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摘要：目前国内大多数大功率的发电机基本上采用水氢氢冷却方式，本文主要基于某电厂氢气系统调试经验进行讨论，对一些系统改进的经济效益及安全方面进行可行性分析。
关键词：电厂 氢气系统 经济效益 安全
引言
氢气系统作为电厂气体系统的重要组成部分，对电厂安全稳定运行起着至关重要的作用。采用氢气冷却是由于氢气的吸热性好，冷却效果比空气好。但氢气的缺点是渗透性强,容易从设备中渗漏，氢气与氧气、空气混合后，有爆炸危险（氢含量4%～75%）。因此，如何安全的运输、储存和使用氢气对电厂的安全平稳运行具有非常重要的意义。本文根据某电厂在氢气系统调试过程中的一些经验，对氢气系统几个方面的改进进行分析。
1 氢气系统气密性试验和氮气置换阶段
电厂氢气系统的气密性检查是氢气系统启动之前的一道重要的安全屏障，在氢气系统首次启动或者大修之后都必须进行气密性检查。某电厂的现有模式是采用外购液氮和租赁升压设备及聘请专业的技术人员，对液氮进行汽化之后通过升压装置进行升压，然后再充注至氢气系统进行气密性检查（见图1），总费用需要约33000元。
氮气置换过程则是通过上游SGZ（厂用气体贮存及分配系统）系统中低压氮气（0.75MPa）经GB沟管道输送至氢气系统进行置换，置换方式是反复充排，直至氢气系统中氧气含量达到设计值（≤10ppm）。（见图2）
SGZ系统（厂用气体储存及分配系统）除低压氮气还有另外一个子系统中压氮气系统，运行压力为4.7MPa，而氢气系统的运行压力为3.0MPa，气密性检查的要求是运行压力的1.5倍，所以气密性检查的要求压力是4.5MPa。
由此可得知SGZ系统（厂用气体储存及分配系统）的中压氮气是满足氢气系统气密性检查的要求，所以我们可以利用电厂现有的资源和设备对氢气系统进行气密性检查。所以建议：把SGZ系统的中压氮气输送至氢气系统，在管线上增加减压措施（4.7MPa减至气密性检查所需压力），同时把氢气系统的管道、阀门和氢气储罐的耐压等级提高至相对应的压力等级，这样就可以直接利用SGZ系统的中压氮气对氢气系统进行气密性检查，同时也能满足氮气置换工作的需要（见图3）。改进之后的费用估算大约10000元（上游系统液氮采购费用）。流程简化,节省费用，简化设备，安全性更好。
2 氢气置换阶段
在氢气系统完成氮气置换之后，系统里面的氧含量达到设计运行要求（设计要求值是氧气含量≤10ppm），接下来则是进行氢气置换。氢气置换的目的是保证发电机充氢之前系统里面的氢气纯度（设计要求值是≥99.9%）达到运行的要求值。以某电厂为例，氢气的置换模式是由外购氢气输送至氢气系统，然后再进行充排，这样循环多次，直至氢气系统的氢气纯度达到运行要求。从某电厂的调试经验中得出存在一个弊端，氢气的排放口及管道安装在氢气储罐的顶端，在管道的末端安装阻火器，进行排放，同时取样口设置在此管道中部。在氮气置换完成后，氢气储罐里面是完全由氮气覆盖，然后在进行氢气置换的过程中，氢气的分子量是2，氮气的分子量是28，理论上氮气应该是全部沉积在储罐底部，氢气漂浮在储罐中部以上。现在的排放口则是在储罐的顶部，取样口测出的数据是不能代表氢气储罐底部的氢气纯度，这种置换排放方式的后果就是浪费大量的氢气（见图4）。以某电厂氢气置换过程中氢气消耗量可以得出氢气置换所需要的费用：氢气消耗4500m³，氢气价格为1515元/m³，总费用约为4500m³×15元/m³＝67500元。
图5 建议改进的排放方式
建议把氢气的排放口安装在氢气储罐底部，采用底部排放方式。以某电厂调试经验为例，使用一个储罐，采用底部排放的方式（在底部排污管道上安装临时阻火器，从底部排放），置换效率比原有模式提高三分之一。改进后可以提高效率，节省费用，氢气纯度测量更准确。
3 氢气运行阶段
氢气系统在置换完成之后，接下来就是氢气系统的启动运行阶段。以某电厂3、4号机组的输送模式为例，现有的模式是氢气系统上游输送氢气分别至3、4号机组的常规岛发电机用户，但是核岛用户则是在通往4号机组的氢气管线上分出一根支线进行供氢。(见图6)
图7 建议改进的氢气输送模式
从输送的流程中可以看出，如果3号机组启动，则4号机组的氢气管线也将充氢，才能保障3号核岛用户氢气可用。但是这样运行就会存在风险，如果3号已经安装调试完成，4号机组还处于安装阶段，现因3号机组需要用氢，而给4号机组氢气管线充氢，一旦氢气泄漏则后果不堪设想。为了避免这种情况，建议让3号机组和4号机组氢气管线进行独立运行，各不干涉，互不影响。在3号机组母管分一根支线输送氢气至3号机组核岛用户，4号机组母管则供应4号常规岛用户和4号核岛用户。这样便能确保相互独立，安全运行。（见图7）
4 结论
在文中提出气密性检查和氮气置换阶段，利用SGZ系统的中压氮气代替低压氮气，实现一气多用（气密性检查、氮气置换、控制柜氮气保护）；在氢气置换阶段，对氢气的排放口进行变更，可以在一定程度上节省置换过程中的氢气用量；在运行阶段，对供氢管线的变更，能够在一定程度上提高氢气系统的安全性。总的来说，以上几点建议，对于提高电厂的经济效益和安全是有一定的效果的。
参考文献
[1]《汽轮发电机漏水、漏氢的检验》DL/T607-1996.
论文作者:冯志明,许磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/19
标签：氢气论文; 系统论文; 氮气论文; 气密性论文; 电厂论文; 机组论文; 储罐论文; 《电力设备》2017年第13期论文;