冷冻干燥法在水电站中压气系统中的应用
2008-01-10 14:30:34 来源：
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电力18讯： 摘 要：主要分析在水电站工程中，中压压缩空气系统供气对象的变迁，中压压缩空气干燥方法的选择，着重对热力干燥法和冷冻干燥方式进行必要的比较，希望引出对水电厂中压气干燥方式的探讨和思考。
Application of freeze-drying in medium┐pressure air compressor system of hyower stations
DUAN Hong－jiang
（China Hydro NorthwestInvestigation，Design＆Research Institute，Xi＇an 710065，China）
Key Words：freeze－drying；hyower stations；medium－pressure air compressor system
Abstract：The analysis concentrates on change of air supply objects of medium－pressure air compressorsystem and selection of air drying methods．The focus is on the necessary comparison of heat drying andfreeze－drying modes in the hope of consideration and discussion on the drying modes of medium－pressureair compressor systemfor hyower stations．
1 中压气系统供气对象
在水电站辅助系统最初设计的过程中，中压气系统（1．0～10 MPa）的主要供气对象包括：
（1）水轮机调速系统的油压装置；
（2）利用压缩空气灭弧和操作的配电装置。
水轮机调速系统的油压装置的压力油罐一般1／3的容积装有透平油，其余2／3是压缩空气。压力油罐由油和压缩空气共同形成压力，保证和维持调节系统所需要的工作能力。压缩空气在平常运行时一部分溶于油中，一部分由于管道及设备的不严密泄漏，需要清洁、干燥的压缩气源不断的补充，以维持一定的压力范围。为了避免压力油槽有湿气凝结，造成调速系统配压阀、接力器等机械部件的锈蚀发卡，影响设备的性能保证，所以要求尽可能地提高气体的干燥度和清洁度。
压缩空气配电方面的应用主要包括利用压缩空气灭弧和操作的空气断路器；具有气动操作机构的隔离开关以及少油开关。由于湿度较大的空气随着周围空气温度的降低，可能产生潮气凝结，影响空气短路器的灭弧性能，且水分附在内绝缘表面上会降低绝缘强度，严重的会使绝缘受到破坏，使空气断路器爆裂，影响电气设备的安全运行。所以要求，在最大日温差下，供给电气设备的压缩空气的相对湿度不大于80％。20世纪80年代以来，密闭组合电器常采用SF6气体作为主要的绝缘、灭弧和传热介质。因为在均匀电场下SF6气体的绝缘性能是同气压下空气的2.5倍，灭弧能力约为空气的5-10倍。
在现阶段水电厂，中压气系统主要供气对象只剩下调速系统油压装置的用气。
2 热力干燥法
为了提高压缩空气的干燥度，减少调速系统机械部件的锈蚀发卡，在水电厂中主要有如下措施：采用热力干燥法，在储气罐后设置减压阀，为了保证减压阀的正常工作，在中压减压阀前设置相应压力的空气过滤器；在减压阀后设置气水分离器，分离出压缩空气所析出的水分和油分；在压缩空气总管的末端设置集水器。水电站中压空压机的传统典型方案如图1所示：
根据DL／T5066－1996《水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》中的4．5．4条，为了提高压缩空气的干燥度，空气压缩机和贮气罐的额定工作压力宜高于压力油罐的额定压力，其减压比一般不宜低于1．2。在水电厂辅助系统传统设计中经常采用减压阀来提高供气的干燥性，因为降压前后饱和相对湿度相同的气体降压后由于气体降压后体积随压力降低成反比例增大，因而相对湿度降低了。如果假设贮气罐和供气干管中的温度近似不变，以常见的中压空压机额定压力6．0 MPa，通过减压阀减至油压系统使用的4．0 MPa，进入油压设备的压缩空气的相对湿度可以不大于66．67％，压缩空气无水份析出，可以满足油压装置的用气需求。
但是实际上，压缩空气相对湿度的变化是受当地日温差的变化影响，周知配气管网中压缩空气的相对湿度由下式决定：
式中：φO为中压贮气罐内空气的相对湿度（通常认为等于100％）；P1为中压空压机的起动压力，MPa，（近似空压机额定工作压力）；P2为配气管网中的额定工作压力，MPa，（近似压力油罐额定工作压力）；T1、T2为中压贮气罐和配气干网中压缩空气的温度，K；γ1、γ2为与T1和T2对应的空气绝对湿度，g／m3。
如仅利用热力干燥法来确保配气网中的压缩空气在任何情况下均无水分析出，则应该考虑电站当地的日气温的变化对压缩空气相对湿度的影响。如北方某电厂中压空压机与配气网中的工作压力比Z＝P1／P2＝1．5时，若考虑压缩空气的膨胀过程是等温的，则配气干网的相对湿度φC＝φOP2／P1＝66．7％，查各种温度下压缩空气的饱和含水量（湿容量）表，可以知道当温度由25℃降到15℃时压缩空气已经析出。由标准大气压下不同温度对应不同相对湿度的水蒸汽含量可以知道当Z＝P1／P1＝2时，温差8℃～10℃时，压缩空气才能保证没有水分析出。但国内有
Application of freeze-drying in medium┐pressure air compressor system of hyower stations
DUAN Hong－jiang
（China Hydro NorthwestInvestigation，Design＆Research Institute，Xi＇an 710065，China）
Key Words：freeze－drying；hyower stations；medium－pressure air compressor system
Abstract：The analysis concentrates on change of air supply objects of medium－pressure air compressorsystem and selection of air drying methods．The focus is on the necessary comparison of heat drying andfreeze－drying modes in the hope of consideration and discussion on the drying modes of medium－pressureair compressor systemfor hyower stations．
1 中压气系统供气对象
在水电站辅助系统最初设计的过程中，中压气系统（1．0～10 MPa）的主要供气对象包括：
（1）水轮机调速系统的油压装置；
（2）利用压缩空气灭弧和操作的配电装置。
水轮机调速系统的油压装置的压力油罐一般1／3的容积装有透平油，其余2／3是压缩空气。压力油罐由油和压缩空气共同形成压力，保证和维持调节系统所需要的工作能力。压缩空气在平常运行时一部分溶于油中，一部分由于管道及设备的不严密泄漏，需要清洁、干燥的压缩气源不断的补充，以维持一定的压力范围。为了避免压力油槽有湿气凝结，造成调速系统配压阀、接力器等机械部件的锈蚀发卡，影响设备的性能保证，所以要求尽可能地提高气体的干燥度和清洁度。
压缩空气配电方面的应用主要包括利用压缩空气灭弧和操作的空气断路器；具有气动操作机构的隔离开关以及少油开关。由于湿度较大的空气随着周围空气温度的降低，可能产生潮气凝结，影响空气短路器的灭弧性能，且水分附在内绝缘表面上会降低绝缘强度，严重的会使绝缘受到破坏，使空气断路器爆裂，影响电气设备的安全运行。所以要求，在最大日温差下，供给电气设备的压缩空气的相对湿度不大于80％。20世纪80年代以来，密闭组合电器常采用SF6气体作为主要的绝缘、灭弧和传热介质。因为在均匀电场下SF6气体的绝缘性能是同气压下空气的2.5倍，灭弧能力约为空气的5-10倍。
在现阶段水电厂，中压气系统主要供气对象只剩下调速系统油压装置的用气。
2 热力干燥法
为了提高压缩空气的干燥度，减少调速系统机械部件的锈蚀发卡，在水电厂中主要有如下措施：采用热力干燥法，在储气罐后设置减压阀，为了保证减压阀的正常工作，在中压减压阀前设置相应压力的空气过滤器；在减压阀后设置气水分离器，分离出压缩空气所析出的水分和油分；在压缩空气总管的末端设置集水器。水电站中压空压机的传统典型方案如图1所示：
根据DL／T5066－1996《水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》中的4．5．4条，为了提高压缩空气的干燥度，空气压缩机和贮气罐的额定工作压力宜高于压力油罐的额定压力，其减压比一般不宜低于1．2。在水电厂辅助系统传统设计中经常采用减压阀来提高供气的干燥性，因为降压前后饱和相对湿度相同的气体降压后由于气体降压后体积随压力降低成反比例增大，因而相对湿度降低了。如果假设贮气罐和供气干管中的温度近似不变，以常见的中压空压机额定压力6．0 MPa，通过减压阀减至油压系统使用的4．0 MPa，进入油压设备的压缩空气的相对湿度可以不大于66．67％，压缩空气无水份析出，可以满足油压装置的用气需求。
但是实际上，压缩空气相对湿度的变化是受当地日温差的变化影响，周知配气管网中压缩空气的相对湿度由下式决定：
式中：φO为中压贮气罐内空气的相对湿度（通常认为等于100％）；P1为中压空压机的起动压力，MPa，（近似空压机额定工作压力）；P2为配气管网中的额定工作压力，MPa，（近似压力油罐额定工作压力）；T1、T2为中压贮气罐和配气干网中压缩空气的温度，K；γ1、γ2为与T1和T2对应的空气绝对湿度，g／m3。
如仅利用热力干燥法来确保配气网中的压缩空气在任何情况下均无水分析出，则应该考虑电站当地的日气温的变化对压缩空气相对湿度的影响。如北方某电厂中压空压机与配气网中的工作压力比Z＝P1／P2＝1．5时，若考虑压缩空气的膨胀过程是等温的，则配气干网的相对湿度φC＝φOP2／P1＝66．7％，查各种温度下压缩空气的饱和含水量（湿容量）表，可以知道当温度由25℃降到15℃时压缩空气已经析出。由标准大气压下不同温度对应不同相对湿度的水蒸汽含量可以知道当Z＝P1／P1＝2时，温差8℃～10℃时，压缩空气才能保证没有水分析出。但国内有
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