CN113374538A - 一种氢气膨胀发电机的操作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种氢气膨胀发电机的操作方法，包括如下步骤，步骤S1,开机前检查确认；步骤S2,建立干气密封：a1，确认氮气和密封气气源能正常投用，有关密封气的报警及联锁正常投用；a2，建立密封气、间隙气、隔离气与泄露气气路，且分别设定对应气压为P1、P2、P3、P4；a3，设定隔离气与泄露气的压差N1，P4‑P3=N1；a4，设定密封气与间隙气的压差N2，P1‑P2=N2；步骤S3，膨胀机轮室升压；步骤S4，建立润滑油系统；步骤S5，开车；步骤S6，停车。本申请具有密封性好且操作更安全的效果。

Description

一种氢气膨胀发电机的操作方法

技术领域

本申请涉及膨胀机的领域，尤其是涉及一种氢气膨胀发电机的操作方法。

背景技术

氢气膨胀机是一种高速旋转的低温透平机械，利用气体在喷嘴及高速旋转的叶轮流道中的膨胀，使氢气介质降温降压，同时释放出膨胀功，膨胀功被制动机吸收。按制动机类型分，常见的有两种膨胀机：一种是采用增压制动，称为氢气增压透平膨胀机；另一种采用发电机制动，称为氢气透平膨胀发电机。

相关技术中气密性通常是采用O形圈、密封垫、密封胶等密封方式来保障，但这些密封方式适用于静密封场合。对于动设备轴密封而言，目前干气密封以泄漏量少而被应用于危险介质场合。

针对上述中的相关技术，发明人认为在氢气膨胀机领域中，由于氢气是一种易燃、易爆的气体，其临界点火能很小且其极易泄露，在对膨胀机进行开机操作时，操作方法不够合理容易导致存在危险系数较大的问题。

发明内容

为了改善膨胀机开机操作中安全性的问题，本申请提供一种氢气膨胀发电机的操作方法。

本申请提供的一种氢气膨胀发电机的操作方法采用如下的技术方案：

一种氢气膨胀发电机的操作方法，包括如下步骤，

步骤S1,开机前检查确认；

步骤S2,建立干气密封：

a1，确认氮气和密封气气源能正常投用，有关密封气的报警及联锁正常投用；

a2，建立密封气、间隙气、隔离气与泄露气气路，且分别设定对应气压为P1、P2、P3、P4；

a3，设定隔离气与泄露气的压差N1，P3-P4 =N1；

a4，设定密封气与间隙气的压差N2，P1-P2=N2；

步骤S3，膨胀机轮室升压；

步骤S4，建立润滑油系统；

步骤S5，开车；

步骤S6，停车。

通过采用上述技术方案，通过干气密封提升了密封效果，密封气通常采用工艺气，用于实现轮室的直接密封，密封气通入后分成两路，一路通向轮室，另一路沿装配间隙通向背离轮室的一侧，间隙气采用工艺气，且间隙气分成两路，其中一路朝向轮室方向并与密封气汇合抵消，且此处密封气压力大于间隙气压力，从而避免间隙气窜入轮室内，另一路朝向背离轮室即齿轮箱方向流动；隔离气采用氮气，且氮气分成两路，其中一路朝向间隙气，另一路朝向齿轮箱方向；密封气、间隙气与隔离气的废气均以泄露气的方式排出，并且通过控制隔离气与泄露气的压差，使得废气能够顺畅的以泄露气排出，降低隔离气混入轮室的可能，同时通过设置隔离气，可降低齿轮箱内油液进入轮室的可能，提高了操作安全性，降低了由于密封性差导致爆燃的可能性。

可选的，在步骤S2中，在步骤a4之后增加步骤a5，建立干气密封工艺密封气加热旁路，对密封气进行过热加温处理。

通过采用上述技术方案，由于轮室内的工艺气一般比较纯净，在轮室内以及干气密封结构内均不能带液，且在运行过程中，动盘与静盘之间会形成密封气膜，而当工艺气进入干气密封结构内时，由于压力较大，容易将气体液化，破坏气膜，通过对密封气提前加热，可防止密封气进入干气密封结构后由于高压发生液化，进而避免液体流入轮室，造成叶片撞击，损伤叶片。

可选的，0.05Mpa＜ N1＜0.2 Mpa；0.05Mpa＜N2＜0.2 Mpa。

通过采用上述技术方案，通过控制密封气与间隙气的压差N1，以及隔离气与泄露气的压差N2在合适的范围，使得间隙气可抵消一部分的密封气，且由于密封气的压力大于间隙气的压力，可防止间隙气窜入轮室内，通过控制隔离气压力大于泄露气压力，使得隔离气以及密封废气均可沿既定路线由泄露气排出并送至火炬处；因此上述设置可防止轮室内的工艺气泄露以及防止隔离气窜入轮室，同时还可防止齿轮箱内的油液混入轮室，防止对设备造成损伤。

可选的，所述步骤S3中，缓慢打开膨胀机出口阀门，使轮室逐渐升压，打开蜗壳排凝手阀数分钟后关闭蜗壳排凝，轮室压力逐渐升高。

通过采用上述技术方案，由于轮室内初始压力较低，通过缓慢打开出口阀门，在轮室内逐渐进气的过程中可使轮室内压力升高速度较快，之后待轮室内压力升高至工作状态，之后将蜗壳排凝手阀打开，将蜗壳内废液排出之后关闭蜗壳排凝手阀，进入正常工作状态。

可选的，所述步骤S4中，开启任意一台润滑油泵，待高位油箱充满油后调整润滑油油压达设定值。

通过采用上述技术方案，通过润滑油泵，使得润滑系统压力到达设定值，为后续开机做准备。

可选的，所述步骤S5包括：

b1，废液排凝；

b2，微开入口导叶；

b3，确认报警、联锁解除；

b4，打开入口切断手阀，发电机升速；

b5，当发电机转速达到预设并网转速时，发电机断路器闭合，膨胀机转速受电网频率控制，实现并网。

通过采用上述技术方案，首先微开入口导叶，使得发电机逐渐升速，当发电机转速达到并网转速时，将发电机并入电网。

可选的，步骤b5中，并网成功后，将喷嘴开度迅速调大，使发电机做正功。

通过采用上述技术方案，并网成功的瞬间，发电机的转速处于临界转速，此时通过将喷嘴开度迅速调大，从而迅速增加叶轮的转速，使得发电机转速迅速跨过临界转速，防止触发内功率联锁停机，进而发电机可顺利向电网做正功，并向电网中供电。

可选的，所述步骤S6中，当发电机功率下降到10%左右额定功率时，人为关闭膨胀机入口紧急切断阀，发电机自动断网，数分钟后，膨胀机转速自动下降至0，之后关闭膨胀机入口切断手阀，干气密封、润滑油保持运行。

通过采用上述技术方案，停车时，逐渐降低发电机功率，且将发电机断网，待膨胀机转速逐渐降至0，并且通过干气密封和润滑油继续保持运行，可方便下一次开机。

可选的，膨胀机转速下降至0后，关闭润滑油泵，关闭膨胀机进口手阀，关闭膨胀机出口阀，系统泄压，泄压速度小于5kg/cm²每分钟。

通过采用上述技术方案，由于设备工作时处于高压状态，若压力骤减，会对部件造成较大的冲击，通过将泄压速度调至较小的状态，达到保护设备降低设备损伤的效果。

可选的，在步骤a2中初步建立气路之后，增设置换气步骤，在工艺介质密封气管路通入低压置换气，将气路内原有的残余氧气挤出，当蜗壳内压力增大到极限值时，开大蜗壳下方吹除阀开度，蜗壳泄压，之后再关小该吹除阀开度，反复充放气，将死角处的残余氧气逐渐稀释并排出。

通过采用上述技术方案，在工作之前，先向气路内通入置换气，利用置换气赶走工艺介质密封气管路及管路设备腔体内的空气，并且当置换气通入管路以及腔体一段时间后并憋气达到一定压力时，死角处的残余空气得到稀释，之后通过打开吹除阀将气体排出，通过反复多次充放气，从而将位于死角内的残余气体进行逐步稀释并且排出，减少管路内的空气残余量，可有效降低气路内的氧气含量。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过干气密封提高了密封效果；

2.通过控制密封气与间隙气、隔离气与泄露气的压差，提高了设备操作的安全性。

具体实施方式

以下对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种氢气膨胀发电机的操作方法。该方法包括如下步骤，步骤S1,开机前检查确认；包括第一步，检查确认电气系统具备开机条件；第二步，检查确认报警/联锁功能、及保护系统具备开机条件；第三步，检查确认膨胀机入口导叶调节阀、入口紧急切断阀动作灵敏好用，关闭入口导叶调节阀及入口紧急切断阀；第四步，确认系统氮气置换合格，并在机组密封系统引入工艺密封气前保持置换氮气的投用；第五步，检查确认润滑油液位正常，确认油箱润滑油温度满足开机要求，润滑油温度如果过低，开启油箱电加热器。

步骤S2,建立干气密封，具体包括如下步骤:a1，确认氮气和密封气气源能正常投用，有关密封气的报警及联锁正常投用；

a2，建立密封气、间隙气、隔离气与泄露气气路。之后设置置换气步骤，向气路以及设备腔体内通入氮气，通过氮气将管路以及腔体内原有的空气挤出，降低气路内氧气含量；在通入氮气时，由于在管路弯折处或腔体死角处的空气无法全部排出，通过先通入氮气并关闭或关小吹除阀，使得气路内的压力上升至某一压力值，该压力值只要高于大气压力均可，此时死角处的空气扩散并得到稀释，之后缓慢开大蜗壳下方吹除阀开度，让蜗壳泄压，此时被稀释的死角处空气可被排出一部分，之后再缓缓关小该吹除阀开度，使得气路内再次憋压，并对死角处残留的空气再次稀释，之后再次开大吹除阀，从而实现再次排气，如此反复充放气多次，可有效降低氧气含量，进而改善干气密封的效果。另外由于气路内设置有过滤器，且此处宜选用双筒过滤器，在进行置换时，对两个滤筒交替进行同期置换，使得两个滤筒都得到置换，进一步降低气路内氧气含量。

置换完毕，设备内腔及管道内介质氧气含量经检测符合安全要求后进入下一步工作。

a3，建立干气密封工艺密封气加热旁路。关闭主密封气进气手阀，打开工艺密封气旁路手阀，打开工艺密封气电加热器，在DCS调节电加热器功率，确保工艺密封气在进入干气密封前的温度达到设定值。且在工艺密封气加热初期，关闭密封气通入膨胀机的手阀，打开密封气通入火炬管路上的手阀，待密封气温度升高至20-28℃，之后再将密封气接入膨胀机的干气密封结构，从而使得密封气温度升高至要求值时才能通入干气密封气路，使得送入干气密封结构的密封气温度达到过热预设，从而可避免密封气进入干气密封结构后发生液化，影响动静环密封面气膜的形成，造成动静环密封面损坏，并且可以防止低温介质对流经的管道上布置的常温阀门、过滤器等设备造成损伤；密封气通入轮室与迷宫密封结构之间的位置，间隙气通入密封气与隔离气之间的位置，隔离气位于间隙气和齿轮箱之间的位置，泄露气用于将密封气、间隙气与隔离气的废气排出并连通至火炬；

a4，假设对应气压，隔离气为P3、泄露气为P4。隔离气采用氮气，设定隔离气与泄露气的压差N1为额定值，P3-P4=N1，将该压差设置为通过调节阀自动控制，该压差控制范围宜在合理的较小压差值，通常设定为 0.05MPa＜ N1＜0.2 MPa，以达到在确保安全的前题下尽量减少隔离气耗量；

a5，假设对应气压，密封气为P1、间隙气为P2，密封气和间隙气均采用工艺气，设定密封气与间隙气的压差N2为额定值，P1-P2=N2，将该压差设置为通过调节阀自动控制，该压差控制范围宜在合理的较小压差值，通常设定为 0.05 MPa＜N2＜0.2 MPa，以达到在确保安全的前提下尽减少工艺密封气耗量。

步骤S3，膨胀机轮室升压；缓慢打开膨胀机出口阀门，使轮室逐渐升压；打开蜗壳排凝手阀数分钟后关闭蜗壳排凝，轮室压力逐渐升高。

步骤S4，轮室压力逐渐上涨至机组出口压力及干气密封气封稳定后，建立润滑油系统，为整个系统的润滑做好准备。

步骤S5，开车；包括如下步骤，b1，废液排凝；微开蜗壳排凝手阀，排净存留的液体，关闭排凝；b2，微开入口导叶；打开入口导叶至0.5-1.5%开度，优选打开至1%开度。

b3，确认所有的报警、联锁都已清除；

b4，打开膨胀机入口切断手阀，通过控制入口导叶开度升速；

b5，当发电机转速达到预设并网转速时，此处并网转速可设定为2800-3200r，之后发电机断路器闭合，膨胀机转速受电网频率控制，实现并网，另外膨胀机不要在临界转速附近停留，应快速跨过，避免触发内功率联锁停机。并网成功后，应快速将喷嘴开度迅速调大，使发电机做正功。在膨胀机升速过程中及并网成功后调节工艺密封气与间隙气压差及隔离气与泄漏气压差在合理范围内，以保证设备运行的安全性。

步骤S6，停车。首先当发电机功率下降到10%左右额定功率时，人为关闭膨胀机入口紧急切断阀，发电机自动断网，数分钟后，膨胀机转速自动下降至0，膨胀机停机。之后关闭膨胀机入口切断手阀，干气密封、润滑油保持运行，如果需要再次启动机组，则按照开机程序执行。如果需要长时间停车，则按照长时间停车步骤处理。

长时间停车的操作步骤包括：1、膨胀机转速下降至0后，关闭润滑油泵；2、关闭膨胀机进口手阀，关闭膨胀机出口阀，微开蜗壳吹除阀使系统缓慢泄压，控制泄压速度小于5kg/cm²每分钟，以防止密封O形圈损坏或润滑油进入工艺侧机体；3、泄压完毕，将氮气引入工艺密封气管路；4、蜗壳及密封气管路置换合格后，关闭工艺密封气及蜗壳下方吹除阀和隔离气；5、切断机组与火炬管网的连接。

另外膨胀机工作过程中需要进行日常检查，如检查润滑油系统有无漏油现象、油箱位是否正常，且检查设备运行无异响。

在正式开机操作前，还需要对设备法兰连接处进行检漏，具体可与步骤a2中的置换气步骤同步进行，将需要通入干气密封气路内的氮气进行预冷处理，使得通入干气密封气路内的氮气温度降低至额定供气温度，且额定供气温度可根据不同的干气密封结构调整，本实施例中可将预冷气体降低至0-20℃，优选为0-10℃，之后在喷壶内装入肥皂水，用喷壶把肥皂水喷到法兰连接处以及螺栓连接处，观察连接处产生气泡的情况，尤其注意当关小吹除阀开度使得气路憋压时的气泡情况，若产生气泡，则需要对该处进行再次紧固或做密封处理。

膨胀机工作过程中仍可进行同步检漏，即将肥皂水喷到法兰连接处或者螺栓连接处，且对于存在装配间隙的位置均可喷洒，观察连接处是否产生气泡，若产生气泡，证明该处存在漏气的问题，应采取措施进行堵漏。

检漏方式还可采用如下方式：首先用密封材料如胶带、塑料布等将法兰盘与螺栓连接处密封包裹，之后通过真空机对气路进行抽真空，并通过真空表检测气路内的真空度，使得气路内维持在稳定的真空度，之后撤去胶带或塑料布等包裹物，观察真空表的数值，若真空表数值出现较大浮动，说明气路存在漏气的问题，需要进一步检测并堵漏，且该检漏方式在置换操作前进行。

本申请实施例一种氢气膨胀发电机的操作方法的实施原理为：通过建立干气密封系统，使得密封性更好，并且通过控制密封气与间隙气、隔离气与泄露气的压差在合理范围，保证气体按规定路径流动，避免发生窜气现象，提高了安全性；另外在开车时，通过控制导叶开度控制转速，且当发电机转速达到预设并网转速时实现并网，之后迅速将喷嘴开度调大，使得发电机持续做正功，实现供电。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氢气膨胀发电机的操作方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤S1,开机前检查确认；

步骤S2,建立干气密封：

a1，确认氮气和密封气气源能正常投用，有关密封气的报警及联锁正常投用；

a2，建立密封气、间隙气、隔离气与泄露气气路，且分别设定对应气压为P1、P2、P3、P4；

a3，设定隔离气与泄露气的压差N1，P3-P4 =N1；

a4，设定密封气与间隙气的压差N2，P1-P2=N2；

步骤S3，膨胀机轮室升压；

步骤S4，建立润滑油系统；

步骤S5，开车；

步骤S6，停车。

2.根据权利要求1所述的一种氢气膨胀发电机的操作方法，其特征在于：在步骤S2中，在步骤a4之后增加步骤a5，建立干气密封工艺密封气加热旁路，对密封气进行过热加温处理。

3.根据权利要求1所述的一种氢气膨胀发电机的操作方法，其特征在于：0.05Mpa＜ N1＜0.2 Mpa；0.05 Mpa＜N2＜0.2 Mpa。

4.根据权利要求1所述的一种氢气膨胀发电机的操作方法，其特征在于：所述步骤S3中，缓慢打开膨胀机出口阀门，使轮室逐渐升压，打开蜗壳排凝手阀数分钟后关闭蜗壳排凝，轮室压力逐渐升高。

5.根据权利要求1所述的一种氢气膨胀发电机的操作方法，其特征在于：所述步骤S4中，开启任意一台润滑油泵，待高位油箱充满油后调整润滑油油压达设定值。

6.根据权利要求1所述的一种氢气膨胀发电机的操作方法，其特征在于：所述步骤S5包括：

b1，废液排凝；

b2，微开入口导叶，将入口导叶开至0.5-1.5%；

b3，确认报警、联锁解除；

b4，打开入口切断手阀，发电机升速；

b5，当发电机转速达到预设并网转速时，发电机断路器闭合，膨胀机转速受电网频率控制，实现并网。

7.根据权利要求6所述的一种氢气膨胀发电机的操作方法，其特征在于：步骤b5中，并网成功后，将喷嘴开度迅速调大，使发电机做正功。

8.根据权利要求1所述的一种氢气膨胀发电机的操作方法，其特征在于：所述步骤S6中，当发电机功率下降到10%左右额定功率时，人为关闭膨胀机入口紧急切断阀，发电机自动断网，数分钟后，膨胀机转速自动下降至0，之后关闭膨胀机入口切断手阀，干气密封、润滑油保持运行。

9.根据权利要求8所述的一种氢气膨胀发电机的操作方法，其特征在于：膨胀机转速下降至0后，关闭润滑油泵，关闭膨胀机进口手阀，关闭膨胀机出口阀，系统泄压，泄压速度小于5kg/cm²每分钟。

10.根据权利要求1所述的一种氢气膨胀发电机的操作方法，其特征在于：在步骤a2中初步建立气路之后，增设置换气步骤，在工艺介质密封气管路通入低压置换气，将气路内原有的残余氧气挤出，当蜗壳内压力增大到极限值时，开大蜗壳下方吹除阀开度，蜗壳泄压，之后再关小该吹除阀开度，反复充放气，将死角处的残余氧气逐渐稀释并排出。