設(shè)備管理部汽機專業(yè) 孫偉鋼
[摘 要] 本文對1號機組新裝氫氣干燥裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理、特點作了介紹，對比了同類產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)缺點，分析了運行中存在的問題和使用注意事項，討論了吸附式氫氣干燥器的發(fā)展方向，供相關(guān)工程技術(shù)人員參考。
[關(guān)鍵詞] 氫氣干燥裝置 特點 吸附劑 前、后置過濾器 內(nèi)置風機 人機界面 控制系統(tǒng) 液位報警 氣體置換
一、概述
我公司1號發(fā)電機組原氫氣干燥裝置是1995年由上海電機廠配套的DGH-1型吸附式氫干燥裝置，該裝置有兩個吸收塔和吸濕、再生兩套回路，一塔置于吸濕回路除濕運行，另一塔置于再生回路再生運行，定時切換循環(huán)工作，通過外置專用磁力風機增壓實現(xiàn)系統(tǒng)氫氣干燥循環(huán)和再生循環(huán)。該裝置結(jié)構(gòu)繁瑣、體積龐大、接口較多導致泄漏點不容易察覺；外置的磁力風機維修裝配極不方便，風機內(nèi)的滑片為易損件，檢修周期短費用高；控制模式落后，操作很不方便，加上設(shè)備老化等因素導致1號發(fā)電機內(nèi)的氫氣露點逐年升高，不能滿足發(fā)動機安全運行的要求。為此在2011年1號機組B級檢修時，決定更換該氫干燥裝置。根據(jù)調(diào)研和競標，最終采用了QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置。
二、新裝氫氣干燥裝置的結(jié)構(gòu)特點
QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置為第三代吸附式氫氣干燥裝置，其主要結(jié)構(gòu)和工作方式與目前國內(nèi)其它廠家生產(chǎn)的同類產(chǎn)品及我公司7、8號機配套的氫氣干燥裝置類似，都是由兩個吸收塔和吸濕、再生兩套回路構(gòu)成，一塔置于吸濕回路除濕運行，另一塔置于再生回路再生運行，由PLC自動控制進行切換循環(huán)工作，原理這里不再贅述，下面是其主要不同特點：
1、配備有旋風氣液分離過濾結(jié)構(gòu)的前置過濾器和后置過濾器，前置過濾器可有效地阻止油汽及灰塵進入吸濕塔，提高吸附劑的使用壽命，減少清理污染的工作。后置過濾器可防止干燥劑粉塵流到發(fā)電機，不會對發(fā)電機產(chǎn)生污染，同時，當發(fā)電機漏油時，阻止可能沿著回氫管壁流下來的油進入吸濕塔內(nèi)污染吸濕劑。
2、前、后置過濾器上都裝有液位探測裝置，當油位達到一定高度時，可發(fā)出報警信號提示排放，同時啟動防爆電磁閥，封閉氫氣進口，卻保油污及灰塵不會進入吸濕塔造成干燥器的損壞，不懼怕發(fā)電機大量漏油。
3、采用專利技術(shù)的漩渦式內(nèi)置風機，最高可產(chǎn)生大約1200毫米高水柱的氫氣壓力差，和約140 Nm3/h的氫氣流量。無論發(fā)電機是否運轉(zhuǎn)，都能提供足夠的氫氣干燥循環(huán)流量，使發(fā)電機內(nèi)氫氣的濕度保持達標，無須另配專門的氫氣循環(huán)風機。
4、由于內(nèi)置風機的風壓較高，因此在加熱再生階段，內(nèi)置風機可以工作在較低的轉(zhuǎn)速（600轉(zhuǎn)）即可獲得合適的再生氣流，只有在發(fā)電機停止運行需要繼續(xù)干燥氫氣的時候才全速運轉(zhuǎn)，因此可以大幅度提高風機電機的使用壽命。
5、控制系統(tǒng)較為先進，高分辨率全彩色大屏幕觸控式“人機界面”，配合功能完備的操作軟件，畫面色彩鮮艷、元素豐富、功能強大，具備工作情況動畫模擬、運行模式和參數(shù)在線顯示和設(shè)置、操作幫助提示、故障提示和查詢、手動操作、測試運行等實用功能，操作簡單方便，運行情況直觀明了，其設(shè)計原則是：“沒有誤操作的可能”。
6、有兩種自動工作模式：高風量快速吹冷再生的高效工作模式和定時切換工作模式。
7、設(shè)計了更好的氣體置換方式，可與發(fā)電機一同進行氣體置換，僅需操作干燥器上的相關(guān)閥門即可干凈徹底的完成氣體置換工作，減少了勞動
8、再生系統(tǒng)的汽水分離器設(shè)計有液位探測裝置，當自動排水閥發(fā)生堵塞，汽水分離器內(nèi)的水位升高到一定程度時，可報警提示手動放水和清洗自動排水閥。
9、一體化結(jié)構(gòu)，體積小巧，結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計有全可拆卸的標準型材結(jié)構(gòu)的外殼，設(shè)備外觀整潔美觀，便于運輸、安裝和維護。
三、實際使用中的情況和問題分析
筆者調(diào)查了其它廠家?guī)追N吸附式氫氣干燥器的實際使用情況，結(jié)合我廠2種吸附式氫氣干燥器的使用情況，逐項進行分析如下：
1、前、后置過濾器
我廠發(fā)電機基本無漏油情況，但QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置經(jīng)過一年多的運行后，其前置過濾器底部發(fā)現(xiàn)存在少量的液態(tài)油，分析原因為少量的密封油會通過軸瓦擴散到發(fā)電機內(nèi)的氫氣中，使氫氣含油。這也是發(fā)電機內(nèi)水分的主要來源方式，即使少量的油進入吸收塔，也會降低吸濕劑的使用壽命，因此配置良好的過濾器是非常必要的，尤其對于漏油嚴重的發(fā)電機意義更加重大。為防止?jié)M油后對設(shè)備造成危害，過濾器上裝有液位探測報警裝置顯然也是必要的。
2、吸濕劑
QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥器吸附劑采用球狀直徑5-7毫米的活性氧化鋁顆粒，使用一年多的過程中，再生溫度在150℃左右，發(fā)電機內(nèi)的氫氣濕度始終保持在-10℃以下，能夠很好的滿足發(fā)電機的除濕要求。
必須說明的是，部分廠家生產(chǎn)的吸附氫氣干燥裝置采用13X分子篩作為吸濕劑，13X分子篩和活性氧化鋁在相同的再生溫度下對比，除持續(xù)吸水能力略好于活性氧化鋁外，其硬度（耐壓程度）、磨耗率、壽命等指標均不如活性氧化鋁。最重要的是完全再生的13X分子篩置于空氣中時會吸收5-6體積的大量空氣，裝置首次投入運行，在加熱再生時會集中放出，可在再生回路中同氫氣形成可爆炸或燃燒的混合氣，有很大的安全隱患，活性氧化鋁吸收空氣的情況則很微小，相對安全得多，因此，建議不要采用13X分子篩作為吸濕劑，這一點應(yīng)該引起相關(guān)廠家及工程技術(shù)人員的足夠重視。
3、電氣控制方面
目前各廠家的氫氣干燥裝置電氣控制都采用PLC（可編程控制器）進行自動控制，采用圖文或文本式的人機界面來設(shè)置運行參數(shù)，顯示工作狀態(tài)、運行過程、參數(shù)和數(shù)據(jù)值等，在正常情況下，都能良好的控制設(shè)備自動運行，但在非正常情況下大都存在一些問題，比如，有些廠家的設(shè)備在運行中突然斷電短時間又復電后，運行狀態(tài)復位到初始運行狀態(tài)，由于控制開關(guān)處于“運行”位置，因此會重新運行，如果斷電前運行在相反的工作狀態(tài)，如A塔加熱再生B塔吸濕運行，復電后工作狀態(tài)復位到初始運行狀態(tài)的A塔吸濕運行B塔加熱再生，從而將內(nèi)部高溫再生中的塔置于吸濕回路中，使高溫、高濕的水汽直接進入發(fā)電機，對發(fā)電機造成危害，甚至影響發(fā)電機的安全運行；多數(shù)廠家的設(shè)備在再生循環(huán)風機故障或冷卻水不流通時，高溫再生的塔在定時冷卻時間內(nèi)不能被冷卻下來，內(nèi)部仍然是高溫，設(shè)備仍然會按照預定的程序定時切換工作狀態(tài)，從而使高溫、高濕的水汽直接進入發(fā)電機，對發(fā)電機造成危害，而這種危害由于設(shè)備不報警，通常不能被立即發(fā)現(xiàn)，會對發(fā)電機造成持續(xù)的危害，安全隱患很大。
QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置控制方面則比較細致，各種運行情況和故障情況考慮的較為全面，工作狀態(tài)控制和塔內(nèi)溫度掛鉤，在任何情況下都不會發(fā)生上述情況。該裝置最大的特點是全智能的運行模式和“傻瓜”式的操作工作性能，沒有誤操作的可能，并具有功能完備的操作軟件和高分辨率彩色觸控“人機界面”。具備運行參數(shù)設(shè)置、運行狀態(tài)動畫顯示監(jiān)控、操作幫助提示、歷史運行記錄、故障提示和查詢、測試操作和測試運行等功能，所有畫面操作均有漢字或圖形提示，使用操作簡單方便，并且具有一鍵恢復功能，參數(shù)設(shè)置不適當時可將所有參數(shù)恢復到出廠默認設(shè)置。裝置所有器件的測試、檢驗、調(diào)試和試運行等都可在人機界面上操作完成，非常方便，值得借鑒和推廣。
4、內(nèi)置風機的型式
目前各種型號的吸附式氫氣干燥裝置大多采用離心式內(nèi)置風機，風扇直徑在240毫米左右，工作在2800轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的風壓差大約為30到50毫米高水柱，遠遠小于發(fā)電機風扇前后350毫米高水柱的氫氣壓差，只能在吸附劑加熱再生時提供再生循環(huán)氣流，并不能提供和維持發(fā)電機的氫氣干燥循環(huán)的氣流。因此，為了保障氫氣干燥裝置在任何情況下均有足夠的干燥流量，都另外配置了氫氣循環(huán)風機裝置來提供動力，強制循環(huán)，從而使發(fā)電機內(nèi)保持較低的氫氣濕度。比如，我廠1、2號機原來配置的是磁力傳動風機，7、8號機配置的是雙塔式直徑600毫米的離心式內(nèi)置氫氣循環(huán)風。
由于離心式內(nèi)置風機連續(xù)工作在2800轉(zhuǎn)以上，所以電機壽命較短，每2－3年就要更換一次內(nèi)置風機電機，增加了維護工作量。
QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置采用專利技術(shù)的漩渦式內(nèi)置風機，這種風機具有體積小、重量輕，效率高，流量大，風壓適中等特點，在發(fā)電機標準氫氣壓力（0.35MPa）下，直徑240毫米的風機可產(chǎn)生1000毫米高水柱以上的風壓差和140 Nm3/h的氫氣流量,無論發(fā)電機是否運轉(zhuǎn)，都能提供足夠的氫氣干燥循環(huán)流量，使發(fā)電機內(nèi)氫氣的濕度保持達標。最重要的是這種風機無相對摩擦，無需潤滑油潤滑，不會對氫氣造成任何污染，不怕管路閥門關(guān)閉不通（憋壓），內(nèi)部有氣隙方便氣體置換，并且適合內(nèi)置于密封容器內(nèi)工作等特點。
由于內(nèi)置風機的風壓較高，因此在加熱再生階段，內(nèi)置風機可以工作在較低的轉(zhuǎn)速（600轉(zhuǎn)）下即可以獲得合適的再生氣流，吸濕階段則停止運行，因此可以大幅度提高風機電機的使用壽命。在再生冷卻階段，內(nèi)置風機可以全速運轉(zhuǎn)，高風量快速冷卻吸收塔，使再生冷卻時間縮短2/3 ，可提高除濕效率25%以上，高效率運行。在發(fā)電機停止運行而需要繼續(xù)干燥氫氣的時，內(nèi)置風機可以全速運轉(zhuǎn)，功能等同于氫氣循環(huán)風機。
我廠換裝該設(shè)備后，第一次投入運行時，在高效運行模式下，設(shè)備投運后約24小時，發(fā)電機內(nèi)氫氣露點由24℃降到－5℃以下，除濕效果明顯。
QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置無須另行配置氫氣循環(huán)風機，因此節(jié)省了設(shè)備投資，節(jié)省了安裝空間，簡化了系統(tǒng)，減少了泄漏點和故障點，從而減少了維護工作量和運行成本，而且可實現(xiàn)高效運行模，因此，這項技術(shù)應(yīng)該推廣應(yīng)用。
5、自動排水器堵塞的對策
吸附式氫氣干燥裝置自動排水器在使用一段時間后可能發(fā)生堵塞，不能自動排水，當水分離器滿后，會堵塞再生循環(huán)回路，使干燥器不能正常運行，甚至使內(nèi)置風機受潮而燒壞。目前，大多數(shù)吸附式氫氣干燥裝置在自動排水器堵塞時無報警，往往到發(fā)電機濕度較高時或設(shè)備發(fā)生損壞后才被發(fā)現(xiàn)，使故障影響擴大化。
QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置在再生系統(tǒng)的汽水分離器內(nèi)設(shè)計有液位探測裝置，當自動排水閥發(fā)生堵塞，汽水分離器內(nèi)的水位升高到一定程度時，可報警提示手動放水和清洗自動排水閥，增加了設(shè)備的可靠性。
6、氣體置換的要求
用二氧化碳或其它惰性氣體對干燥器進行氣體置換的目的是排除設(shè)備內(nèi)部容器中的空氣或氫氣，使其中不存在可燃燒或爆炸的混合氣體，保證設(shè)備和人身安全。在最初啟動前或每次干燥器排氫減壓后、投運前都必須進行氣體置換。
吸附式氫氣干燥裝置的氣體置換是非常重要的一個環(huán)節(jié)，關(guān)系到設(shè)備的安全運行，因此，必須有足夠和重視和嚴格的操作規(guī)程。必須注意：在干燥器內(nèi)部沒有進行氣體置換前不能通電。如果干燥器沒有徹底將空氣置換完全不能操作設(shè)備的按鈕或開關(guān)，只能在安全的位置（遠處）將電源切斷以防止在設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生電火花。
由于吸附式氫氣干燥器的系統(tǒng)比較復雜，吸收回路和再生回路各自獨立，因此，內(nèi)部氣體不容易置換完全，并且吸收回路和再生回路一定要分別置換。目前，各廠家生產(chǎn)的吸附式氫氣干燥裝置氣體置換操作都比較繁瑣，需要多次反復進行置換操作才能將干燥器內(nèi)的空氣含量降低到標準要求以下，這方面仍有待相關(guān)技術(shù)人員開發(fā)設(shè)計簡單方便、置換完全的氣體置換操作方式和工藝。
四 結(jié)語
科學技術(shù)的飛速發(fā)展以及各大電廠對發(fā)電機內(nèi)氫氣含量標準、規(guī)范的重視與執(zhí)行，促使氫氣干燥技術(shù)迅速發(fā)展。吸附式氫氣干燥裝置目前已發(fā)展到第三代，在性能、外觀、使用操作、裝配工藝等方面都有了很大的進步，但在制造工藝、原件和部件的耐用程度等方面還有所欠缺，控制細節(jié)、非正常工作狀態(tài)時的智能化保護等方面還有所不足，希望以上的分析討論能對設(shè)計單位和使用單位的相關(guān)技術(shù)人員提供參考，對吸附式氫氣干燥裝置的發(fā)展和應(yīng)用有所幫助。