(tǒng)充實(shí)的為氮?dú)?，在機(jī)組剛剛啟動(dòng)時(shí)漏氣現(xiàn)象較少，空氣進(jìn)入量較少，除氫氣以外氮?dú)夂枯^多，空氣較少會(huì)出現(xiàn)與公式計(jì)算值偏離問題。

7.結(jié)論

這個(gè)公式可以作為氫氣和含氧量日常數(shù)據(jù)的校核方法，來判斷儀器的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)儀器故障，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。