氫冷發(fā)電機(jī)漏氫原因分析及處理

西北電力建設(shè)第三工程有限公司 張 攀

氫冷發(fā)電機(jī)是指用氫氣冷卻發(fā)電機(jī)設(shè)備。應(yīng)用氫氣作為冷卻物質(zhì)具備相比其他冷卻物質(zhì)，氫氣具有獨(dú)特的優(yōu)勢，氫氣比重小，流通性和擴(kuò)散性強(qiáng)，散熱能力較強(qiáng)，在大容量發(fā)電機(jī)中，出自對發(fā)電機(jī)制造成本、維護(hù)保養(yǎng)和管理方法的考慮，其體積受限制，造成熱值大幅度提升。因此，除了水電機(jī)組，氫氣作為冷卻物質(zhì)被廣泛應(yīng)用，其冷卻能力可以達(dá)到空氣的7倍。

在提升冷卻力度時(shí)，氫冷發(fā)電機(jī)因?yàn)闅錃獾挠H水性強(qiáng)，難以避免會出現(xiàn)漏氫現(xiàn)象，因而漏氫量是氫冷發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo)。氫氣泄露造成氫氣壓力下降，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)冷卻能力也跟著降低，當(dāng)氫氣泄露嚴(yán)重時(shí)，因氫氣的危險(xiǎn)性，會引起火災(zāi)、爆炸等安全生產(chǎn)事故。處理氫氣泄露難題，保持氫氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行，是確保氫冷發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的必備條件。因而，需要對漏氫問題進(jìn)行分析，并采用防范措施，防止漏氫問題出現(xiàn)。

1 氫冷卻特點(diǎn)概述

氫是原子質(zhì)量最小的元素，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氫的相對密度占空氣的十四分之一，因而，現(xiàn)階段有效研究運(yùn)用氫氣作為冷卻發(fā)電機(jī)，形成的通風(fēng)損害低，有利于提升發(fā)電機(jī)總體運(yùn)行效率，并能控制發(fā)電機(jī)的噪音。另外，氫氣的導(dǎo)熱性能較好，在同樣的溫度差下，吸熱反應(yīng)和換熱效值較高。將機(jī)組容量控制在要求范圍之內(nèi)，能夠合理控制發(fā)電機(jī)容積，降低原材料使用量。另外，氫氣雖然較穩(wěn)定，但是其屬于易燃易爆氣體，擴(kuò)散性較強(qiáng)，因此對安全性要求較高。

2 漏氫的危害

因?yàn)闅錃獗戎剌^小、流動性強(qiáng)，大幅度提升了熱傳導(dǎo)和排熱功能，因此一般大容量高參數(shù)的發(fā)電機(jī)都選用氫氣作為冷卻物質(zhì)，但因?yàn)闅錃鉂B透性較強(qiáng)，如果密封做不好容易發(fā)生漏氫現(xiàn)象。空氣中的氫氣含量一旦超過標(biāo)準(zhǔn)，廠房內(nèi)容易起火乃至發(fā)生爆炸的事故，對發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行造成直接影響。此外，假如氫氣壓力不夠，冷卻不充分也會對發(fā)電機(jī)出力造成不良影響；假如氫氣進(jìn)入閉式水氫冷器會導(dǎo)致氣體阻塞，危害冷卻實(shí)際效果，如果進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)，油箱可能發(fā)生連鎖爆炸火災(zāi)事故；經(jīng)常補(bǔ)氫還會導(dǎo)致操作人員的任務(wù)量增加。同時(shí)，要充分考慮生產(chǎn)成本，在氫氣被浪費(fèi)、氫氣泄露比較嚴(yán)重時(shí)，必須停機(jī)停止生產(chǎn)[1]。

3 氫冷發(fā)電機(jī)漏氫原因分析

3.1 發(fā)電機(jī)密封性下降導(dǎo)致漏氫

發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)密封欠佳必定會造成發(fā)電機(jī)組漏氫。因?yàn)闅錃庀到y(tǒng)繁雜，管道多、機(jī)器設(shè)備多、閥門多、連接法蘭多、密封結(jié)合面多等，查詢氫氣泄漏具體位置和處理泄露問題難度較大。經(jīng)常補(bǔ)氫會導(dǎo)致氫氣大量浪費(fèi)，危害發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，并且泄漏的氫氣如果不能及時(shí)擴(kuò)散，會和周圍的空氣混合在一起，容易引發(fā)火災(zāi)事故，同時(shí)當(dāng)濃度值達(dá)到4%～76%時(shí)，可能發(fā)生爆炸事故，對發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。

一是發(fā)電機(jī)組兩邊軸承端蓋與本身頂端結(jié)合面不整平，運(yùn)行時(shí)熱脹冷縮造成的縫隙會導(dǎo)致漏氫。

二是發(fā)電機(jī)定子引出線套管的瓷瓶和法蘭因運(yùn)行中不斷振動而松脫，造成氫氣泄漏。

三是定子繞組接頭和內(nèi)冷水引水管接頭有裂痕或螺絲松動，造成漏氫；運(yùn)作氫氣壓力高過定子繞組內(nèi)冷水壓力，造成定子繞組空芯銅線泄漏時(shí)造成氫氣泄漏。

四是端蓋與密封瓦結(jié)合面漏氫，發(fā)電機(jī)密封瓦故障，包含卡澀、磨損、絕緣層不過關(guān)等，會使密封空隙增大，導(dǎo)致密封油壓力降低，造成氫氣泄漏。當(dāng)發(fā)生這類難題時(shí)，氫氣會泄漏到滾動軸承外，通過氫氣系統(tǒng)測漏儀可檢驗(yàn)出來，在拼裝上端蓋和下端蓋時(shí)，法蘭接縫務(wù)必要對齊，當(dāng)接縫不平整時(shí)，密封墊會受壓不均勻，就會出現(xiàn)比較大的空隙。除此之外，對于上下端蓋水平法蘭結(jié)合面與密封瓦座的密封溝之間的出口位置，應(yīng)采用密封對策，防止密封膠進(jìn)入。

五是密封油運(yùn)行中持續(xù)吸收氫氣，伴隨著油壓和回油量的提升而增加，密封瓦的空側(cè)回油、密封油箱的排油、發(fā)電機(jī)主軸承的回油都會直接進(jìn)入汽輪機(jī)主油箱，會帶走一部分氫氣，特別是氫側(cè)油壓高于空側(cè)油壓時(shí)。

六是系統(tǒng)閥門操作失誤，氫氣系統(tǒng)閥門不緊，造成氫氣泄漏；補(bǔ)氫氣閥閥芯掉下來；連接到氫氣系統(tǒng)的其他設(shè)備泄漏氫氣。

七是氫氣冷卻器上下法蘭與機(jī)殼在結(jié)合面不整平，密封墊過薄時(shí)，部分空隙會導(dǎo)致漏氫；氫氣冷卻器個別銅管發(fā)生泄漏，氫氣壓力超過水壓力時(shí)，都會造成氫氣漏入冷卻水中[2]。

3.2 氫純度不滿足標(biāo)準(zhǔn)

氫氣的純度應(yīng)控制在96%之上，當(dāng)密封油差壓閥調(diào)節(jié)不合適時(shí)，空側(cè)油壓高過氫氣側(cè)油壓，更多的氣體會進(jìn)到發(fā)電機(jī)的氫氣系統(tǒng)中，在一定程度上會直接影響氫氣純度。另外，當(dāng)運(yùn)行環(huán)境中有較多雨水時(shí)，水汽與氫氣混合，其原因是油系統(tǒng)中水分含量高，在相對高壓高溫的氫側(cè)密封油中，水汽在蒸發(fā)過程中會滲入低壓氫氣中，會直接影響氫氣的純度和環(huán)境濕度。

因此，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)監(jiān)管油氣、氫氣的壓力差，并做好油系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)，使氫氣干燥周期時(shí)間獲得有效控制。現(xiàn)階段，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)提升風(fēng)壓試驗(yàn)，以合理檢測發(fā)電機(jī)的密封特性，在風(fēng)壓測試過程中，更應(yīng)控制額定量的空氣壓縮，并24h對壓力、氣壓、溫度變化等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行詳細(xì)記錄，剖析固定時(shí)間范圍里的氫氣泄漏狀況。在檢查泄漏過程中，如果對泄露位置不能夠精準(zhǔn)判斷，需要充進(jìn)適當(dāng)?shù)姆海M(jìn)行進(jìn)一步查驗(yàn)。

3.3 氫溫高

氫氣溫度高可分成熱氫溫度高和冷氫溫度高，首先冷氫溫度過高造成氫氣冷卻器傳熱無效或閉式水溫度高。因此，現(xiàn)階段相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對閉式水的管控，控制其水體，防止氫冷卻器受到污染。現(xiàn)階段，必須控制氫氣冷卻器的冷氫溫度，溫度需要控制在43℃，當(dāng)閉式水因?yàn)槌Ｒ姽收显斐蛇\(yùn)作受到限制時(shí)，在長時(shí)間負(fù)荷作用下，冷氫溫度達(dá)到跳閘值消耗時(shí)間較短。另外，熱氫溫度出現(xiàn)異常與發(fā)電機(jī)組內(nèi)部故障相關(guān)，如常見的短路故障、絕緣層相關(guān)問題等，必須剖析其基本表面現(xiàn)象，綜合具體原因，當(dāng)空氣中氫氣的體積占到4%～75%時(shí)，在一定程度上就會造成可燃性混合物質(zhì)出現(xiàn)，氫氣的著火值為574℃，著火能量低，在氫氣系統(tǒng)各閥體的控制中能夠通過手動進(jìn)行控制。

4 常用的檢漏方法

4.1 肥皂液檢漏法

用肥皂液檢驗(yàn)氫氣泄漏是一種簡易且有效的辦法，在設(shè)備結(jié)合面刷肥皂液，觀察是否有氣泡，可分辨是否在漏汽。但采用這種方式需要注意以下兩點(diǎn)：一是不建議應(yīng)用在電機(jī)定子兩邊端口，以免在檢漏后設(shè)備生銹；二是在發(fā)電機(jī)和氫氣系統(tǒng)中，一切有電子信號輸入和輸出以及絕緣規(guī)定的部位均不可用肥皂液檢漏，如測溫元件引出線和接線端子等，由于殘余的溶液會浸蝕接線端子。

4.2 鹵素檢漏儀檢漏

鹵素檢漏儀是一種檢驗(yàn)效果較好的檢測方法，使用鹵素檢漏儀開展檢漏之前，被檢器務(wù)必以70g/m2的占比充進(jìn)氟利昂，比重可以通過稱重來控制。檢測儀由儀表和探頭等組成，鋰電池供電，6檔靈敏度可調(diào)式。當(dāng)檢漏儀的探頭挨近待測物件時(shí)，會出現(xiàn)蜂鳴聲警報(bào)。通常，重要的檢驗(yàn)位置是發(fā)電機(jī)座、出線盒、電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)線、氫氣冷卻器、閥門及管道、氫氣干燥器、氫氣純度檢測儀、濕度儀、密封油排煙風(fēng)機(jī)等[3]。

4.3 內(nèi)漏查找

由化學(xué)人員對定子冷卻水箱氣相取樣，測量氫氣含量；現(xiàn)用氫氣表測量潤滑油排煙風(fēng)機(jī)出口的氫氣含量；現(xiàn)用氫表測量密封油排煙風(fēng)機(jī)出口處的氫氣含量；用氫氣表測量閉式冷卻水膨脹水箱呼吸口處氫氣含量；施工現(xiàn)場工作人員在發(fā)電機(jī)組氫氣冷卻器的四個換熱器的排氣口測量氫氣含量，根據(jù)氫含量能夠初步判斷內(nèi)部泄露的部位，如果檢測正常，就需要對外漏進(jìn)行查找。

4.4 外漏查找

對漏氫位置必須仔細(xì)查找，不能忽視任何一個盲區(qū)。務(wù)必認(rèn)真對發(fā)電機(jī)組全部連接部位的氫含量進(jìn)行檢查，如人孔、軸承端蓋、手孔、二次測量引出線端口、出線套管法蘭及瓷套管內(nèi)部密封、出線罩、氫冷器法蘭等氫密封部件。

在查找時(shí)有一定的側(cè)重點(diǎn)，對之前常泄漏的部位進(jìn)行重點(diǎn)查找，例如軸承端蓋螺栓和端蓋結(jié)合面，注膠孔與接線。觀察結(jié)合面是不是出現(xiàn)鼓泡情況，補(bǔ)膠孔是不是有排出物或噴痕。查找二次部分的接線處，留意取樣管口不可以插進(jìn)蓋板太深，以防遇到接線頭的裸露部分，導(dǎo)致信號誤發(fā)。

5 氫冷發(fā)電機(jī)漏氫防范措施

5.1 運(yùn)行期間的防范措施

一是運(yùn)行工作人員應(yīng)監(jiān)控發(fā)電機(jī)線棒和線棒出水的溫度。發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，運(yùn)行工作人員定期檢查檢漏儀是否有存水，按時(shí)排盡氫冷卻器，看是否有氣體排出，查驗(yàn)氫冷卻器出水總管有無漏氫報(bào)警，緊密監(jiān)控發(fā)電機(jī)的定冷水質(zhì)，若有異常現(xiàn)象，需要立即通告相關(guān)專業(yè)工作人員查明原因，并立即清除。

二是應(yīng)嚴(yán)控發(fā)電機(jī)各體系的運(yùn)行參數(shù)，確保氫氣壓力至少高于內(nèi)冷水壓力0.05MPa以上，且氫氣壓力高過氫氣冷卻器的冷卻水壓力，以避免發(fā)電機(jī)內(nèi)部水系統(tǒng)的某一部分毀壞而泄露到發(fā)電機(jī)內(nèi)。

三是發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，需要注意汽側(cè)空側(cè)回油氫氣檢測點(diǎn)是否會出現(xiàn)警報(bào)，油壓是否在額定范圍，確認(rèn)油壓的跟蹤情況以及排煙風(fēng)機(jī)管路口氫氣的濃度，是否有氫氣泄露到油系統(tǒng)中。

5.2 加強(qiáng)對設(shè)備及材料的保管

設(shè)備和原材料抵達(dá)現(xiàn)場后，需要立即拆箱查驗(yàn)設(shè)備，并對精密零件和電氣元器件進(jìn)行詳細(xì)記錄并入庫，封裝后，存放在干燥地方；針對不能入庫的大件物品，可直接進(jìn)行現(xiàn)場安裝，滿足不了現(xiàn)場安裝條件的要存放在露天倉庫，并且在設(shè)備底端墊木枕，搭建對應(yīng)的防護(hù)棚，在確保防潮、防水防雨、防曬時(shí)還要保持通風(fēng)。針對管道等其他材料，在拆箱和核對后，應(yīng)恢復(fù)外包裝并且用防水帆布做好維護(hù)。

5.3 檢修清理及焊接驗(yàn)收

在拆解和檢修設(shè)備之前，首先要清理和消除設(shè)備周邊的塵土，并且需要在地面鋪上隔離墊層（木板、橡皮等）及塑料薄膜。檢修維護(hù)期內(nèi)，對每個部件都要仔細(xì)檢查并清理，檢查驗(yàn)收后，應(yīng)立即對各個部套進(jìn)行包裝封口處理，并做好保管工作。該階段主要檢驗(yàn)設(shè)備維修工和檢驗(yàn)員的責(zé)任心，在焊接施工過程中，檢驗(yàn)員應(yīng)嚴(yán)格遵守各項(xiàng)規(guī)章制度，避免直接電焊焊接{4]。

5.4 密封油系統(tǒng)

依據(jù)密封瓦的構(gòu)造和運(yùn)行參數(shù)，應(yīng)設(shè)置有效的密封油壓，雙流環(huán)密封瓦在密封情況下，應(yīng)確保差壓閥和平衡閥的協(xié)調(diào)能力，其追蹤特性優(yōu)良。設(shè)備在運(yùn)行過程中，密封油壓超過氫壓的恒定值時(shí)，可由差壓閥進(jìn)行操控，平衡閥操控氫側(cè)和空側(cè)密封油壓保持一致。在檢修時(shí)，要保證差壓閥和平衡閥的檢修調(diào)節(jié)技術(shù)水平，確保實(shí)際操作靈便靠譜，還要保證有效的設(shè)定值，做到不漏氫、機(jī)油不內(nèi)流的實(shí)際效果。油箱油量應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)監(jiān)管，防止出現(xiàn)機(jī)油內(nèi)流或漏氫狀況出現(xiàn)。

6 結(jié)語

氫氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行對設(shè)備的安全、平穩(wěn)、可靠運(yùn)行尤為重要。危害氫氣發(fā)生漏氫原因較多，想要從源頭上解決困難，必須做好生產(chǎn)制造、檢修、運(yùn)行的每一個重要環(huán)節(jié)。運(yùn)行工作人員需要有高度的責(zé)任心，緊密監(jiān)控發(fā)電機(jī)組有關(guān)機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行，按時(shí)測算漏氫量，并開展全面檢查，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況以及日常工作經(jīng)驗(yàn)，不斷提升維護(hù)檢驗(yàn)力度，不斷創(chuàng)新監(jiān)測新技術(shù)，做好氫冷發(fā)電機(jī)漏氫預(yù)防工作，確保發(fā)電機(jī)長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。