1　控制指标
　　电厂制氢系统及氢冷系统的化学监督,是保证电厂机组安全经济运行的重要手段。由于原有《发电机运行规程》已不能适应大型发电机组安全运行的要求,近些年来电力部对氢气湿度的超标问题一直非常重视,为确保大型机组安全运行,对氢湿度的标准进行了一系列严格规定。见表1
    表1　氢湿度标准
    根据电力部近期对氢气指标的要求,目前电厂宜采用的标准见表2。
    表2　电厂目前宜采用标准

2　制氢站制氢设备
　　山东电网各制氢站采用设备多为邯郸电力修造厂等生产的中压制氢设备(3.2MPa10或5m3/h)及哈尔滨机联机械厂生产的低压制氢设备(1.0MPa4m3/h,1.5MPa,10m3/h),设备具体情况见表3。
    表3　制氢设备
　　从制氢系统设备运行情况看比较正常,设备维护良好,储氢量能完全满足氢冷系统补氢需要。为在制氢站故障或正常维修时仍能保证供氢,各制氢站都具备足够的储氢罐以保证机组十天运行的补氢量和置换最大机组一次的用氢量;但有些氢站为使氢罐常满,电解槽运行启停次数较多,这会加剧其密封和绝缘垫的失效造成漏碱,因此在保证正常储氢量条件下应尽量减少电解槽运行启停次数。电解槽长期运行,由于槽内杂质过多发生堵塞出现小室电压过高或过低、气体纯度下降及出力下降的现象,应注意电解槽的清洗工作;但考虑到清洗对槽密封不利及电解液的损耗,一般在电解槽工作6000小时后进行一次清洗。另外,电解槽用电解液应现用现配,以防电解液在空气中反应造成碳酸盐含量增大,造成堵塞。在储氢设备方面,从降湿考虑各制氢站都能将常用罐和备有罐分开运行,做到常用罐用于正常补用,每天排污一次,备用罐供紧急情况下使用,每三天排污一次但个别氢站输氢管仍需改造使储氢罐的进氢管和输氢管分开,输氢管位置要设在标高2/3罐高之上处。
    由于1996年下半年电力部对氢气湿度有了更为严格的规定,以防止氢气湿度超标对发电机组的危害,各不具条件的制氢站制氢系统的改造工作已迫在眉睫。
    对于青岛、南定、邹县等电厂新建氢站在设计时已充分考虑到氢气湿度指标要求,增设了吸附式干燥设备,其采用的干燥剂为硅胶或分子筛,再生方式为蒸汽或电热为热源两种。从使用效果上看两种干燥器效果尚可,基本可维持氢气湿度常压下露点-40℃,从近期运行上看采用分子筛吸附电热式再生的干燥器效果更佳(在条件较为完善的条件下,常压下露点可达-50℃左右)。
    在原有制氢站制氢设备改造方面,这是今后工作的重点。原有制氢设备干燥系统多采用两级氢冷却器,从运行情况看难以确保氢站出氢湿度长期合格;对于已将两级氢冷却器改为四级的氢站,其夏季出氢湿度波动也较大,针对这种情况,应尽快增设吸附式干燥设备或增加制冷设备间接冷却以提高除湿效果。另外,还可考虑制氢站供氢时氢气从储氢罐输氢管返回干燥后再向发电机供氢。表4为近年氢站所用干燥器运行情况。
    表4　干燥器运行情况

3　气体分析
　　氢气分析工作在氢站化学监督中占有很重要的地位,它直接关系到氢冷发电机组供氢的质量和制氢系统、发电机组的安全运行。
3.1　氢气纯度
    氢气的燃烧、爆炸是氢气在使用过程中的主要危险所在,氢气在空气中燃烧范围为4.0～75.0%(v/v),在氧气中燃烧范围为4.65～94%(v/v),因此在氢站及氢冷系统的氢纯度监测分析极其重要。对于氢冷发电机组如氢压不变,氢纯度每降低1.0%,通风损耗约降低11%,据资料介绍,维持较高氢气纯度不仅可提高发电机效率而且从电力成本核算上也是经济的。从山东电网各氢站运行情况看,完全可满足供氢纯度不小于99.5%的规定,产氢纯度一般为99.7～99.8%。
    从氢气纯度测定方面看,氢气纯度可从分析氢气中杂质含量上测定,其方法有很多,如热化学法、热磁法、化学吸收法等,各方法比较见表5。
    表5　氢气纯度分析方法
　　目前网内电厂制氢站氢气纯度测定大部分采用以热化学法为原理的OYF-O/1型分析仪在线监测,并以奥氏分析仪为辅每班测定一次。这样既可以连续监测,一旦发现问题可及时解决;又克服了人工分析的误差,保证了制氢设备安全运行和气体品质的合格。如某电厂氢站曾两次通过在线仪表数据的变化和波动及时查明了原因,发现电解槽碱液浓度偏低并及时进行调整,保证了产氢品质。另外氢站也有采用RH-21型在线分析仪的,该仪表在某些性能上较OYF-O/1型分析仪略差,其性能比较见表6。
    表6　性能比较表
　　根据各厂氢站对在线氢分析仪的使用情况,可以看出其性能稳定性较好,操作简单,连续分析数据较为准确,表7列举了某厂氢站对DYF-O/1分析仪的数据情况(氢中氧含量)。建议各厂应在发电机氢冷系统也投入该类仪表,以进行连续监测,发现问题及时解决,确保机组安全。
    表7　数据显示
3.2　氢气湿度
    从一些事故经验教训中可以看到氢气湿度超标会危害发电机定子绕组的绝缘强度且能加快转子护环应力腐蚀速度。另外,湿度超标又使氢纯度降低,也对机组运行有极大危害。分析机内氢气湿度超标的原因,除密封瓦向机内漏油及油中含水量过大外,另一个主要原因就在于制氢站供氢湿度过大。因此氢气湿度是制氢系统和氢冷系统必须分析监测的一项重要指标。
    在氢气湿度分析手段方面,过去常用的通风干湿表其原理是通过氢气干、湿温度测定进行换算湿度的,因测定时无法造就一个绝热体系且氢湿度越小其误差越大,山东电网氢站已逐步淘汰了该仪器。目前较为普遍使用的是FS-902型湿度仪,其原理是通过湿敏元件的电学参数(电容)随湿度变化特性进行测定,它具有可连续测量、读数直观等优点。另外还有采用QH-90型快速测湿仪,其原理是通过石英晶体谐振阻尼传感器随湿度变化测定,其具有稳定时间短、测定快等优点。但是以上两种仪器都存在定期检定问题,只有定期校正其参数才能保证测定的可靠性,这方面还需使用、生产、科研等方面共同努力解决。
    从氢气湿度监测周期看,各氢站能够按照《发电机运行规程》的要求执行,对发电机内部每周测定两次,对氢站每天测定一次。针对目前大型发电机组运行情况,为防止氢气湿度超标,各氢站应加强湿度监测工作,建议对发电机内部氢湿度每天测定一次,氢站供氢前务必做好测定工作以确保供氢湿度合格。
    根据电力部“安生技[1996]60号”文件要求,今后对氢气湿度表示方法要和国际接轨,采用露点表示法以代替绝对湿度表示法,现将部分露点和绝对湿度对照列入表8。
    表8　露点湿度对照

4　结语
　　山东电网各氢站制氢系统设备运行、维护基本正常,能完全保证发电机组正常运行的需氢量,但目前电力部对氢气的控制指标要求更为严格,这对制氢站制氢系统的设备、气体品质监测等方面还有一些工作要去完善和改进。