发电机氢气干燥器的应用探讨

卢爱玲

【摘要】根据《蒙特利尔议定书》的要求，印度某K项目发电机冷凝式氢气干燥器旧式制冷剂已在2015年1月1日淘汰，为符合环保要求，必须更换新型制冷剂，因此需要将氢气干燥器制冷剂由R12型更换为R134A型，以降低对大气臭氧层的破坏，达到符合法律标准的要求。相对于其他项目，使用吸附式氢气干燥器运行状况良好，现将两种氢气干燥器优缺点进行对比分析，为后续工程设备的选择提供借鉴。

【关键词】氢气干燥器；冷凝式；吸附式

一、引言

根据《蒙特利尔议定书》的要求，2015年1月1日前发展中国家必须禁止使用不符合规定的部分相关产品，此次R12制冷剂在此背景下进行淘汰，需选用新型制冷剂R134A进行替代。针对现场冷凝式氢气干燥器更换制冷剂后的反馈情况，我们又结合其它项目使用吸附式氢气干燥器的使用情况，进行综合比较分析，为后续项目的设计选型提供借鉴资料。

二、冷凝式氢气干燥器

发电机冷凝式氢气干燥器是用“制冷”方式将氢气冷却，使其温度降到“露点”以下，使其中的水蒸气以结露或结霜的形式分离出来，从而达到降低氢气湿度的目的，设备结构可分为制冷系统、氢气除湿系统和电器控制系统三大部分。此处以印度K项目冷凝式氢气干燥器为研究对象进行分析。

2.1冷凝式氢气干燥器工作原理

冷凝式氢气干燥器采用表面式换热原理对氢气进行冷却，从低压管来的制冷剂气体被压缩机吸入，经压缩机压缩后，成为高温高压气体进入冷凝器，在冷凝器内与外部空气（或水）进行热交换，把制冷剂在蒸发器内吸收的热量和压缩机作功的热量释放出来，使高温高压制冷剂蒸汽冷凝为高压液态制冷剂，经储液器（水冷型设备无）、干燥过滤器、电磁阀、由热力膨胀阀节流减压后进入蒸发器，通过蒸发器管壁吸收冷却器内氢气的热量，沸腾汽化为气态，再经气液分离器，将未蒸发尽的液态制冷剂和气态制冷剂分离，液态制冷剂在分离器内继续蒸发变为气态制冷剂，气态制冷剂经低压管再进入压缩机。如此循环，不断吸收冷却器内的热量达到将氢气冷却去湿的目的。

2.2冷凝式氢气干燥器制冷剂的选择

R134a制冷剂与R12制冷剂制冷系统相比，两者热力性质和系统结构相似，最大的不同之处是冷冻油。冷冻油是一种与制冷剂相容，能够对压缩机起润滑作用且化学性质稳定的液体润滑剂。两种制冷剂的冷冻油是不可以混用的。R12制冷剂的冷冻油是一种可溶于Rl2之中的矿物油。而R134a制冷剂是一种分子极性较强的制冷剂，它与矿物油是非共溶性的，就好像油水分离，无法对制冷系统起润滑作用，因此134a的冷冻油一般是用一种叫做PAG或酯类的润滑剂。由于这种酯类润滑剂的特殊性，使用R134a制冷剂的制冷系统对橡胶材质的要求及本身的性质均与R12有所不同，因此134a只能在专门与其配套的润滑油中工作，不能和矿物油混合使用。如长时间混合使用会导致压缩机、冷凝器、蒸发器、橡胶管的损坏。R12制冷剂冷冻油是矿物油，特性是溶于制冷剂。在干燥器运行时它会和氟利昂一起进入制冷管路，在运行时就能看见启动后油位会低于安全位置，根据时间长短油位会慢慢回升。R134A制冷剂冷冻油是酯类的润滑油，在压缩机运行时不会和氟利昂混入，在压缩机旋转时起到润滑作用。这就是R12和R134A制冷剂所使用的冷冻油的不同，所以在更换制冷剂时必须先把R12的矿物油清理干净。

三、吸附式氢气干燥器

吸附式氢气干燥器对氢气进行干燥处理的原理是利用活性氧化铝对水分子具有吸引力特性。活性氧化铝是一种固态干燥剂，清除氢冷发电机氢气中的水蒸气，是将氢气通过一定量的活性氧化铝的吸收塔来实现的。高疏松度的活性氧化铝具有非常大的表面积和强吸湿能力，对绝大数气体和水蒸气来说，使用活性氧化铝作为干燥剂主要是利用它的化学惰性和无毒特性。当活性氧化铝吸收水分达到饱和后。再生-通过加热来清除干燥剂自身束缚的水分，从而恢复它的吸湿能力，并且活性氧化铝的性能和效率并不受重复再生的影响。

在设备的干燥塔中，埋入式的电加热器加热干燥剂使被束缚的水分汽化；与此同时一股封装的氢气流过吸附层带走释放出的水蒸气，干燥剂恢复最初的特性，然后将氢气（含有水蒸气）冷却，冷凝水通过汽水分离器排出，一般情况下活性氧化铝的吸湿性能可通过加热方式来完成它的再生，并可重复进行。

设备设计有两个干燥塔，当一个干燥塔处于吸湿状态时，另外一个干燥塔处于再生状态，两塔交替工作，所以吸附式干燥器能连续对氢气进行干燥。在设定工作周期，可编程序控制器自动控制四通阀门，并把干燥剂吸湿饱和的干燥塔自动转换到再生循环状态，同时干燥剂再生完成的干燥塔切换到在线吸湿状态，完全实现设备的自动切换。

四、冷凝式、吸附式氢气干燥器对比分析

4.1除湿效率

冷凝式氢气干燥器只能间歇除湿，工作过程中需要干燥器中间停机进行化霜，将设备内氢气湿气形成的霜或冰进行加热使之化成水，在进行化霜过程中干燥器将不能继续除湿，一般为运行3个小时左右，干燥器停机40分钟进行化霜。吸附式氢气干燥器除湿工作是两干燥塔交替二十四小时不间断运行，A塔除湿时B塔加热再生，B塔除湿时A塔加热再生，交替进行。

4.2设备故障维护率

吸附式氢气干燥器基本属于免维护设备，四至五年才更换一次除湿介子，设备的关键部位选用进口免维护配件组装，而且它不存在冷凝式氢气干燥器的氟泄露问题和制冷故障。冷凝式氢气干燥器用制冷剂随着环保的加强，肯定会逐步淘汰，增加了制冷剂的更换频率。但是吸附式氢气干燥器用氧化铝干燥剂不存在环保问题，可以持续使用。

4.3防爆技术要求

冷凝式氢气干燥器的防爆要求只是在电气方面有所要求，而吸附式氢气干燥器的要求更为严格，除湿塔体是采用火焰穿透式防爆，配电箱是采用压力式防爆。

4.4操作的便捷性

吸附式氢气干燥器的氢气置换可以随管道进行置换，也可以单独置换（设备配有专门置换接口），而冷凝式氢气干燥器只能随管道进行置换。

4.5检修运维

吸附式氢气干燥器可以在不停机状态下进行检修，设备上装有人机界面，可手动转换到任一干燥塔进行工作，另一干燥塔则可以进行检修工作，冷凝式氢气干燥器的检修工作必须在停机状态下才可以进行。两种氢气干燥器的对比分析如表1：

五、结论

针对印度K项目现场冷凝式氢气干燥器更换制冷剂后的效果分析，冷凝式氢气干燥剂容易发生氟泄露和制冷故障，且冷凝式氢气干燥器除湿效果受印度高温高湿环境影响较大，不利于机组的稳定运行。而吸附式氢气干燥器无论从维护的经济性，还是运行效率及稳定性考虑都相对较好，所以在类似环境的项目设计中优先选择吸附式氢气干燥器。

参考文献：

[1]郑国，叶涛，龙新峰.环保型制冷式氢气干燥器的研制和应用（J）.电站辅机.2003年第3期

[2]白亚民，贾靖，吕明.一种用于发电机内部氢气除湿的新型吸附式干燥器(J).电力设备.2005年第2期