设备管理部汽机专业 孙伟钢
[摘 要] 本文对1号机组新装氢气干燥装置的结构、工作原理、特点作了介绍，对比了同类产品的技术优缺点，分析了运行中存在的问题和使用注意事项，讨论了吸附式氢气干燥器的发展方向，供相关工程技术人员参考。
[关键词] 氢气干燥装置 特点 吸附剂 前、后置过滤器 内置风机 人机界面 控制系统 液位报警 气体置换
一、概述
我公司1号发电机组原氢气干燥装置是1995年由上海电机厂配套的DGH-1型吸附式氢干燥装置，该装置有两个吸收塔和吸湿、再生两套回路，一塔置于吸湿回路除湿运行，另一塔置于再生回路再生运行，定时切换循环工作，通过外置专用磁力风机增压实现系统氢气干燥循环和再生循环。该装置结构繁琐、体积庞大、接口较多导致泄漏点不容易察觉；外置的磁力风机维修装配极不方便，风机内的滑片为易损件，检修周期短费用高；控制模式落后，操作很不方便，加上设备老化等因素导致1号发电机内的氢气露点逐年升高，不能满足发动机安全运行的要求。为此在2011年1号机组B级检修时，决定更换该氢干燥装置。根据调研和竞标，最终采用了QXG-Ⅲ型吸附式氢气干燥装置。
二、新装氢气干燥装置的结构特点
QXG-Ⅲ型吸附式氢气干燥装置为第三代吸附式氢气干燥装置，其主要结构和工作方式与目前国内其它厂家生产的同类产品及我公司7、8号机配套的氢气干燥装置类似，都是由两个吸收塔和吸湿、再生两套回路构成，一塔置于吸湿回路除湿运行，另一塔置于再生回路再生运行，由PLC自动控制进行切换循环工作，原理这里不再赘述，下面是其主要不同特点：
1、配备有旋风气液分离过滤结构的前置过滤器和后置过滤器，前置过滤器可有效地阻止油汽及灰尘进入吸湿塔，提高吸附剂的使用寿命，减少清理污染的工作。后置过滤器可防止干燥剂粉尘流到发电机，不会对发电机产生污染，同时，当发电机漏油时，阻止可能沿着回氢管壁流下来的油进入吸湿塔内污染吸湿剂。
2、前、后置过滤器上都装有液位探测装置，当油位达到一定高度时，可发出报警信号提示排放，同时启动防爆电磁阀，封闭氢气进口，却保油污及灰尘不会进入吸湿塔造成干燥器的损坏，不惧怕发电机大量漏油。
3、采用专利技术的漩涡式内置风机，最高可产生大约1200毫米高水柱的氢气压力差，和约140 Nm3/h的氢气流量。无论发电机是否运转，都能提供足够的氢气干燥循环流量，使发电机内氢气的湿度保持达标，无须另配专门的氢气循环风机。
4、由于内置风机的风压较高，因此在加热再生阶段，内置风机可以工作在较低的转速（600转）即可获得合适的再生气流，只有在发电机停止运行需要继续干燥氢气的时候才全速运转，因此可以大幅度提高风机电机的使用寿命。
5、控制系统较为先进，高分辨率全彩色大屏幕触控式“人机界面”，配合功能完备的操作软件，画面色彩鲜艳、元素丰富、功能强大，具备工作情况动画模拟、运行模式和参数在线显示和设置、操作帮助提示、故障提示和查询、手动操作、测试运行等实用功能，操作简单方便，运行情况直观明了，其设计原则是：“没有误操作的可能”。
6、有两种自动工作模式：高风量快速吹冷再生的高效工作模式和定时切换工作模式。
7、设计了更好的气体置换方式，可与发电机一同进行气体置换，仅需操作干燥器上的相关阀门即可干净彻底的完成气体置换工作，减少了劳动
8、再生系统的汽水分离器设计有液位探测装置，当自动排水阀发生堵塞，汽水分离器内的水位升高到一定程度时，可报警提示手动放水和清洗自动排水阀。
9、一体化结构，体积小巧，结构合理，设计有全可拆卸的标准型材结构的外壳，设备外观整洁美观，便于运输、安装和维护。
三、实际使用中的情况和问题分析
笔者调查了其它厂家几种吸附式氢气干燥器的实际使用情况，结合我厂2种吸附式氢气干燥器的使用情况，逐项进行分析如下：
1、前、后置过滤器
我厂发电机基本无漏油情况，但QXG-Ⅲ型吸附式氢气干燥装置经过一年多的运行后，其前置过滤器底部发现存在少量的液态油，分析原因为少量的密封油会通过轴瓦扩散到发电机内的氢气中，使氢气含油。这也是发电机内水分的主要来源方式，即使少量的油进入吸收塔，也会降低吸湿剂的使用寿命，因此配置良好的过滤器是非常必要的，尤其对于漏油严重的发电机意义更加重大。为防止满油后对设备造成危害，过滤器上装有液位探测报警装置显然也是必要的。
2、吸湿剂
QXG-Ⅲ型吸附式氢气干燥器吸附剂采用球状直径5-7毫米的活性氧化铝颗粒，使用一年多的过程中，再生温度在150℃左右，发电机内的氢气湿度始终保持在-10℃以下，能够很好的满足发电机的除湿要求。
必须说明的是，部分厂家生产的吸附氢气干燥装置采用13X分子筛作为吸湿剂，13X分子筛和活性氧化铝在相同的再生温度下对比，除持续吸水能力略好于活性氧化铝外，其硬度（耐压程度）、磨耗率、寿命等指标均不如活性氧化铝。最重要的是完全再生的13X分子筛置于空气中时会吸收5-6体积的大量空气，装置首次投入运行，在加热再生时会集中放出，可在再生回路中同氢气形成可爆炸或燃烧的混合气，有很大的安全隐患，活性氧化铝吸收空气的情况则很微小，相对安全得多，因此，建议不要采用13X分子筛作为吸湿剂，这一点应该引起相关厂家及工程技术人员的足够重视。
3、电气控制方面
目前各厂家的氢气干燥装置电气控制都采用PLC（可编程控制器）进行自动控制，采用图文或文本式的人机界面来设置运行参数，显示工作状态、运行过程、参数和数据值等，在正常情况下，都能良好的控制设备自动运行，但在非正常情况下大都存在一些问题，比如，有些厂家的设备在运行中突然断电短时间又复电后，运行状态复位到初始运行状态，由于控制开关处于“运行”位置，因此会重新运行，如果断电前运行在相反的工作状态，如A塔加热再生B塔吸湿运行，复电后工作状态复位到初始运行状态的A塔吸湿运行B塔加热再生，从而将内部高温再生中的塔置于吸湿回路中，使高温、高湿的水汽直接进入发电机，对发电机造成危害，甚至影响发电机的安全运行；多数厂家的设备在再生循环风机故障或冷却水不流通时，高温再生的塔在定时冷却时间内不能被冷却下来，内部仍然是高温，设备仍然会按照预定的程序定时切换工作状态，从而使高温、高湿的水汽直接进入发电机，对发电机造成危害，而这种危害由于设备不报警，通常不能被立即发现，会对发电机造成持续的危害，安全隐患很大。
QXG-Ⅲ型吸附式氢气干燥装置控制方面则比较细致，各种运行情况和故障情况考虑的较为全面，工作状态控制和塔内温度挂钩，在任何情况下都不会发生上述情况。该装置最大的特点是全智能的运行模式和“傻瓜”式的操作工作性能，没有误操作的可能，并具有功能完备的操作软件和高分辨率彩色触控“人机界面”。具备运行参数设置、运行状态动画显示监控、操作帮助提示、历史运行记录、故障提示和查询、测试操作和测试运行等功能，所有画面操作均有汉字或图形提示，使用操作简单方便，并且具有一键恢复功能，参数设置不适当时可将所有参数恢复到出厂默认设置。装置所有器件的测试、检验、调试和试运行等都可在人机界面上操作完成，非常方便，值得借鉴和推广。
4、内置风机的型式
目前各种型号的吸附式氢气干燥装置大多采用离心式内置风机，风扇直径在240毫米左右，工作在2800转时产生的风压差大约为30到50毫米高水柱，远远小于发电机风扇前后350毫米高水柱的氢气压差，只能在吸附剂加热再生时提供再生循环气流，并不能提供和维持发电机的氢气干燥循环的气流。因此，为了保障氢气干燥装置在任何情况下均有足够的干燥流量，都另外配置了氢气循环风机装置来提供动力，强制循环，从而使发电机内保持较低的氢气湿度。比如，我厂1、2号机原来配置的是磁力传动风机，7、8号机配置的是双塔式直径600毫米的离心式内置氢气循环风。
由于离心式内置风机连续工作在2800转以上，所以电机寿命较短，每2－3年就要更换一次内置风机电机，增加了维护工作量。
QXG-Ⅲ型吸附式氢气干燥装置采用专利技术的漩涡式内置风机，这种风机具有体积小、重量轻，效率高，流量大，风压适中等特点，在发电机标准氢气压力（0.35MPa）下，直径240毫米的风机可产生1000毫米高水柱以上的风压差和140 Nm3/h的氢气流量,无论发电机是否运转，都能提供足够的氢气干燥循环流量，使发电机内氢气的湿度保持达标。最重要的是这种风机无相对摩擦，无需润滑油润滑，不会对氢气造成任何污染，不怕管路阀门关闭不通（憋压），内部有气隙方便气体置换，并且适合内置于密封容器内工作等特点。
由于内置风机的风压较高，因此在加热再生阶段，内置风机可以工作在较低的转速（600转）下即可以获得合适的再生气流，吸湿阶段则停止运行，因此可以大幅度提高风机电机的使用寿命。在再生冷却阶段，内置风机可以全速运转，高风量快速冷却吸收塔，使再生冷却时间缩短2/3 ，可提高除湿效率25%以上，高效率运行。在发电机停止运行而需要继续干燥氢气的时，内置风机可以全速运转，功能等同于氢气循环风机。
我厂换装该设备后，第一次投入运行时，在高效运行模式下，设备投运后约24小时，发电机内氢气露点由24℃降到－5℃以下，除湿效果明显。
QXG-Ⅲ型吸附式氢气干燥装置无须另行配置氢气循环风机，因此节省了设备投资，节省了安装空间，简化了系统，减少了泄漏点和故障点，从而减少了维护工作量和运行成本，而且可实现高效运行模，因此，这项技术应该推广应用。
5、自动排水器堵塞的对策
吸附式氢气干燥装置自动排水器在使用一段时间后可能发生堵塞，不能自动排水，当水分离器满后，会堵塞再生循环回路，使干燥器不能正常运行，甚至使内置风机受潮而烧坏。目前，大多数吸附式氢气干燥装置在自动排水器堵塞时无报警，往往到发电机湿度较高时或设备发生损坏后才被发现，使故障影响扩大化。
QXG-Ⅲ型吸附式氢气干燥装置在再生系统的汽水分离器内设计有液位探测装置，当自动排水阀发生堵塞，汽水分离器内的水位升高到一定程度时，可报警提示手动放水和清洗自动排水阀，增加了设备的可靠性。
6、气体置换的要求
用二氧化碳或其它惰性气体对干燥器进行气体置换的目的是排除设备内部容器中的空气或氢气，使其中不存在可燃烧或爆炸的混合气体，保证设备和人身安全。在最初启动前或每次干燥器排氢减压后、投运前都必须进行气体置换。
吸附式氢气干燥装置的气体置换是非常重要的一个环节，关系到设备的安全运行，因此，必须有足够和重视和严格的操作规程。必须注意：在干燥器内部没有进行气体置换前不能通电。如果干燥器没有彻底将空气置换完全不能操作设备的按钮或开关，只能在安全的位置（远处）将电源切断以防止在设备内产生电火花。
由于吸附式氢气干燥器的系统比较复杂，吸收回路和再生回路各自独立，因此，内部气体不容易置换完全，并且吸收回路和再生回路一定要分别置换。目前，各厂家生产的吸附式氢气干燥装置气体置换操作都比较繁琐，需要多次反复进行置换操作才能将干燥器内的空气含量降低到标准要求以下，这方面仍有待相关技术人员开发设计简单方便、置换完全的气体置换操作方式和工艺。
四 结语
科学技术的飞速发展以及各大电厂对发电机内氢气含量标准、规范的重视与执行，促使氢气干燥技术迅速发展。吸附式氢气干燥装置目前已发展到第三代，在性能、外观、使用操作、装配工艺等方面都有了很大的进步，但在制造工艺、原件和部件的耐用程度等方面还有所欠缺，控制细节、非正常工作状态时的智能化保护等方面还有所不足，希望以上的分析讨论能对设计单位和使用单位的相关技术人员提供参考，对吸附式氢气干燥装置的发展和应用有所帮助。