設(shè)備管理部汽機(jī)專業(yè) 孫偉鋼
[摘 要] 本文對1號機(jī)組新裝氫氣干燥裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理、特點(diǎn)作了介紹，對比了同類產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，分析了運(yùn)行中存在的問題和使用注意事項(xiàng)，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(diǎn) 吸附劑 前、后置過濾器 內(nèi)置風(fēng)機(jī) 人機(jī)界面 控制系統(tǒng) 液位報(bào)警 氣體置換
一、概述
我公司1號發(fā)電機(jī)組原氫氣干燥裝置是1995年由上海電機(jī)廠配套的DGH-1型吸附式氫干燥裝置，該裝置有兩個(gè)吸收塔和吸濕、再生兩套回路，一塔置于吸濕回路除濕運(yùn)行，另一塔置于再生回路再生運(yùn)行，定時(shí)切換循環(huán)工作，通過外置專用磁力風(fēng)機(jī)增壓實(shí)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(dǎo)致泄漏點(diǎn)不容易察覺；外置的磁力風(fēng)機(jī)維修裝配極不方便，風(fēng)機(jī)內(nèi)的滑片為易損件，檢修周期短費(fèi)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(dǎo)致1號發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣露點(diǎn)逐年升高，不能滿足發(fā)動機(jī)安全運(yùn)行的要求。為此在2011年1號機(jī)組B級檢修時(shí)，決定更換該氫干燥裝置。根據(jù)調(diào)研和競標(biāo)，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(diǎn)
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(jī)配套的氫氣干燥裝置類似，都是由兩個(gè)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(yùn)行，另一塔置于再生回路再生運(yùn)行，由PLC自動控制進(jìn)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(diǎn)：
1、配備有旋風(fēng)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(jìn)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(jī)，不會對發(fā)電機(jī)產(chǎn)生污染，同時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)漏油時(shí)，阻止可能沿著回氫管壁流下來的油進(jìn)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(dāng)油位達(dá)到一定高度時(shí)，可發(fā)出報(bào)警信號提示排放，同時(shí)啟動防爆電磁閥，封閉氫氣進(jìn)口，卻保油污及灰塵不會進(jìn)入吸濕塔造成干燥器的損壞，不懼怕發(fā)電機(jī)大量漏油。
3、采用專利技術(shù)的漩渦式內(nèi)置風(fēng)機(jī)，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(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)，都能提供足夠的氫氣干燥循環(huán)流量，使發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的濕度保持達(dá)標(biāo)，無須另配專門的氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)。
4、由于內(nèi)置風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓較高，因此在加熱再生階段，內(nèi)置風(fēng)機(jī)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(jī)停止運(yùn)行需要繼續(xù)干燥氫氣的時(shí)候才全速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此可以大幅度提高風(fēng)機(jī)電機(jī)的使用壽命。
5、控制系統(tǒng)較為先進(jìn)，高分辨率全彩色大屏幕觸控式“人機(jī)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(qiáng)大，具備工作情況動畫模擬、運(yùn)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(yùn)行等實(shí)用功能，操作簡單方便，運(yùn)行情況直觀明了，其設(shè)計(jì)原則是：“沒有誤操作的可能”。
6、有兩種自動工作模式：高風(fēng)量快速吹冷再生的高效工作模式和定時(shí)切換工作模式。
7、設(shè)計(jì)了更好的氣體置換方式，可與發(fā)電機(jī)一同進(jìn)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(jì)有液位探測裝置，當(dāng)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(shí)，可報(bào)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(jì)有全可拆卸的標(biāo)準(zhǔn)型材結(jié)構(gòu)的外殼，設(shè)備外觀整潔美觀，便于運(yùn)輸、安裝和維護(hù)。
三、實(shí)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(shí)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(xiàng)進(jìn)行分析如下：
1、前、后置過濾器
我廠發(fā)電機(jī)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(yùn)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?yàn)樯倭康拿芊庥蜁ㄟ^軸瓦擴(kuò)散到發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣中，使氫氣含油。這也是發(fā)電機(jī)內(nèi)水分的主要來源方式，即使少量的油進(jìn)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(yán)重的發(fā)電機(jī)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(bào)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(jī)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(jī)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(biāo)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(shí)會吸收5-6體積的大量空氣，裝置首次投入運(yùn)行，在加熱再生時(shí)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(diǎn)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(jìn)行自動控制，采用圖文或文本式的人機(jī)界面來設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，顯示工作狀態(tài)、運(yùn)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(yùn)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(yùn)行中突然斷電短時(shí)間又復(fù)電后，運(yùn)行狀態(tài)復(fù)位到初始運(yùn)行狀態(tài)，由于控制開關(guān)處于“運(yùn)行”位置，因此會重新運(yùn)行，如果斷電前運(yùn)行在相反的工作狀態(tài)，如A塔加熱再生B塔吸濕運(yùn)行，復(fù)電后工作狀態(tài)復(fù)位到初始運(yùn)行狀態(tài)的A塔吸濕運(yùn)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(jìn)入發(fā)電機(jī)，對發(fā)電機(jī)造成危害，甚至影響發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行；多數(shù)廠家的設(shè)備在再生循環(huán)風(fēng)機(jī)故障或冷卻水不流通時(shí)，高溫再生的塔在定時(shí)冷卻時(shí)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(yù)定的程序定時(shí)切換工作狀態(tài)，從而使高溫、高濕的水汽直接進(jìn)入發(fā)電機(jī)，對發(fā)電機(jī)造成危害，而這種危害由于設(shè)備不報(bào)警，通常不能被立即發(fā)現(xiàn)，會對發(fā)電機(jī)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(xì)致，各種運(yùn)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(diǎn)是全智能的運(yùn)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(jī)界面”。具備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行狀態(tài)動畫顯示監(jiān)控、操作幫助提示、歷史運(yùn)行記錄、故障提示和查詢、測試操作和測試運(yùn)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(fù)功能，參數(shù)設(shè)置不適當(dāng)時(shí)可將所有參數(shù)恢復(fù)到出廠默認(rèn)設(shè)置。裝置所有器件的測試、檢驗(yàn)、調(diào)試和試運(yùn)行等都可在人機(jī)界面上操作完成，非常方便，值得借鑒和推廣。
4、內(nèi)置風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)，風(fēng)扇直徑在240毫米左右，工作在2800轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)壓差大約為30到50毫米高水柱，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)電機(jī)風(fēng)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(shí)提供再生循環(huán)氣流，并不能提供和維持發(fā)電機(jī)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(fēng)機(jī)裝置來提供動力，強(qiáng)制循環(huán)，從而使發(fā)電機(jī)內(nèi)保持較低的氫氣濕度。比如，我廠1、2號機(jī)原來配置的是磁力傳動風(fēng)機(jī)，7、8號機(jī)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(fēng)。
由于離心式內(nèi)置風(fēng)機(jī)連續(xù)工作在2800轉(zhuǎn)以上，所以電機(jī)壽命較短，每2－3年就要更換一次內(nèi)置風(fēng)機(jī)電機(jī)，增加了維護(hù)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(fēng)機(jī)，這種風(fēng)機(jī)具有體積小、重量輕，效率高，流量大，風(fēng)壓適中等特點(diǎn)，在發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)氫氣壓力（0.35MPa）下，直徑240毫米的風(fēng)機(jī)可產(chǎn)生1000毫米高水柱以上的風(fēng)壓差和140 Nm3/h的氫氣流量,無論發(fā)電機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)，都能提供足夠的氫氣干燥循環(huán)流量，使發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的濕度保持達(dá)標(biāo)。最重要的是這種風(fēng)機(jī)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(diǎn)。
由于內(nèi)置風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓較高，因此在加熱再生階段，內(nèi)置風(fēng)機(jī)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(yùn)行，因此可以大幅度提高風(fēng)機(jī)電機(jī)的使用壽命。在再生冷卻階段，內(nèi)置風(fēng)機(jī)可以全速運(yùn)轉(zhuǎn)，高風(fēng)量快速冷卻吸收塔，使再生冷卻時(shí)間縮短2/3 ，可提高除濕效率25%以上，高效率運(yùn)行。在發(fā)電機(jī)停止運(yùn)行而需要繼續(xù)干燥氫氣的時(shí)，內(nèi)置風(fēng)機(jī)可以全速運(yùn)轉(zhuǎn)，功能等同于氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)。
我廠換裝該設(shè)備后，第一次投入運(yùn)行時(shí)，在高效運(yùn)行模式下，設(shè)備投運(yùn)后約24小時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣露點(diǎn)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(fēng)機(jī)，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(diǎn)和故障點(diǎn)，從而減少了維護(hù)工作量和運(yùn)行成本，而且可實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行模，因此，這項(xiàng)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(shí)間后可能發(fā)生堵塞，不能自動排水，當(dāng)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(yùn)行，甚至使內(nèi)置風(fēng)機(jī)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(shí)無報(bào)警，往往到發(fā)電機(jī)濕度較高時(shí)或設(shè)備發(fā)生損壞后才被發(fā)現(xiàn)，使故障影響擴(kuò)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(jì)有液位探測裝置，當(dāng)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(shí)，可報(bào)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(jìn)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(yùn)前都必須進(jìn)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(gè)環(huán)節(jié)，關(guān)系到設(shè)備的安全運(yùn)行，因此，必須有足夠和重視和嚴(yán)格的操作規(guī)程。必須注意：在干燥器內(nèi)部沒有進(jìn)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(yuǎn)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(fù)雜，吸收回路和再生回路各自獨(dú)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(fù)進(jìn)行置換操作才能將干燥器內(nèi)的空氣含量降低到標(biāo)準(zhǔn)要求以下，這方面仍有待相關(guān)技術(shù)人員開發(fā)設(shè)計(jì)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(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展以及各大電廠對發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣含量標(biāo)準(zhǔn)、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(jìn)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(xì)節(jié)、非正常工作狀態(tài)時(shí)的智能化保護(hù)等方面還有所不足，希望以上的分析討論能對設(shè)計(jì)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。