HEAP-30型氢气干燥器的结构及性能分析

HEAP-30型氢气干燥器的结构及性能分析12华南理工大学龙新峰湿器两个关键部件进行了详细的分析和介绍，同时简述了整套装置的运行性能与效果。多年来的现场实际运行效果表明，HEAP-30型氢气干燥器能确保发电机内的氢气湿度指标长期、稳定地达到现行电力行业标准DL/T651-1998的要求，并且具有环保、高效、去湿能力大、连续运行稳定、安全可靠等特点，是国内氢冷发电机组氢气干燥的理想设备。
作好湿度监测并将机内氢气湿度降低到标准允许范围，是确保氢冷发电机可靠运行，避免发生恶性及灾难性事故的重要工作。在氢气系统中加装干燥设备已成为降低湿度的一种必要手段，氢气干燥设备也逐渐成为一种不可或缺的电站辅机。应用户需要，华南理工大学先后开发了4套HEAP-30型氢气干燥器用于湛江发电厂4台300MW机组的氢气干燥，且每一次均有不同程度改进，是该厂使用的第5代氢气干燥器产品。理论和多年来的现场运行表明：该型干燥器可将发电机内氢气露点长期控制在-15-8*C之间，达到标准DL/T651-1998对机内氢气湿度的要求，彻底解决了长期以来困扰该电厂发电机组氢气湿度超标的难题。
为了让相关人员了解该型干燥器，正确地使用和维护该设备，同时也为专业技术人员进一步研究与发展相关产品，现对HEAP-30型氢气干燥器的技术特点、工作原理、组织结构及运行性能进行简要的分析与说明，可为这种干燥器的工业应用及与其他气体干燥技术的结合使用提供。
1技术创新与特点经过几套HEAP-30型氢气干燥器的设计、开发制造、安装、现场运行及分析比较与总结，认为该设备具有以下几个方面的特点：采用模块化结构设计。全部组成部件均可在工厂制成标准件，或选购标准件。根据用户使用要求（如发电机组容量，氢气流量、运行环境和特殊要求等）组合成不同的产品系列，可适应各种不同的干燥模式和处理能力要求，对设备选用及维护具有较大的灵活性和适应性。
针对氢气干燥器中热交换部件的特殊性，并在考虑R134a物性、氢气物理特性、进出口氢气运行工况等前提下，应用强化传热技术，通过计算机模拟与。
逆向绕流式氢气热交换器、高效氢气冷却去湿器两个关键部件及储水箱、电气与电子监测控制柜等主要部件由工厂加工制造成标准模块部件。压缩机组、热力膨胀阀等制冷部件按需求进行选配，由紫铜管连成制冷系统，为本设备提供冷量。
3.2设备的关键部件3.2.1高效氢气冷却去湿器专项研制而成的高效氢气冷却去湿器是将高效蒸发器芯子安装在密封的钢质方形盒子中，氢气与蒸发器芯子直接接触，接触面积大，约28m2.当氢气在交错的管片间流动时，产生强烈湍流，具有很高的总传热系数。并且是单路供液，成对使用。该去湿器为紧凑型全焊接结构，密封性、承压性等满足电厂安全要求。管道、器壁表面包裹有隔热性好的绝热材料，避免了外壁表面过冷结露现象。
3.2.2逆向绕流式氢气热交换器逆向绕流式氢气热交换器与高效氢气冷却去湿器配套使用，为同轴双筒型全焊接结构。在同等体积下，该热交换器是通过增大传热面积、延长接触时间、破坏层流边界层等方法来强化进出口氢气的换热，可有效地实现入口氢气预冷、出口氢气预热，节能效果明显。冷氢气走内筒，热氢气走外筒，不仅减小了去湿器热负荷，也避免了器壁、外部氢气管路结露，减少了管路腐蚀、生锈等现象。
3.3设备的技术性能HEAP-30型氢气干燥器主要技术性能见表。
表HEAP-30型氢气干燥器的主要技术性能名称数值大工作压力/MPa大氢气处理量/Nm3.h-1出口氢气温度/°C蒸发器内氢气温度/°c入口氢气含湿量/gm-3不限出口处氢气湿度/g.m-3发电机内氢气湿度/g卜2发电机内氢气露点温度/c 4运行性能分析目前，湛江发电厂全部4套300MW发电机组均采用HEAP-30型氢气干燥器作去湿干燥设备。所示为安装在3发电机上的该型干燥器开机后，氢气在干燥器内的低温度以及出口处管壁温度随时间变化，示出了相应时刻下，发电机内氢气的湿度数据，湿度数据从安装在发电机组上的VAISALA在线露点仪读取，结果较准。
时间/min氢气温度随时间变化关系曲线°。/吨蟪由可知，开机20mm后，便可将氢气温度降至0 *C以下，氢气中的水分开始析出并在蒸发器表面结霜或冰。
60min后，氢气温度降至-15 *C左右。此后，一直保持该温度范围，直到8h后开始热气化霜为此。但出口处的氢气温度一直在0C以上，这是由于逆向绕流式氢气热交换器作用的结果，也很重要，因为可以避免过冷的氢气冲击发电机组。
时间/min发电机组内氢气湿度随时间变化关系曲线与温度变化相对应，发电机组内的氢气湿度也相应地下降（见），60min后便可降至1.21.5g/m3，并一直保持到热气化霜开始时止。化霜开始后，湿度开始上升，至化霜停止时，会升至2.53.8g/m3（未在中绘出），此后又开始上述过程。由此可知，本设备制冷干燥-热气化霜的不断循环，会导致发电机内氢气湿度波动，但波动处于标准DL/T651-1998规定的范围内，如所示。
每天同一时刻发电机组内氢气露点的变化经电厂运行人员对发电机内氢气湿度的监测表明：安装了HEAP-30型氢气干燥器后，去湿干燥期间，发电机组内的氢气湿度，在额定氢气下，氢气露点rd?直稳定在-15*c8*C之间，相应的湿度rf=12g/m3.氢气的湿度指标处于现行电力行业标准DL/T651-1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》所规定的范围。
通过对运行中的HEAP-30型氢气干燥器进行长期跟踪调查，结果发现：在设计寿命期间的干燥器运行正常，干燥器的制冷速度与深度、去湿干燥效率、去湿与化霜状况、气密性、防爆和防腐要求均和设计要求相符，仅一台因误操作而维修外，其余几台均未小修过。
5结束语HEAP-30型氢气干燥器设计合理，氢气去湿干燥效率高，降湿速度快、高效环保，能适应50600MW氢冷发电机的氢气干燥；在额定氢压下，能将发电机组内的氢气湿度指标长期且稳定地降至现行电力行业标准DL/T651-1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》所要求的范围；多年来的现场运行表明：其运行安全，操作方便，维护极少且方便以及防爆，连续运行稳定，使用寿命长，是国内氢冷发电机组中氢气干燥的理想设备。口