摘要：某核电厂百万千瓦级发电机在满功率运行期间，氢气干燥器出现出口露点高报警，影响发电机后续安全稳定运行。根据氢气干燥器结构及原理分析，结合现场实际情况，对氢气露点测量探头、干燥塔内加热器、干燥剂及四通阀进行分析排查，发现四通阀装反是造成氢气露点高的主要原因。通过对四通阀方向进行调整，解决了该问题，保证发电机安全稳定运行。
关键词：发电机；氢气；干燥器；露点高
现阶段国内核电厂发电机大多采用水-氢-氢的冷却方式，即定子线圈用水冷却，定子铁芯、转子绕组用氢气冷却。氢气露点（指气体中的水分从未饱和水蒸气变成饱和水蒸汽时的温度，露点值可表示气体湿度大小）过高或过低都会影响发电机运行安全，氢气湿度过低会导致绝缘收缩、定子端部垫块及支撑环损坏[1]，而湿度过高则会产生定子绕组相间短路事故、造成转子护环应力腐蚀、效率下降等。因此每台发电机都配有氢气干燥装置，用来对发电机内进行氢气除湿，而氢气干燥装置的运行情况则直接影响发电机的运行状况。
某核电厂3号机组发电机是由东方电气集团采用Alstom技术生产的TA1100-75型百万千瓦级发电机，正常运行状态下定子内部充满压力为3.0bar.g的氢气，在发电机氢气供应系统中，配有一台BAC-50型吸附式氢气干燥器。该机组在2018年正常运行期间，氢气干燥器进口氢气露点温度最低为-6.9℃（＞10℃报警），出口氢气露点温度最高为20℃（＞0℃报警），并对比其他同类型机组参数，判断氢气干燥器进口及出口露点偏高，影响发电机安全稳定运行。本文对发电机氢气露点高的原因进行了分析，并做出了相应的处理措施。
1氢气露点高原因分析
1.1氢气干燥器工作原理介绍
发电机的安装位置为常规岛+8.5m平台，氢气干燥器的安装位置为发电机正下方的0m平台。氢气从发电机的一端引出进入氢气干燥器，经过干燥后进入发电机的另一端，形成一个大循环回路。氢气干燥器主要由1#与2#干燥塔（包含风机、干燥剂、加热器）、温度压力等测量探头、循环冷却回路、四通切换阀及其他附件组成。
.png)
图1氢气干燥器工作流程图
氢气干燥器工作分为吸湿和再生两个阶段（如图1所示）。若1#干燥塔处于吸湿阶段，则从发电机引入的氢气通过风机进入1#干燥塔，内部氧化铝干燥剂则将氢气中水分进行吸附，干燥后的氢气重新进入发电机，吸湿阶段为8小时。同时2#干燥塔处于再生阶段，通过风机形成再生循环回路，内部加热器对干燥剂进行加热，干燥剂中的水被蒸发，由循环回路通过冷却器进行冷却，最终通过疏水阀排出，达到再生效果，再生阶段为8小时（包括4小时加热，4小时冷却）。
氢气干燥器有两个干燥塔，当一个处于吸湿阶段时，另外一个处于再生阶段，所以能连续对氢气进行干燥。在设定的8小时工作周期内，可编程序控制器自动地通过气动机构控制四通阀门，并将干燥剂饱和的工作塔自动转换到再生工作状态，同时将干燥剂再生完成的干燥塔切换到在线吸湿工作状态，实现设备的自动切换[2]。
1.2氢气露点高问题概述
2018年5月，该电厂3号机组在满功率运行期间，氢气干燥器出现出口氢气露点高报警。经核实干燥器出口露点达20℃，已超过0℃报警值；进口氢气漏露点为-6.9℃，与以往相比有较大提升，现象表明氢气干燥器进口及出口氢气露点均异常。对比同类型1号、2号及4号机组氢气干燥器进口及出口露点情况（如表1所示），出口氢气露点均小于-30℃，进口氢气漏露点均小于-20℃，进一步佐证该电厂3号机组满功率运行期间氢气干燥器进口及出口氢气露点均存在异常，需分析排查。
表1电厂1-4号机组氢气干燥器进出口露点对比
.png)
1.3氢气露点高原因分析
经对供氢站氢气露点、氢气干燥器进出口压力温度、加热器加热温度、冷却水流量等参数分析，并结合氢气干燥器的结构及原理，有以下几个因素可能会导致氢气露点异常,需重点排查处理：
氢气露点测量不准确，即露点测量探头误差大，无法得出真实露点值。
干燥塔内加热器故障，若加热器故障，则加热温度不足，会使氧化铝干燥剂中水分无法完全蒸发，干燥剂再生效果变差。
氢气干燥器干燥剂吸湿能力下降，氧化铝干燥剂失效，无法吸收氢气中的水分，会使氢气露点变高。
四通阀故障，若四通阀密封不严或安装方向错误，则发电机氢气会漏入再生循环回路，干燥塔无法实现再生。
2氢气露点高问题排查及处理
2.1氢气露点测量不准确
经查验氢气干燥器进口及出口露点测量探头检验报告，探头检测合格，测量误差较小，且距离下次校验时间较长。为彻底排除测量探头故障，工作人员分两个阶段进行验证：第一阶段将氢气干燥器进口及出口露点测量探头进行调换，且检查探头安装环境，确保安装部位干燥，调换后观察测量结果，结果与之前相同；第二阶段用重新校验合格的新备件替换原探头，替换后检查更换效果，结果与原测量数据变化不大。
通过排查得出氢气干燥器进出口露点真实高，露点测量问题并不是造成氢气露点高的原因。
2.2干燥塔内加热器故障
为排除加热器故障，工作人员对氢气干燥器两个干燥塔在再生阶段的加热温度进行了检查，发现干燥塔加热2.5h时达到最高加热温度98℃左右。正常情况下，干燥塔加热2.5h时温度可达到163±28℃，对比同类型1号、2号及4号机组氢气干燥器干燥塔加热温度（如表2所示），判断干燥塔加热温度偏低，导致水分无法从干燥剂中充分析出，干燥塔未完全实现再生。
表2电厂1-4号机组氢气干燥器干燥塔加热2.5h时温度对比
.png)
工作人员针对加热器主要从以下几个方面进行排查：检查加热器对地电阻大于5KΩ，测量加热器电阻值为12Ω，均在正常范围内；加热器的接触器吸合，断路器未动作，无短路、开路现象，并测量加热回路电流约8A，对比厂家资料无异常；可编程控制器无输入信号，加热器无故障出现。
根据检查结果，可排除加热器故障，说明干燥器干燥塔加热温度偏低是其他原因造成的，需继续进行排查。
2.3氢气干燥器干燥剂吸湿能力下降
氧化铝干燥剂的更换周期为3～5年，而此设备为2014年出厂，干燥剂有失效的可能。为此，工作人员对旧氧化铝干燥剂进行更换。更换后在前5个工作周期内，氢气干燥器进口及出口露点变小，效果明显，但是之后露点逐渐变大，直至接近干燥剂更换前数据。
由于干燥剂更换初期比较干燥，干燥剂吸湿效果比较明显，所以在前5个工作周期内露点逐渐变小。之后由于干燥剂内部水分无法去除再生，氢气露点继而逐渐升高，可判断氢气露点异常的主要原因不是干燥剂吸湿能力下降。
2.4四通阀故障
现场已排除多项故障可能，根据前期对四通阀检修情况，并结合氢气干燥器出口露点变化情况（在8h工作周期内，前3h先变小后变大，之后逐渐变小），分析出氢气进口四通阀装反或密封不严。当1#干燥塔处于除湿阶段，2#干燥塔处于再生阶段，若氢气干燥器底部进口四通阀方向装反或密封不严，入口氢气则进入处于再生阶段的2#干燥塔，2#干燥塔前4h将干燥剂中的水分加热成水蒸气，在冷却器中冷却并通过疏水阀进行疏水，之后则通过四通阀进入1#干燥塔进行除湿，由于氢气湿度较大，先进行除湿露点变小，待干燥剂吸收饱和后露点逐渐变大。2#干燥塔3h左右可完成水分蒸发，循环气流湿度减少，1#干燥塔可继续工作，氢气干燥器出口露点逐渐变小，与实际出口露点趋势相同。
进口四通阀装反或密封不严，会导致2#干燥塔再生回路流量变大，从而造成干燥塔加热温度偏低。通过分析可知氢气干燥器进口四通阀装反或密封不严是造成氢气露点高的主要原因。
现场将四通阀进行了拆除，并分两步验证其功能：第一步，将四通阀放置于阀门检修平台，阀门进口冲压，检测其他出口是否有气体溢出，通过验证，阀门严密性良好，不会发生窜气现象；第二步，根据阀门拆除时标志，并结合干燥塔工作状态，通过流程图进行分析，最终发现四通阀安装方向错误。
按照四通阀正确方向进行回装，回装后氢气干燥器投入运行，在6个工作周期后，氢气干燥器入口露点-20.3℃，出口露点-30.7℃，氢气露点高报警消除。通过调整进口四通阀方向，消除了发电机露点高报警。
3结论
对于氢气露点高现象分析可以得出，存在的主要问题是氢气干燥器干燥塔再生加热温度不足，干燥塔无法进行再生，而造成此异常现象更深层次原因则为四通阀安装方向错误，干燥塔再生时无法形成再生循环回路，最终导致氢气干燥器干燥能力下降，氢气露点变高。实践证明，改变四通阀安装方向能有效解决氢气露点故障。通过各种分析排查手段保证了氢气干燥器正常运行，是保证发电机氢气稳定运行的重要条件，而这些手段也为同类机组提供了良好的借鉴。
参考文献
[1]赵峰,李征.发电机氢气露点超标原因分析[J].电力与能源,2011, 03.
[2]东方电气集团.吸附式氢气干燥器设备运行维护手册,2013:10 -11.
作者简介
付晴（1990—），男，福建福清人，本科，助理工程师，从事核电厂机组维护工作。
论文作者:付晴
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/16
标签：氢气论文; 干燥器论文; 露点论文; 干燥塔论文; 干燥剂论文; 发电机论文; 加热器论文; 《电力设备》2019年第20期论文;