設備管理部汽機專業 孫偉鋼
[摘 要] 本文對1號機組新裝氫氣干燥裝置的結構、工作原理、特點作了介紹，對比了同類產品的技術優缺點，分析了運行中存在的問題和使用注意事項，討論了吸附式氫氣干燥器的發展方向，供相關工程技術人員參考。
[關鍵詞] 氫氣干燥裝置 特點 吸附劑 前、后置過濾器 內置風機 人機界面 控制系統 液位報警 氣體置換
一、概述
我公司1號發電機組原氫氣干燥裝置是1995年由上海電機廠配套的DGH-1型吸附式氫干燥裝置，該裝置有兩個吸收塔和吸濕、再生兩套回路，一塔置于吸濕回路除濕運行，另一塔置于再生回路再生運行，定時切換循環工作，通過外置專用磁力風機增壓實現系統氫氣干燥循環和再生循環。該裝置結構繁瑣、體積龐大、接口較多導致泄漏點不容易察覺；外置的磁力風機維修裝配極不方便，風機內的滑片為易損件，檢修周期短費用高；控制模式落后，操作很不方便，加上設備老化等因素導致1號發電機內的氫氣露點逐年升高，不能滿足發動機安全運行的要求。為此在2011年1號機組B級檢修時，決定更換該氫干燥裝置。根據調研和競標，最終采用了QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置。
二、新裝氫氣干燥裝置的結構特點
QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置為第三代吸附式氫氣干燥裝置，其主要結構和工作方式與目前國內其它廠家生產的同類產品及我公司7、8號機配套的氫氣干燥裝置類似，都是由兩個吸收塔和吸濕、再生兩套回路構成，一塔置于吸濕回路除濕運行，另一塔置于再生回路再生運行，由PLC自動控制進行切換循環工作，原理這里不再贅述，下面是其主要不同特點：
1、配備有旋風氣液分離過濾結構的前置過濾器和后置過濾器，前置過濾器可有效地阻止油汽及灰塵進入吸濕塔，提高吸附劑的使用壽命，減少清理污染的工作。后置過濾器可防止干燥劑粉塵流到發電機，不會對發電機產生污染，同時，當發電機漏油時，阻止可能沿著回氫管壁流下來的油進入吸濕塔內污染吸濕劑。
2、前、后置過濾器上都裝有液位探測裝置，當油位達到一定高度時，可發出報警信號提示排放，同時啟動防爆電磁閥，封閉氫氣進口，卻保油污及灰塵不會進入吸濕塔造成干燥器的損壞，不懼怕發電機大量漏油。
3、采用專利技術的漩渦式內置風機，最高可產生大約1200毫米高水柱的氫氣壓力差，和約140 Nm3/h的氫氣流量。無論發電機是否運轉，都能提供足夠的氫氣干燥循環流量，使發電機內氫氣的濕度保持達標，無須另配專門的氫氣循環風機。
4、由于內置風機的風壓較高，因此在加熱再生階段，內置風機可以工作在較低的轉速（600轉）即可獲得合適的再生氣流，只有在發電機停止運行需要繼續干燥氫氣的時候才全速運轉，因此可以大幅度提高風機電機的使用壽命。
5、控制系統較為先進，高分辨率全彩色大屏幕觸控式“人機界面”，配合功能完備的操作軟件，畫面色彩鮮艷、元素豐富、功能強大，具備工作情況動畫模擬、運行模式和參數在線顯示和設置、操作幫助提示、故障提示和查詢、手動操作、測試運行等實用功能，操作簡單方便，運行情況直觀明了，其設計原則是：“沒有誤操作的可能”。
6、有兩種自動工作模式：高風量快速吹冷再生的高效工作模式和定時切換工作模式。
7、設計了更好的氣體置換方式，可與發電機一同進行氣體置換，僅需操作干燥器上的相關閥門即可干凈徹底的完成氣體置換工作，減少了勞動
8、再生系統的汽水分離器設計有液位探測裝置，當自動排水閥發生堵塞，汽水分離器內的水位升高到一定程度時，可報警提示手動放水和清洗自動排水閥。
9、一體化結構，體積小巧，結構合理，設計有全可拆卸的標準型材結構的外殼，設備外觀整潔美觀，便于運輸、安裝和維護。
三、實際使用中的情況和問題分析
筆者調查了其它廠家幾種吸附式氫氣干燥器的實際使用情況，結合我廠2種吸附式氫氣干燥器的使用情況，逐項進行分析如下：
1、前、后置過濾器
我廠發電機基本無漏油情況，但QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置經過一年多的運行后，其前置過濾器底部發現存在少量的液態油，分析原因為少量的密封油會通過軸瓦擴散到發電機內的氫氣中，使氫氣含油。這也是發電機內水分的主要來源方式，即使少量的油進入吸收塔，也會降低吸濕劑的使用壽命，因此配置良好的過濾器是非常必要的，尤其對于漏油嚴重的發電機意義更加重大。為防止滿油后對設備造成危害，過濾器上裝有液位探測報警裝置顯然也是必要的。
2、吸濕劑
QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥器吸附劑采用球狀直徑5-7毫米的活性氧化鋁顆粒，使用一年多的過程中，再生溫度在150℃左右，發電機內的氫氣濕度始終保持在-10℃以下，能夠很好的滿足發電機的除濕要求。
必須說明的是，部分廠家生產的吸附氫氣干燥裝置采用13X分子篩作為吸濕劑，13X分子篩和活性氧化鋁在相同的再生溫度下對比，除持續吸水能力略好于活性氧化鋁外，其硬度（耐壓程度）、磨耗率、壽命等指標均不如活性氧化鋁。最重要的是完全再生的13X分子篩置于空氣中時會吸收5-6體積的大量空氣，裝置首次投入運行，在加熱再生時會集中放出，可在再生回路中同氫氣形成可爆炸或燃燒的混合氣，有很大的安全隱患，活性氧化鋁吸收空氣的情況則很微小，相對安全得多，因此，建議不要采用13X分子篩作為吸濕劑，這一點應該引起相關廠家及工程技術人員的足夠重視。
3、電氣控制方面
目前各廠家的氫氣干燥裝置電氣控制都采用PLC（可編程控制器）進行自動控制，采用圖文或文本式的人機界面來設置運行參數，顯示工作狀態、運行過程、參數和數據值等，在正常情況下，都能良好的控制設備自動運行，但在非正常情況下大都存在一些問題，比如，有些廠家的設備在運行中突然斷電短時間又復電后，運行狀態復位到初始運行狀態，由于控制開關處于“運行”位置，因此會重新運行，如果斷電前運行在相反的工作狀態，如A塔加熱再生B塔吸濕運行，復電后工作狀態復位到初始運行狀態的A塔吸濕運行B塔加熱再生，從而將內部高溫再生中的塔置于吸濕回路中，使高溫、高濕的水汽直接進入發電機，對發電機造成危害，甚至影響發電機的安全運行；多數廠家的設備在再生循環風機故障或冷卻水不流通時，高溫再生的塔在定時冷卻時間內不能被冷卻下來，內部仍然是高溫，設備仍然會按照預定的程序定時切換工作狀態，從而使高溫、高濕的水汽直接進入發電機，對發電機造成危害，而這種危害由于設備不報警，通常不能被立即發現，會對發電機造成持續的危害，安全隱患很大。
QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置控制方面則比較細致，各種運行情況和故障情況考慮的較為全面，工作狀態控制和塔內溫度掛鉤，在任何情況下都不會發生上述情況。該裝置最大的特點是全智能的運行模式和“傻瓜”式的操作工作性能，沒有誤操作的可能，并具有功能完備的操作軟件和高分辨率彩色觸控“人機界面”。具備運行參數設置、運行狀態動畫顯示監控、操作幫助提示、歷史運行記錄、故障提示和查詢、測試操作和測試運行等功能，所有畫面操作均有漢字或圖形提示，使用操作簡單方便，并且具有一鍵恢復功能，參數設置不適當時可將所有參數恢復到出廠默認設置。裝置所有器件的測試、檢驗、調試和試運行等都可在人機界面上操作完成，非常方便，值得借鑒和推廣。
4、內置風機的型式
目前各種型號的吸附式氫氣干燥裝置大多采用離心式內置風機，風扇直徑在240毫米左右，工作在2800轉時產生的風壓差大約為30到50毫米高水柱，遠遠小于發電機風扇前后350毫米高水柱的氫氣壓差，只能在吸附劑加熱再生時提供再生循環氣流，并不能提供和維持發電機的氫氣干燥循環的氣流。因此，為了保障氫氣干燥裝置在任何情況下均有足夠的干燥流量，都另外配置了氫氣循環風機裝置來提供動力，強制循環，從而使發電機內保持較低的氫氣濕度。比如，我廠1、2號機原來配置的是磁力傳動風機，7、8號機配置的是雙塔式直徑600毫米的離心式內置氫氣循環風。
由于離心式內置風機連續工作在2800轉以上，所以電機壽命較短，每2－3年就要更換一次內置風機電機，增加了維護工作量。
QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置采用專利技術的漩渦式內置風機，這種風機具有體積小、重量輕，效率高，流量大，風壓適中等特點，在發電機標準氫氣壓力（0.35MPa）下，直徑240毫米的風機可產生1000毫米高水柱以上的風壓差和140 Nm3/h的氫氣流量,無論發電機是否運轉，都能提供足夠的氫氣干燥循環流量，使發電機內氫氣的濕度保持達標。最重要的是這種風機無相對摩擦，無需潤滑油潤滑，不會對氫氣造成任何污染，不怕管路閥門關閉不通（憋壓），內部有氣隙方便氣體置換，并且適合內置于密封容器內工作等特點。
由于內置風機的風壓較高，因此在加熱再生階段，內置風機可以工作在較低的轉速（600轉）下即可以獲得合適的再生氣流，吸濕階段則停止運行，因此可以大幅度提高風機電機的使用壽命。在再生冷卻階段，內置風機可以全速運轉，高風量快速冷卻吸收塔，使再生冷卻時間縮短2/3 ，可提高除濕效率25%以上，高效率運行。在發電機停止運行而需要繼續干燥氫氣的時，內置風機可以全速運轉，功能等同于氫氣循環風機。
我廠換裝該設備后，第一次投入運行時，在高效運行模式下，設備投運后約24小時，發電機內氫氣露點由24℃降到－5℃以下，除濕效果明顯。
QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置無須另行配置氫氣循環風機，因此節省了設備投資，節省了安裝空間，簡化了系統，減少了泄漏點和故障點，從而減少了維護工作量和運行成本，而且可實現高效運行模，因此，這項技術應該推廣應用。
5、自動排水器堵塞的對策
吸附式氫氣干燥裝置自動排水器在使用一段時間后可能發生堵塞，不能自動排水，當水分離器滿后，會堵塞再生循環回路，使干燥器不能正常運行，甚至使內置風機受潮而燒壞。目前，大多數吸附式氫氣干燥裝置在自動排水器堵塞時無報警，往往到發電機濕度較高時或設備發生損壞后才被發現，使故障影響擴大化。
QXG-Ⅲ型吸附式氫氣干燥裝置在再生系統的汽水分離器內設計有液位探測裝置，當自動排水閥發生堵塞，汽水分離器內的水位升高到一定程度時，可報警提示手動放水和清洗自動排水閥，增加了設備的可靠性。
6、氣體置換的要求
用二氧化碳或其它惰性氣體對干燥器進行氣體置換的目的是排除設備內部容器中的空氣或氫氣，使其中不存在可燃燒或爆炸的混合氣體，保證設備和人身安全。在最初啟動前或每次干燥器排氫減壓后、投運前都必須進行氣體置換。
吸附式氫氣干燥裝置的氣體置換是非常重要的一個環節，關系到設備的安全運行，因此，必須有足夠和重視和嚴格的操作規程。必須注意：在干燥器內部沒有進行氣體置換前不能通電。如果干燥器沒有徹底將空氣置換完全不能操作設備的按鈕或開關，只能在安全的位置（遠處）將電源切斷以防止在設備內產生電火花。
由于吸附式氫氣干燥器的系統比較復雜，吸收回路和再生回路各自獨立，因此，內部氣體不容易置換完全，并且吸收回路和再生回路一定要分別置換。目前，各廠家生產的吸附式氫氣干燥裝置氣體置換操作都比較繁瑣，需要多次反復進行置換操作才能將干燥器內的空氣含量降低到標準要求以下，這方面仍有待相關技術人員開發設計簡單方便、置換完全的氣體置換操作方式和工藝。
四 結語
科學技術的飛速發展以及各大電廠對發電機內氫氣含量標準、規范的重視與執行，促使氫氣干燥技術迅速發展。吸附式氫氣干燥裝置目前已發展到第三代，在性能、外觀、使用操作、裝配工藝等方面都有了很大的進步，但在制造工藝、原件和部件的耐用程度等方面還有所欠缺，控制細節、非正常工作狀態時的智能化保護等方面還有所不足，希望以上的分析討論能對設計單位和使用單位的相關技術人員提供參考，對吸附式氫氣干燥裝置的發展和應用有所幫助。