摘要：本文针对制氢站氢气露点不合格的情况，根据有关标准分析了湿度超标对发电机的危害，指出了超标的主要原因及防治措施，确保新鲜氢气露点满足发电机安全运行的要求。
关键词：氢气；湿度；分子筛；防止措施
前言
发电机内氢气湿度的大小与制氢站供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气的湿度有直接关系，因而应当限制其在允许的范围内，这是降低发电机内氢气湿度的首要环节，尤其是在发电机氢气系统严密性差、氢气纯度不好，需要大量和频繁补氢以及汽轮机透平油中带水和发电机氢气外循环系统没有足够去湿能力的情况下，尤需严格控制新鲜氢气的湿度。但由于氢气湿度不合格带来的“慢性病”，加之管理方面的疏忽，氢气湿度不合格问题依然不同程度存在，应当引起高度警觉和重视方能防患于未然。
1?氢气湿度要求
在《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中明确提出要“严格控制氢冷发电机氢气的湿度在规程允许的范围内，并做好氢气湿度的控制措施”氢气湿度超标的危害，根据DL／T651-1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》的规定，运行中发电机内的氢气湿度应在-25～0℃露点温度。为防止发电机电气绝缘因机内过于干燥而开裂，发电机内的氢气湿度不应低于-25℃露点温度。新的电力行业标准要求供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气在常压下的允许湿度为：新建、扩建电厂（站）：露点温度≤-50℃；已建电厂（站）：露点温度≤-25℃。
2 氢气湿度不合格的危害
2.1氢气湿度过高对转子护环的影响
发生应力腐蚀有3个必要条件：材质，有较大的应力，有腐蚀介质。氢气湿度过高，使发电机转子护环产生应力腐蚀纹损并使裂纹快速发展。护环的应力腐蚀开裂与氢气介质湿度有很大关系，国内护环大多采用18Mn5Cr、18Mn4Cr奥氏体钢，机械性能优良，但在有腐蚀介质，如氯化物、硝酸盐、硫酸盐、亚氯酸盐和氢氧根的情况下，抗应力腐蚀能力下降。氢气相对湿度≤30%，转子应力腐蚀速率几乎不变；当氢气相对湿度在30%～50%，转子应力腐蚀速率略有增长；当氢气相对湿度≥50%，转子应力腐蚀速率以指数级急骤增加。
2.2氢气湿度过高对绝缘性能的影响
氢气在氢冷发电机中主要是起冷却作用。作为冷却介质，时刻与发电机的定子绕组的电气绝缘发生接触。氢气湿度过大，对发电机定子绝缘的影响更大，一是水分在运行中蒸发为水蒸汽，使微细击穿点之间氢气介质导电率升高。二是水汽吸附在绝缘层上，侵入绝缘内部的水将造成内部导体与外部绝缘表面电位相等，成为等电位体，威胁发电机定子绝缘，诱发发电机绝缘事故。
发电机内氢气湿度过高，降低定子的绝缘电气强度，易使定子尽缘薄弱处发生相间短路。如由于制造方面的原因，发电机定子端部绝缘存在水接头和引线两处薄弱环节，均处于高电位，如氢气中含水或水汽严重时，会使绝缘薄弱处对其它线棒击穿放电。氢气相对湿度超出一定限值（80%），定子绝缘缺陷就会加速发展。如氢气相对湿度超出75%，会使转子绝缘强度下降，甚至导致无法开机。
2.3 氢气湿度过低对发电机某些部件的影响
氢气湿度过低，可导致对发电机某些部件产生不利影响，如可导致定子端部垫块收缩和支撑环裂纹。
2.4 对金属构件产生腐蚀
有资料表明，氢气湿度超标是金属50 Mn18Cr4 Wn材质的发电机护环产生应力腐蚀的主要诱因。据有关报道，某电厂发电机（水—氢—氢，200 MW）曾因氢气干燥器停运使发电机内的氢气湿度长期严重超标（露点温度20℃以上），最终造成发电机护环产生多处应力腐蚀裂纹，被迫全部更换护环。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所以，潮湿环境对大型发电机的运行是十分不利的。它将对发电机护环产生腐蚀作用，并溶解和凝聚其它有害元素，使机内构件产生表面凝露，使转子护环受产生附加应力而导致裂纹等危害。
2.5 影响发电机的运行效率
由于氢气中湿度大、水分大，使气体密度增大，增加了发电机通风损耗，降低了发电机的运行效率。
3 某厂制氢站氢气湿度超标事件经过
某厂3号机氢气干燥器在线露点仪改造后调试，使用便携式氢气湿度仪进行手工测试比对，测得发电机氢气露点-19.7℃，折算到氢压下露点为-3.3℃，检查氢气干燥器运行正常。由于该长发电机内最低温度低于5℃，故氢压下氢气露点需小于-5℃才合格，采取换氢28立方，测得发电机氢气露点-17.1℃，折算到氢压下露点为-0.4℃，换氢后露点反而出现下降，判断制氢站补过来的新鲜氢气湿度不合格，测量氢罐氢气露点-20.3℃，不满足制氢站氢气露点小于-25℃的要求。启动二系列制氢设备运行，在线露点显示-69℃，手工测量氢干器入口露点-22.6℃，氢干器出口露点-18.5℃，打开氢干器A侧干燥器的分子筛30%已成粉末板结，B侧干燥器的分子筛20%破碎，更换新的分子筛后，测得氢气氢干器出口露点-61.5℃。
4 制氢站氢气湿度不合格原因
4.1监督管理上的忽视是造成制氢站氢气湿度不合格的原因之一。虽然制氢设备装设了氢气湿度在线监测仪表，但是由于在线湿度仪未进行定期校验，长期抄录在线值，未采用便携式仪表人工采用进行比对监测，不能及时发现氢气湿度超标，而将不合格的氢气补入储氢罐。
目前，对发电机运行中氢气纯度和湿度有要求每天人工取样分析，但未对制氢设备运行中的氢气质量监测做到每天人工监测，对制氢设备和储氢罐的氢气湿度管理存在缺失。
4.2 通常电解制氢，从洗涤器出来的氢气湿度呈饱和状态，必须采取除湿措施才能满足发电机用氢的湿度要求。
氢气干燥器运行的好坏取决于分子筛的活性。一是分子筛运行温度不宜过高，以免在高温下发生破碎现象。二是尽可能减少氢气中携带的碱液，避免分子筛出现中毒。
4.3 储氢系统及补氢管路泄漏导致湿度超标。一是储氢罐消缺时采用水作为中间置换介质，排污不够导致湿度超标。二是由制氢站到发电机的氢气管路密封不好造成氢气受潮。
5 改善氢气湿度的措施
5.1 加强监管
每次开车制氢后，均需采用便携式氢气露点仪检测氢气湿度，和在线进行比对，做好记录，以防止不合格氢气进入储氢罐。同时，定期对储氢罐内氢气进行监测，做好跟踪。
5.2定期更换分子筛，加强再生效果的监视，确保干燥器正常运行
由于干燥器的添加口较小，出现添加口侧分子筛高，对侧分子筛矮，不容易压实，否则分子筛运行和再生过程中容易出现偏流情况，添加新的分子筛时可采用氮气进行吹扫进行调平和压实。两个干燥器的分子筛装填数量必须均匀，否则分子筛再生过程中容易一侧穿透的情况而影响其性能，导出现机械强度下降分子筛破碎粉化而影响除湿效果。
5.3 加强排污管理
5.3.1 制氢设备每次启动前，应对系统中的气体分离器、过滤器、冷却器等进行排污工作，减少分子筛干燥器的工作负担。
5.3.2 储氢罐中氢气湿度受外界环境温度影响较大，气温下降时，往往有轻微结露现象发生，因此排污时段最好选择在夜间进行。储氢罐最好划分成常用罐和备用罐分组运行。常用罐做正常补氢用，每天排污放水1次，备用罐供紧急情况下使用，每3天排污放水1次，在向补氢系统供氢前应测试氢气湿度、纯度达到标准。
5.3.3 消缺时采用水作为中间置换介质的储氢罐应加强排污工作。并监测储氢罐内氢气湿度，不合格时应排空处理。
6 结语
氢冷发电机氢气湿度过大对机组的危害是一个缓慢的过程，充分认识氢气质量对大型发电机安全可靠运行的重要作用，健全对氢气系统管理的责任制，并采取必要的监管措施，督促有关人员共同努力，加强对制氢站氢气质量检测、分析和监督，确保新鲜氢气露点满足发电机安全运行的要求。
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论文作者:汤举
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/31
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