Aufrechterhaltung der Wasserstoffreinheit in Turbinenstromgeneratoren

Die Bedeutung der Taupunktmessung zur Gewährleistung von Effizienz und Sicherheit

Wasserstoff hat eine Vielzahl von Eigenschaften, die ihn zu einem idealen Gas für viele Anwendungen machen. Insbesondere hat es eine niedrige Dichte - etwa 14 Mal niedriger als die von atmosphärischer Luft -, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen hervorragenden Wärmeübergangskoeffizienten. Diese Faktoren haben dazu geführt, dass Wasserstoff als wirksamer Kühlmechanismus für große Turbinenstromgeneratoren eingesetzt wird.

Einfach ausgedrückt, trägt die Verwendung von Wasserstoff als Kühlgas dazu bei, die Reibungswärmeverluste in einem Turbinengenerator zu verringern, so dass ein größerer Anteil des Brennstoffs in Strom umgewandelt werden kann; im Vergleich zu einem luftbasierten Kühlsystem bedeutet die Wasserstoffkühlung auch, dass eine kleinere und effizientere Turbine verwendet werden kann.

Typischerweise wird hochreiner Wasserstoff durch nichtmagnetische Kanäle zirkuliert, die in der Turbine aneinandergereiht sind und die Wärme von den Stator- und Rotorwicklungen, den Lagern und anderen rotierenden Teilen abführen, wobei das Kühlsystem bei einem Druck von mindestens 30 psig gehalten wird; dadurch wird das Risiko minimiert, dass Außenluft in das Turbinengehäuse eindringt und ein potenziell explosives Gasgemisch erzeugt. Der Wasserstoff wird mit Hilfe von Ventilatoren an den Enden des Generatorrotors umgewälzt und durch wassergefüllte Wärmetauscher geleitet, um die latente Wärme abzuführen. Unter Druck stehende, ölgefüllte Dichtungen verhindern, dass Wasserstoff aus dem Generator in die umgebende Atmosphäre entweicht, wo er wiederum die Gefahr einer Explosion oder eines Wasserstoffbrandes verursachen kann.

Es liegt auf der Hand, dass die Aufrechterhaltung des höchsten Reinheitsgrads des Wasserstoffs sowohl für die Betriebseffizienz als auch für die Sicherheit entscheidend ist. Wasserstoffexplosionen in Turbinenanlagen sind äußerst selten, und wenn sie doch vorkommen, sind sie meist auf Fehler bei der Handhabung des Gases während der Spülung des Generators oder beim Umfüllen von Tankwagen in die Speicherbehälter vor Ort zurückzuführen.

Feuchtigkeitskontamination im Wasserstoff

Obwohl die Vermischung von Wasserstoff mit Luft das größte Risiko in Turbinengeneratoren darstellt, gibt es auch potenzielle Gefahren, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Wasserstoffgases nicht sorgfältig kontrolliert wird. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt ansteigt, kann er die Wärmeleitfähigkeit verringern und die Viskosität des Wasserstoffs erhöhen, was zu einem Anstieg der windbedingten Verluste führt. Längerfristig führt übermäßige Feuchtigkeit auch zur Korrosion des Stahls an den Innenflächen, z. B. an den Halteringen des Generators. Am besorgniserregendsten ist vielleicht die Gefahr von Lichtbögen oder Überschlägen, die katastrophale Folgen haben können, wenn Feuchtigkeit auf stromführenden Metallteilen kondensiert. Es ist zu bedenken, dass das Vorhandensein von Wasserdampf im Wasserstoff auch ein Anzeichen dafür sein kann, dass Luft in das Generatorgehäuse eindringt.

Das Eindringen von Feuchtigkeit kann verschiedene Ursachen haben, z. B. undichte Stellen in den wassergekühlten Wärmetauschern, Wasserverunreinigungen im Öl der Dichtungen und Schmiersysteme oder eine falsche Gasspülung nach der routinemäßigen Wartung des Generators. Um diese Probleme zu lösen, wird normalerweise ein regenerativer Trockner im Gaskreislauf eingesetzt, um Wasserdampf aus dem Wasserstoffgas zu entfernen.

Taupunktmessung für die Wasserstoffkühlung

Taupunktsensoren werden sowohl zur Überwachung des Betriebs des Trocknungssystems - zur Verbesserung des Wirkungsgrads und zur Senkung des Energieverbrauchs - als auch des Zustands des Wasserstoffgases beim Austritt aus dem Generatorgehäuse eingesetzt. Im letzteren Fall ist es üblich, den Taupunkt des Wasserstoffgases in einer sicheren Spanne unterhalb der minimalen Gehäusetemperatur zu halten; typischerweise wird eine Obergrenze von 0 °C Taupunkt bei Systemdruck festgelegt. Steigt der Taupunkt über diesen Grenzwert, müssen sofort Maßnahmen ergriffen werden, um den Generator abzuschalten und eine Reparatur durchzuführen oder - was wahrscheinlicher ist - frischen, trockenen Wasserstoff in das System zu pumpen, um das Risiko der Kondensation von Feuchtigkeit in der Statorumgebung zu vermeiden, was zu einem Überschlag oder einer Explosion führen könnte.

Wir bieten eine Reihe von fortschrittlichen Taupunktmesssystemen an. Dazu gehören die QMA401, selbstkalibrierendes In-Line-Spurenfeuchtemessgerät, das extrem genaue und schnelle Messungen ermöglicht, und der S8000 Chilled Mirror Hygrometer. Eine kostengünstigere Option sind unsere Easidew-Messumformer, die für den explosionsgefährdeten Bereich zugelassen sind und in eigensicheren oder explosionsgeschützten Versionen erhältlich sind. Klicken Sie hier für weitere Informationen.

Wir sind die weltweit führenden Experten für die Überwachung und Messung von Feuchtigkeit. Wir verfügen über acht verschiedene Technologien, die alle Feuchtigkeitsanwendungen abdecken und von einem unübertroffenen technischen und Kundensupport unterstützt werden. Um mehr zu erfahren,sprechen Sie noch heute mit einem unserer Anwendungsspezialisten.

Sie könnten auch an den folgenden Artikeln interessiert sein:

Wie man die Sécurité und Gasqualität von Wasserstoff-Elektrolyseuren sicherstellt

Wie man die Qualität und Sécurité einer Wasserstoff-Pipeline-Infrastruktur aufrechterhält