Maintien de la pureté de l'hydrogène dans les générateurs à turbine

L'importance de mesurer le point de rosée pour garantir l'efficacité et la sécurité

L'hydrogène possède une large Échelle de propriétés qui en font un gaz idéal pour de nombreuses applications. Il présente notamment une faible densité - environ 14 fois inférieure à celle de l'air atmosphérique - une conductivité thermique élevée et un excellent coefficient de transfert thermique. Ces facteurs ont conduit à l'utilisation de l'hydrogène comme un mécanisme de refroidissement efficace pour les générateurs de puissance à grande turbine.

En termes simples, l'utilisation de l'hydrogène comme gaz de refroidissement contribue à réduire les pertes de chaleur par frottement au sein d'un turbo-générateur, ce qui permet de convertir une plus grande proportion de combustible en énergie ; par rapport à un système de refroidissement à base d'air, le refroidissement à l'hydrogène permet également d'utiliser une turbine plus petite et plus efficace.

Typiquement, l'hydrogène de haute pureté circule dans des conduits non magnétiques disposés bout à bout dans la turbine, éliminant la chaleur des enroulements du stator et du rotor, des roulements et des autres pièces rotatives, le système de refroidissement étant maintenu à une pression d'au moins 30 psig ; cela minimise le risque que de l'air extérieur pénètre dans le carter de la turbine et crée un mélange gazeux potentiellement explosif. L'hydrogène est mis en circulation au moyen de ventilateurs situés aux extrémités du rotor du générateur et passe dans des échangeurs de chaleur remplis d'eau pour éliminer la chaleur latente. Des joints pressurisés remplis d'huile sont utilisés pour empêcher l'hydrogène de fuir du générateur dans l'atmosphère environnante, où il peut à nouveau créer un risque d'explosion ou de feu d'hydrogène.

Il est clair que le maintien du plus haut niveau de pureté de l'hydrogène est crucial, tant pour l'efficacité du fonctionnement que pour la sécurité. Les explosions d'hydrogène dans les centrales à turbine sont extrêmement rares et, lorsqu'elles se produisent, elles sont le plus souvent liées à des erreurs de manipulation du gaz lors de la purge du générateur, ou du transfert des camions-citernes vers les cuves de stockage sur site.

Contamination par l'humidité dans l'hydrogène

Bien que permettre à l'hydrogène de se mélanger à l'air constitue le plus grand risque dans les générateurs à turbine, il existe également des dangers potentiels posés si la teneur en humidité de l'hydrogène gazeux n'est pas soigneusement contrôlée. Si on laisse les niveaux d'humidité augmenter, ils peuvent réduire la conductivité thermique et augmenter la viscosité de l'hydrogène, ce qui entraîne une augmentation des pertes dues au vent. À plus long terme, une humidité excessive provoquera également la corrosion de l'acier sur les surfaces internes, comme les anneaux de retenue du générateur. Si l'humidité se condense sur des pièces métalliques sous tension, le risque d'arc électrique ou d'embrasement est peut-être le plus préoccupant, avec des conséquences qui pourraient être désastreuses. Il convient de garder à l'esprit que la présence de vapeur d'eau dans l'hydrogène peut également être un indicateur de fuite d'air dans le boîtier du générateur.

La pénétration d'humidité peut provenir de plusieurs sources, notamment de fuites dans les échangeurs de chaleur refroidis par eau, de la contamination par l'eau de l'huile utilisée dans les joints et les systèmes de lubrification, et d'une purge incorrecte des gaz après l'entretien de routine du générateur. Pour résoudre ces problèmes, un sécheur dessiccateur régénératif est normalement utilisé dans la boucle de circulation des gaz pour éliminer la vapeur d'eau de l'hydrogène gazeux.

Mesure du point de rosée pour le refroidissement de l'hydrogène

Les capteurs de point de rosée sont utilisés à la fois pour surveiller le fonctionnement du système de séchage - améliorant l'efficacité et contribuant à réduire la consommation d'énergie - et l'état de l'hydrogène gazeux à sa sortie du carter du générateur. Pour ce dernier point, il est normal que le point de rosée de l'hydrogène gazeux soit maintenu à une marge de sécurité inférieure à la température minimale du carter ; typiquement, une limite supérieure est fixée à 0 °C de point de rosée à la pression du système. Si le point de rosée dépasse cette limite, des mesures immédiates doivent être prises pour arrêter le générateur et effectuer une réparation ou - plus probablement - pour pomper de l'hydrogène frais et sec dans le système afin d'éviter le risque de condensation de l'humidité dans l'environnement du stator, ce qui pourrait entraîner un embrasement ou une explosion.

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