CN105879670A - 氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置 - Google Patents

Abstract

氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置，包括氢气输入管道、氢气输出管道、脱氧系统、油过滤系统、第一四通阀、第二四通阀、第一干燥塔、第二干燥塔、气体置换系统和四通阀驱动机构；本发明可以将氢气中携带的氧气脱除，并滤除氢气中的液态油及油蒸气，避免油污进入氢气辅助设备中，为后级氢气辅助设备正常运行提供保障；本发明可以干燥氢气，确保氢气湿度在标准规定范围内，保障发电机组正常运行；本发明可以将干燥过程中吸附的氢气进行再生并回收。

Description

氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置

技术领域

本发明涉及一种氢冷发电机组，具体涉及一种氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置。

背景技术

随着中国社会经济的发展，用电量急剧增加，相应的发电厂电机容量也稳步提高。而氢气作为优良的冷却介质，在发电领域应用量越来越大。

在氢冷发电机的运行过程中，氢气湿度的大小一直是影响发电机组安全运行的重要因素之一。在国家能源局2014年4月15日颁布的《防止点了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内，在氢气湿度超标情况下，禁止发电机长时间运行。”，根据DL/T651-1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》和GB/T7064-2008《隐极同步发电机技术要求》的规定，运行中发电机内氢气是度应在-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，发电机氢气湿度不应低于-25℃露点温度；但是氢气湿度超标通常是指运行中发电机内氢气是度超过0℃露点温度。氢气湿度超标对发电机的危害主要表现在3个方面：一是氢气在氢冷发电机中主要起冷却作用。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。氢气湿度过高会降低发电机内部的定子绕组线棒绝缘性能，长期在氢气湿度超标工况下运行的发电机组，会因为绝缘性能降低使内部产生局部放电，从而破坏电气绝缘，导致短路事故，危及发电机的安全；二是氢气湿度超标会使发电机转子护环产生腐蚀作用，并溶解和凝聚其它有害元素，使机内构件产生表面凝露，使转子护环受产生的附加应力而导致裂纹等危害；氢气湿度过大，气体的平均密度增大，严重时可导致发电机出力下降10%-20%。因此必须合理地控制发电机的氢气湿度，采取行之有效的措施监测和降低发电机的氢气湿度，对于大型氢冷机发电机的安全运行有着重要的意义。

由于氢气是易燃易爆气体，氢气与空气的混合物超过一定的范围(当氢气浓度在4%到74%之间)后会产生爆炸，为电厂的生产安全带来严重的后果。通常，氢和氧混合物的爆炸极限与压力、温度和水蒸气的含量有关，在标准大状况下其体积含量（V/V）的爆炸范围为：H₂ 4%--95%；O₂ 5%--96%。DL/T5027—93《电力设备典型消防规程》中规定氢冷发电机及其氢冷系统和制氢设备中的氢气纯度和含氧量，必须在运行中按专用规程的要求进行分析化验，氢纯度和含氧量必须符合规定的标准。氢冷系统中氢气纯度须不低于96%，含氧量不应大于2%；制氢设备中，气体含氢量不应低于99.5%，含氧量不应超过0.5%。如不能达到标准，应立即进行处理，直到合格为止。而且氢冷发电机组正常运行过程中，空气会通过真空滤油系统进入氢气系统中或通过空侧密封油串入氢侧密封油系统，然后进入氢气系统，这些原因也导致氢气中的氧含量也会随之增加。目前在发电机运行过程中，并没有有效的脱氧装置，可将氢气中氧气脱除，避免发电机运行中因冷却水或密封油中的溶解氧进入氢气中，增大发电机组中氢气氧含量，为发电机的安全运行带来隐患。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、安全可靠、自动化程度高、提高发电效率、可依次进行除油和干燥作业、并可进行再生的氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置，包括氢气输入管道、氢气输出管道、脱氧系统、油过滤系统、第一四通阀、第二四通阀、第一干燥塔、第二干燥塔和四通阀驱动机构；

氢气输入管道的出气口与第一四通阀的第一接口连接，第一干燥塔的进气口通过第一干燥管道与第一四通阀的第二接口连接，氢气输出管道的进气口与第二四通阀的第一接口连接，第二干燥塔的出气口通过第二干燥管道与第二四通阀的第二接口连接，第一四通阀的第三接口通过再生管道与第二四通阀的第三接口连接，第一干燥塔的出气口通过第三干燥管道与第二四通阀的第四接口连接，第二干燥塔的进气口通过第四干燥管道与第一四通阀的第四接口连接；

脱氧系统包括设在氢气输入管道上的钯催化剂脱氧罐，钯催化剂脱氧罐上设有观察窗，钯催化剂脱氧罐上连接有温度仪，钯催化剂脱氧罐底部连接有脱水管，脱水管上设有脱水阀；

氢气输入管道上设有进氢切断阀；进氢切断阀的进口与钯催化剂脱氧罐的出气口连接；

油过滤系统包括油过滤管道，油过滤管道的进气口连接在进氢切断阀与钯催化剂脱氧罐之间的氢气输入管道上，油过滤管道的出气口连接在进氢切断阀出口处的氢气输入管道上，油过滤管道上沿气流方向依次设有第一湿度传感器隔离阀、油过滤器和第二湿度传感器隔离阀，油过滤器的出油口连接有排油管，排油管上设有排油阀，油过滤管道上设有位于第一湿度传感器隔离阀和油过滤器之间的进口湿度传感器；

四通阀驱动机构包括压缩空气处理器、二位五通电磁阀、旋转气缸、行程开关和操作杆，压缩空气处理器的出气口通过二位五通电磁阀与旋转气缸的两端连接，行程开关设在旋转气缸上用于限定旋转气缸的动力输出端的旋转角度，旋转气缸的动力输出端通过操作杆分别与第一四通阀和第二四通阀的阀杆传动连接。

再生管道上沿第二四通阀到第一四通阀的方向上依次设有第一温度计、再生流量调节阀、冷凝器、第二温度计、气水分离器和再生回路切断阀，冷凝器连接有进水管和出水管，气水分离器的排水口连接有排水管，排水管的出水口连接有自动排水器，排水管上设有排水隔离阀。

第一干燥塔包括第一塔体，第一塔体内设有第一循环风机和位于第一循环风机上方的第一吸附剂层，第一吸附剂层外设有第一加热器，第一塔体顶部设有第一压力表和第一温度传感器。

第二干燥塔包括第二塔体，第二塔体内设有第二循环风机和位于第二循环风机上方的第二吸附剂层，第二吸附剂层外设有第二加热器，第二塔体顶部设有第二压力表和第二温度传感器。

还包括气体置换系统；气体置换系统包括置换进气管、置换出气管和均圧管，置换进气管的出气口与气水分离器连接，置换进气管上设有置换进气阀，置换出气管的进气口连接在再生回路切断阀与第一四通阀之间的再生管道上，置换出气管上设有置换出气阀，均圧管的一端连接在第一四通阀与进氢切断阀之间的氢气输入管道上，均圧管的另一端连接在再生回路切断阀与第一四通阀之间的再生管道上，均圧管上设有均压阀。

氢气输出管道上连接有出口湿度传感器。

采用上述技术方案，本发明在正常工作时，氢气首先进入脱氧系统的钯催化剂脱氧罐，钯催化剂脱氧罐采用装有钯催化剂罐的结构形式进行脱氧，快捷高效的将氧气降低至1ppm以下，避免因发电机组氧气过高，而采用充氢排气等工作来降低氧含量。脱氧后的气体再经过油过滤器，将氢气中的液态油或油蒸气过滤，然后氢气进入第一干燥塔或第二干燥塔中将气体中的水分吸附，第一干燥塔和第二干燥塔采用双级干燥的结构，可以循环工作并再生，并可不间断工作，从而达到氢气滤油和干燥的目的。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明可以滤除氢气中的油蒸气，避免油污进入氢气辅助设备中，为后级氢气辅助设备正常运行提供保障；

2、本发明可以干燥氢气，确保氢气湿度在标准规定范围内，保障发电机组正常运行；

3、本发明可以将干燥过程中吸附的氢气进行再生并回收。

4、去除氢气中的氧气，也可以将氢气中的氧含量降低至1ppm，不仅能够保障发电机组运行安全，而且去除氧气后增大氢气纯度，可以减少氢气运行过程中的风摩耗，提高发电效率，保障氢冷发电机组正常运行。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置，包括氢气输入管道1、氢气输出管道2、脱氧系统、油过滤系统、第一四通阀4、第二四通阀5、第一干燥塔6、第二干燥塔7和四通阀驱动机构。

氢气输入管道1的出气口与第一四通阀4的第一接口连接，第一干燥塔6的进气口通过第一干燥管道8与第一四通阀4的第二接口连接，氢气输出管道2的进气口与第二四通阀5的第一接口连接，第二干燥塔7的出气口通过第二干燥管道9与第二四通阀5的第二接口连接，第一四通阀4的第三接口通过再生管道10与第二四通阀5的第三接口连接，第一干燥塔6的出气口通过第三干燥管道11与第二四通阀5的第四接口连接，第二干燥塔7的进气口通过第四干燥管道12与第一四通阀4的第四接口连接。

脱氧系统包括设在氢气输入管道1上的钯催化剂脱氧罐24，钯催化剂脱氧罐24上设有观察窗51，钯催化剂脱氧罐24上连接有温度仪54，钯催化剂脱氧罐24底部连接有脱水管52，脱水管52上设有脱水阀53。

氢气输入管道1上设有进氢切断阀13；进氢切断阀13的进口与钯催化剂脱氧罐24的出气口连接。

油过滤系统包括油过滤管道14，油过滤管道14的进气口连接在进氢切断阀13与钯催化剂脱氧罐24之间的氢气输入管道1上，油过滤管道14的出气口连接在进氢切断阀13出口处的氢气输入管道1上，油过滤管道14上沿气流方向依次设有第一湿度传感器隔离阀15、油过滤器16和第二湿度传感器隔离阀17，油过滤器16的出油口连接有排油管18，排油管18上设有排油阀19，油过滤管道14上设有位于第一湿度传感器隔离阀15和油过滤器16之间的进口湿度传感器3，进口湿度传感器3用于监控干燥前氢气的湿度。

四通阀驱动机构包括压缩空气处理器20、二位五通电磁阀21、旋转气缸22、行程开关和操作杆23，压缩空气处理器20的出气口通过二位五通电磁阀21与旋转气缸22的两端连接，行程开关设在旋转气缸22上用于限定旋转气缸22的动力输出端的旋转角度，旋转气缸22的动力输出端通过操作杆23分别与第一四通阀4和第二四通阀5的阀杆传动连接。

再生管道10上沿第二四通阀5到第一四通阀4的方向上依次设有第一温度计25、再生流量调节阀26、冷凝器27、第二温度计28、气水分离器29和再生回路切断阀30，冷凝器27连接有进水管31和出水管32，气水分离器29的排水口连接有排水管33，排水管33的出水口连接有自动排水器34，排水管33上设有排水隔离阀35。

第一干燥塔6包括第一塔体，第一塔体内设有第一循环风机36和位于第一循环风机36上方的第一吸附剂层，第一吸附剂层外设有第一加热器37，第一塔体顶部设有第一压力表38和第一温度传感器39。

第二干燥塔7包括第二塔体，第二塔体内设有第二循环风机40和位于第二循环风机40上方的第二吸附剂层，第二吸附剂层外设有第二加热器41，第二塔体顶部设有第二压力表42和第二温度传感器43。

本发明还包括气体置换系统；气体置换系统包括置换进气管44、置换出气管45和均圧管46，置换进气管44的出气口与气水分离器29连接，置换进气管44上设有置换进气阀47，置换出气管45的进气口连接在再生回路切断阀30与第一四通阀4之间的再生管道10上，置换出气管45上设有置换出气阀48，均圧管46的一端连接在第一四通阀4与进氢切断阀13之间的氢气输入管道1上，均圧管46的另一端连接在再生回路切断阀30与第一四通阀4之间的再生管道10上，均圧管46上设有均压阀49。

氢气输出管道2上连接有出口湿度传感器50，出口湿度传感器50用于监控氢气干燥后的湿度。

如图1所示，下面按照各个功能详细介绍本发明的具体操作过程。

（1）氢气脱氧干燥流程：关闭进氢切断阀13，开启第一湿度传感器隔离阀15、第二湿度传感器隔离阀17、第一四通阀4的第一接口及第二接口、第二四通阀5的第四接口及第一接口，氢气由氢气输入管道1进入到钯催化剂脱氧罐24内进行脱氧，快捷高效的将氧气含量降低至1ppm以下，生成的水由于氢和氧在钯催化剂脱氧罐24中的反应会产生高温，生成的水为气态，与氢气混合通过进行第一干燥塔6或第二干燥塔7进行干燥。脱氧后的氢气再经过油过滤管道14，在油过滤器16的作用下将氢气中的油蒸气过滤去除，接着氢气在第一循环风机36的作用下，进入到第一塔体内，第一塔体内的第一吸附剂层将氢气中含有的水蒸气吸附（图中空心箭头所示），通过第一压力表38和第一温度传感器39的示数对第一塔体内的干燥过程进行实时监控，干燥后的氢气由氢气输出管道2排出，进入发电机的低压排气管。

（2）氢气干燥模块再生流程：本发明中的干燥模块由第一干燥塔6和第二干燥塔7交替工作，依照图示实心箭头所示，未进行干燥工作的第二干燥塔7进行再生工作，可根据设定自由切换。启动第二塔体内的第二加热器41，第二加热器41将第二塔体中吸附剂层吸附的水分通过加热方式与吸附剂脱离，变为气态，与氢气混合，通过第二循环风机40提供动力，加热后的氢水混合气经第二四通阀5的第二接口及第三接口进入再生管道10，再流经再生流量调节阀26，进入冷凝器27，冷凝器27通过进水管31和出水管32外接循环水进行热交换，将氢气中的水分降温液化，然后气体经气水分离器29将氢气与液态水分分离，液态水通过排水器隔离阀、自动排水器34，由排水管33排出，分离后的氢气通过第一四通阀4的第三接口及第四接口，重新进入第二干燥塔7，继续进行循环再生工作。

（3）置换再生循环管路流程：依照图示进行说明，第二干燥塔7处于循环再生工作状态。流程起始首先关闭再生回路切断阀30、均压阀49和置换出气阀48，打开置换进气阀47，置换气体进入气水分离器29，再经气水分离器29进入再生回路系统，当再生回路系统内气体压力达到0.2Mpa（第二塔体上的第二压力表42的示数）时，打开置换出气阀48进行排气，当排气结束前，关闭置换出气阀48，再生回路系统内压力再次上升为0.2Mpa时，通过置换出气阀48进行排气，如此反复进行多次，直至达到置换要求。再生回路内的气体置换结束后，打开再生回路切断阀30再置换30s，确保再生回路系统中气体完全置换。

（4）第一四通阀4或第二四通阀5操作流程：第一四通阀4和第二四通阀5的操作由四通阀驱动机构进行驱动，四通阀驱动机构主要包括压缩空气处理器20、二位五通电磁阀21、旋转气缸22、行程开关、操作杆23组成。压缩空气经压缩空气处理器20过滤空气中的水、油和粉尘颗粒等，然后经油雾器（为气动系统元件提供雾状润滑油），再经二位五通阀分别给旋转气缸22两端提供进气通路，使旋转气缸22按照程序要求动作。操作杆23通过旋转气缸22传输的动能将旋转气缸22输出轴的旋转运动传递给第一四通阀4和第二四通阀5，最后经行程开关确保第一四通阀4和第二四通阀5旋转切换到正确位置。

（5）当本发明需要更换油过滤器16时，就将进氢切断阀13打开，关闭第一湿度传感器隔离阀15和第二湿度传感器隔离阀17。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置，其特征在于：包括氢气输入管道、氢气输出管道、脱氧系统、油过滤系统、第一四通阀、第二四通阀、第一干燥塔、第二干燥塔和四通阀驱动机构；

氢气输入管道的出气口与第一四通阀的第一接口连接，第一干燥塔的进气口通过第一干燥管道与第一四通阀的第二接口连接，氢气输出管道的进气口与第二四通阀的第一接口连接，第二干燥塔的出气口通过第二干燥管道与第二四通阀的第二接口连接，第一四通阀的第三接口通过再生管道与第二四通阀的第三接口连接，第一干燥塔的出气口通过第三干燥管道与第二四通阀的第四接口连接，第二干燥塔的进气口通过第四干燥管道与第一四通阀的第四接口连接；

脱氧系统包括设在氢气输入管道上的钯催化剂脱氧罐，钯催化剂脱氧罐上设有观察窗，钯催化剂脱氧罐上连接有温度仪，钯催化剂脱氧罐底部连接有脱水管，脱水管上设有脱水阀；

氢气输入管道上设有进氢切断阀；进氢切断阀的进口与钯催化剂脱氧罐的出气口连接；

油过滤系统包括油过滤管道，油过滤管道的进气口连接在进氢切断阀与钯催化剂脱氧罐之间的氢气输入管道上，油过滤管道的出气口连接在进氢切断阀出口处的氢气输入管道上，油过滤管道上沿气流方向依次设有第一湿度传感器隔离阀、油过滤器和第二湿度传感器隔离阀，油过滤器的出油口连接有排油管，排油管上设有排油阀，油过滤管道上设有位于第一湿度传感器隔离阀和油过滤器之间的进口湿度传感器；

四通阀驱动机构包括压缩空气处理器、二位五通电磁阀、旋转气缸、行程开关和操作杆，压缩空气处理器的出气口通过二位五通电磁阀与旋转气缸的两端连接，行程开关设在旋转气缸上用于限定旋转气缸的动力输出端的旋转角度，旋转气缸的动力输出端通过操作杆分别与第一四通阀和第二四通阀的阀杆传动连接。

2.根据权利要求1所述的氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置，其特征在于：再生管道上沿第二四通阀到第一四通阀的方向上依次设有第一温度计、再生流量调节阀、冷凝器、第二温度计、气水分离器和再生回路切断阀，冷凝器连接有进水管和出水管，气水分离器的排水口连接有排水管，排水管的出水口连接有自动排水器，排水管上设有排水隔离阀。

3.根据权利要求1所述的氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置，其特征在于：第一干燥塔包括第一塔体，第一塔体内设有第一循环风机和位于第一循环风机上方的第一吸附剂层，第一吸附剂层外设有第一加热器，第一塔体顶部设有第一压力表和第一温度传感器。

4.根据权利要求1所述的氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置，其特征在于：第二干燥塔包括第二塔体，第二塔体内设有第二循环风机和位于第二循环风机上方的第二吸附剂层，第二吸附剂层外设有第二加热器，第二塔体顶部设有第二压力表和第二温度传感器。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置，其特征在于：还包括气体置换系统；气体置换系统包括置换进气管、置换出气管和均圧管，置换进气管的出气口与气水分离器连接，置换进气管上设有置换进气阀，置换出气管的进气口连接在再生回路切断阀与第一四通阀之间的再生管道上，置换出气管上设有置换出气阀，均圧管的一端连接在第一四通阀与进氢切断阀之间的氢气输入管道上，均圧管的另一端连接在再生回路切断阀与第一四通阀之间的再生管道上，均圧管上设有均压阀。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的氢冷发电机组氢气脱氧干燥装置，其特征在于：氢气输出管道上连接有出口湿度传感器。