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氫冷式發電機氫氣濕度超標的原因以及及對發電機的危害
發表時間:2018-11-20     閱讀次數:     字體:【

氫的性質: 標準狀況下,氫氣密度僅為空氣的 1/14 ,是地球上最輕的物質。氫的分子運動速度最快,從而有最大的擴散速度和很高的導熱性,其導熱能力是空氣的 7 倍。因氫氣的密度很小,其流動阻力也很小。由于以上原因,在型發電機多采用氫冷方式。

常溫下原子氫進入鋼中,使鋼變脆,但這種作用極其緩慢。在高溫高壓條件下(如溫度為 370 ℃ ,壓力為 9.8MPa,氫對鋼有強烈的脆化作用。一是溶解于鋼的晶格中的原子氫在隨后的緩慢變形中引起脆化作用,而鋼的組織并無變化;二是氫向鋼的內部擴散,與鋼中滲碳體發生化學反應,生成的甲烷在鋼中擴散能力很小,聚集在晶界上原有的空隙內,形成局部高壓,使晶界變寬,引起脆化。

引起氫氣濕度超標的原因

1. 氫源濕度大

目前電廠制氫站采用 70℃80 ℃堿性水溶液電解制取氫氣,產品氫氣中不可避免地帶有水分,雖然水冷卻器可以除去部分水分,但效果并不明顯,因此,由于補氫或充氫使大量水分進入發電機內。每天由于補氫而帶入機內的水量為:

Q 1 =ΔUH×AH

式中 ΔUH -----每天的耗氫量(即補氫量), m 3 /d

(對額定氫壓為 PN =0.3MPa的機組,行業標準JB/T6227-92規定, ΔUH ≤14.5 m 3 /d);

AH ------ 補給氫氣的含水量(行業 DL/T651-1998 規定,氫氣露點溫度 td ≤ -25℃、2 ɡ/ m 3 )。

從上式可以看出,若氫氣中含水量大,則補到機內的氫氣濕度將明顯增大。

2. 密封油進入發電機內引起氫氣濕度增大

由于氣輪機軸封結構原因,目前國產機組潤滑油進入水蒸氣,當含有水的油回到主油箱后,由于重力作用,水的大部分將沉淀在主油箱底部,而另一部分一細小水滴方式存在于油流中,被油泵重新打入潤滑油、密封油及調速油系統中。由于目前我國密封油系統的結構是:密封瓦為雙環式,供油系統分為空、氫 2個回路,并且個回路之間相對獨立,如果密封瓦空、氫測油壓完全相等,則在密封瓦兩側的中間帶不會發生竄油現象。為此,設計了用于平衡空、氫兩側油壓的平衡閥,但其設計的靈敏度只能達到147 Pa150mm水柱),也就是說,空氫兩側油壓將有147 Pa的壓差。在這一壓差的作用下,空側油將經密封瓦的中間帶竄入氫側,與氫側油共同排至氫側回油腔。在這一過程中,油中的部分水分將被高溫汽化析出,在風扇的負壓的作用下,隨氫氣進入發電機內,造成氫氣濕度增大。

3. 發電機氫氣冷卻器泄露引起氫氣濕度增大

由于冷卻器銅管破裂或制造存在砂眼,銅管與管板的脹口質量不良,冷卻器密封墊不嚴,并且在運行中冷卻器銅管內水壓較銅管外氫壓高,將發生冷卻水直接漏入氫氣中,造成氫氣濕度增大。

4. 其他原因

由于發電機內部線棒、水接頭、水盒等部位滲水,造成氫氣濕度增大。

氫氣濕度超標對發電機的危害

1. 氫氣濕度超標造成發電機定子線圈端部短路事故

氫氣濕度越高,氫氣中水分越高,氣體的介電強度越低,定子繞組受潮,降低絕緣電阻,從而降低了絕緣表面放電電壓,容易發生閃絡和絕緣擊穿,造成事故。最近幾年來不少電廠已有沉痛教訓,如某發電廠 2 號發電機, 1987 12 月并網發電, 1988 1 25 日正常運行中突然發生定子線圈端部相間絕緣擊穿燒損事故, BC相間端頭短路,在勵側5點鐘位置,線圈水接頭、水盒和過渡引線燒毀,事故當時發電機內氫氣純度99.7 %,機內氫氣露點溫度為 32℃ 。

2. 氫氣濕度超標造成發電機轉子護環產生應力腐蝕

發電機氫氣濕度高,將對其接觸的金屬產生應力腐蝕,而應力腐蝕與金屬氫脆相互起到催化作用。據有關資料介紹,對非 18Cr18Mn 材料的護環,氫氣相對濕度在 50 %以上時,對其應力腐蝕將急劇加速,即使是采用 18Cr18Mn 材料的護環,氫氣相對濕度在 80 %以上時,同樣會使發電機轉子護環產生應力腐蝕。由于應力腐蝕使護環產生裂紋;同時絕緣瓦松動,引起絕緣瓦同護環端部轉子線圈摩擦,引起轉子線圈接地或短路。

3. 影響發電機的運行效率

由于氫氣中濕度大,水分高,使氣體密度增大,增加了發電機通風損耗,降低了發電機的運行效率。


 
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