一起發電機氫冷器泄漏異常診斷及處理

摘 要：某發電公司650 MW機組運行中發電機補氫量明顯增大，對機組運行構成安全威脅。通過對氫氣系統外漏和內漏的逐一排查，確定A氫冷器存在泄漏，運行中隔離A氫冷器水側后發電機氫壓恢復穩定。利用調停機會，解體A氫冷器，發現一根鋼管泄漏，采用堵塞泄漏鋼管的方式消除漏點，恢復設備正常運行。

關鍵詞：發電機；氫冷器；泄漏；診斷；處理

中圖分類號：TM621" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）04-0077-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.04.019

0" " 引言

2023年4月初，某發電公司#1發電機組氫壓下降明顯變快，為維持發電機氫壓在正常范圍內每日需補氫兩次，日補氫量已達到40 Nm3/d，遠高于發電機說明書規定的允許氫氣泄漏量11.3 Nm3/d。

在機組正常運行期間，發電機漏氫量大一方面會導致發電機殼內氫壓的降低，造成發電機冷卻效果下降，導致發電機內部部件溫度升高，影響發電機的使用壽命，嚴重時還會限制發電機的出力狀況；另一方面，漏氫嚴重還存在氫氣爆炸風險，甚至可能造成發電機破壞性損壞和人員傷亡事故，如不能及時消除，將對機組運行構成重大安全隱患。

1" " 設備介紹

該發電公司建設有2臺650 MW超臨界發電機組，分別于2007年3月和7月投產。配套發電機為上海汽輪發電機有限公司提供的西門子公司制造的三相同步汽輪發電機，型號為THDF118/56。發電機額定容量667 MVA，額定功率因數0.9，最大連續輸出容量733 MVA，最大連續輸出功率660 MW。發電機采用水-氫-氫冷卻方式：定子線圈水內冷，轉子線圈直接氫冷，轉子本體及定子鐵芯氫冷，定子出線氫冷。

為防止運行中氫氣沿轉子軸向外漏，引起火災或爆炸，機組配置了密封油系統，向轉軸與端蓋交接處的密封瓦循環供應高于氫壓的密封油。本機組的密封油采用雙流環式密封油系統，分別進入汽輪機側和勵磁機側的密封瓦，經中間油孔沿軸向間隙流向空氣側和氫氣側，形成了油膜，起到了密封潤滑作用，然后分兩路（氫側、空氣側）回油。

發電機設計機內壓力為0.414 MPa，一般控制在0.38～0.4 MPa。在機組正常運行中，氫氣會通過密封油系統及其他不嚴密部分泄漏出去，為維持氣體壓力在規定值，就要不斷進行補充操作，補充氫氣來自制氫站。本機組補氫為手動操作，由汽機零米處的雙回路系統進行補充。

2" " 原因排查

發電機補氫量異常增大時，一方面要利用氫氣檢漏儀對發電機氫氣系統所有密封面進行全面檢漏，找到氫氣系統的外漏點，及時聯系檢修人員封堵漏點；另一方面要對發電機整個冷卻系統運行參數進行檢查分析，找出參數異常情況，分析發電機內部漏氫點，根據具體情況采取隔離處理或停機處理方式消除漏點[1-8]。

2.1" " 氫氣系統外漏排查

發電機氫氣系統較為簡單，主要由供補氫管路、排氫管路、氫氣干燥器設備及管路、氫氣系統取樣信號管路、絕緣過熱在線監測裝置管路、發電機檢漏儀、氫氣純度儀、H2控制裝置、氫氣循環風機等設備構成。采用涂肥皂液、高靈敏度可燃氣體檢測儀等手段對上述設備的所有管路、閥門、法蘭進行檢測，發現#1機補氫調門接頭輕微漏氫、B氫氣干燥器排污門閥門輕微內漏，均聯系檢修及時消除了漏點，但發電機補氫量沒有明顯下降，氫氣系統管路漏氫原因排除。

發電機本體部位的密封面較少，主要有勵端大端蓋、汽端大端蓋、上下端蓋水平結合面、端蓋螺栓孔、進出風溫度計的結合面、發電機溫度測點引出線、密封瓦、發電機補排氫管焊口、發電機人孔、氫冷器大端蓋等。對上述設備進行全面檢測，也沒有發現漏點，發電機本體漏氫原因排除。

2.2" " 氫氣系統內漏排查

發電機冷卻系統主要包括密封油、定子冷卻水、氫氣冷卻水系統，這些系統設備較多，都與氫氣有直接或間接的接觸，都存在發生氫氣泄漏的可能。發電機出口封閉母線與發電機相連，雖采取了隔離措施，但也有隔離不嚴漏氫到封母腔體的可能。這些系統的漏氫不能直接檢測到，可歸結為內漏的范疇，可通過運行參數分析和間接檢測來排查。

如果是氫氣漏入發電機出口封閉母線，發電機三相封閉母線內均裝有漏氫在線監測點，可以對其進行檢查，結果顯示漏氫量均為0.1%，趨勢為一條直線不變。由于封母空間有限，如果氫氣泄漏進入，充滿以后發電機氫壓就不會繼續下降，而發電機氫壓是持續下降的，故發電機封母漏氫的可能排除。

發電機定子冷卻水壓力維持在0.25 MPa左右，發電機內氫壓正常維持在0.4 MPa，氫水存在較大的差壓，發電機定子線圈管路有漏點時，氫氣會漏入定冷水系統。檢查定子冷卻水漏氫在線監測點，顯示定冷水箱上部含氫量穩定在0.1%，沒有達到1%報警值。為防止在線儀表顯示不準，現場對定冷水箱頂部排氫管進行含氫量測量，測得的含氫量為0%，低于二十五項反措技術要求及制造廠標準，故氫氣內漏至定冷水系統的可能被排除。

發電機內部的氫氣主要是靠端部略高于氫壓的密封油路封堵，當密封油系統運行異常，密封油壓力偏低時，氫氣漏入密封油系統，隨密封油空側排煙風機排出或溶入密封油中，隨著密封油循環流動。檢查密封油系統參數，密封油主差壓閥調節密封油壓力穩定，油氫壓差為100～110 kPa，平衡閥調節空氫側差壓在±0.5 kPa以內，符合廠家設計要求。檢查在線氫氣泄漏裝置，未發現密封油系統漏氫報警，含量為0.1%。通過以上檢查，判斷密封油系統運行正常，不存在漏氫可能。

發電機氫氣冷卻器由閉式冷卻水冷卻，閉式冷卻水母管壓力維持在0.4 MPa左右，與發電機內氫壓基本持平，由于閉式水到氫冷器管路存在沿程阻力損失，氫冷器安裝在13.7 m層，閉式水泵安裝在0 m層，氫冷器處冷卻水實際壓力只有0.25 MPa左右，如果氫氣冷卻器冷卻管束有泄漏，因氫壓高于水壓，會造成氫氣進入閉式冷卻水系統。DCS檢查發電機氫氣泄漏檢測裝置，顯示閉式水監測點含氫量在1%以內，沒有報警。為防止儀表檢測誤差，4月18日晚班，現場對#1機閉式水箱頂部排氣口處測氫氣含量，結果含氫量達到1%以上，測氫儀發出報警；打開閉式水系統排空氣門，用測氫儀在出水口上方測量，測氫儀也發出報警。檢測結果表明，閉式水系統漏入了大量氫氣并溶解在水中，初步判斷氫冷器存在泄漏。

3" " 氫冷器漏點排查

發電機組設計有兩組四臺氫冷器，每臺氫冷器單獨通閉式冷卻水冷卻，機組運行中四臺氫冷器均維持運行，確定氫冷器存在泄漏以后，還要排查是哪臺氫冷器泄漏，以便進一步查明具體漏點。

3.1" " 氫冷器水側排空門測量排查

為了查明是哪臺氫冷器泄漏，機組運行中先采用逐臺開啟氫冷器水側排空門測量含氫量大小的方式來判斷，結果發現每臺氫冷器水側排空門出口測量的含氫量均達到儀表的上限。由于氫氣溶于閉式水，整個閉式水系統的水中溶氫量均達到了飽和，四臺氫冷器冷卻水側的含氫量基本上相同，無法確定哪臺氫冷器泄漏。

3.2" " 氫冷器水側隔離排查

查閱發電機廠家說明書發現，在發電機滿足額定氫壓0.40 MPa的條件下，氫氣冷卻器有1/4組退出時，允許帶80%額定負荷。此時運行人員應連續監視冷氫溫度使之不超過48 ℃，加強對機組振動的監視，必要時降負荷運行，調整機組負荷使氫溫恢復到報警值以下；加強對氫壓及定子鐵芯溫度的監視，若氫溫升高，應視鐵芯溫度情況，聯系值長，機組相應減負荷。發電機說明書允許退出單臺氫冷器運行。

專業決定采取逐臺退出氫冷器水側觀察氫壓下降趨勢的方法來判斷哪臺氫冷器泄漏，如果氫冷器水側進、出水隔離門能關閉嚴密，隔離泄漏的氫冷器水側后，氫冷器氫側的壓力高于水側，氫氣繼續泄漏至水側，到水側壓力等于氫側壓力后氫氣將不再泄漏，發電機氫壓將穩定下來，逐臺隔離四臺氫冷器觀察發電機氫壓變化趨勢即可判斷哪臺氫冷器泄漏。

在電網負荷低谷階段，專業對#1發電機氫冷器逐臺隔離觀察，發現A氫冷器水側隔離一段時間后發電機氫壓下降趨勢明顯變慢，B、C、D氫冷器隔離后發電機內氫壓持續下降，由此可以判斷A氫冷器存在泄漏。

3.3" " 氫冷器退出一臺試驗

為掌握發電機退出一臺氫冷器后的帶負荷能力，專業開展了一次三臺氫冷器運行帶負荷能力試驗，在隔離#1發電機A氫冷器水側的情況下，機組帶80%額定負荷運行1 h，觀察發電機定、轉子各項參數均無明顯上升，發電機兩側冷氫溫度在48 ℃以內。分階段逐步提高機組負荷做試驗，最高升至額定負荷650 MW運行，檢查閉式水溫36 ℃，發電機汽側定子鐵芯溫度最高72.7 ℃，冷氫溫度45.7 ℃，熱氫溫度64.2 ℃，發電機各部位溫度均在正常范圍。試驗表明，隔離A氫冷器后機組能夠正常帶負荷運行，可以待調停機會再消除氫冷器漏點。

4" " 氫冷器漏點治理

2023年6月初，#1機組調停，電氣專業制定詳細的A氫冷器檢修方案，提前準備好備件和工器具，積極協調廠家人員到場指導工作并攜帶專用工器具，檢修作業按“兩班倒”排班，24 h不間斷作業，電氣專業安排專人全程跟蹤監督，經過為期7天的日夜奮戰，安全高效地完成了#1發電機A氫冷器檢修工作。

4.1" " 氫冷器拆除

#1機停機6 h后發電機內溫度降至略高于環境溫度，開始發電機氣體置換工作，發電機氣體置換完成后將發電機機內氣體緩慢排出直至壓力為零，泄壓過程中監視密封油系統和盤車運行正常，發電機各浮子檢漏計及密封油消泡箱無液位高報警。發電機機內降壓至零，觀察密封油系統運行穩定1 h后許可氫冷器檢修工作票。退出發電機斷水保護壓板，停運發電機定冷水系統。在第一次切割A氫冷器水管時，保證漏到里面的氫氣排盡，防止出現動火作業風險。先從發電機取樣管取二氧化碳氣體，向冷卻器放水管中充入二氧化碳，吹掃1 h后再與CO2一起排氣，作業前在排水管、排空管處檢測氫氣含量合格。

4.2" " 氫冷器漏點查找

A氫冷器拆下來先進行水側充水打壓整體查漏，打壓到200 kPa時發現A氫冷器氫水箱邊緣有水漏出（圖1），確定A氫冷器管束內確實存在泄漏點，運行中的判斷是準確的。

然后采用廠家專用工具器對A氫冷器每根管子（每個支路135根管子，管子外徑？準20、內徑？準18）逐步查漏，最后發現具體漏點在氫冷器進水箱A支路第2根管口（圖2），其他水管沒有泄漏。

4.3" " 氫冷器漏點封堵

具體泄漏的管子找到后，根據廠家意見，采用傳統脹接堵管的方式進行處理，在泄漏管段兩端用紫銅堵頭脹接封堵住（圖3）。

4.4" " 氫冷器打壓試驗

為檢驗A氫冷器泄漏管子封堵效果，檢修結束后進行了A氫冷器水側的水壓試驗（圖4）。水壓試驗按工作壓力的2倍進行，本次試驗壓力為0.5 MPa，在試驗壓力下全面檢查A氫冷器沒有發現泄漏點，水壓試驗合格。

5" " 檢修效果及防范措施

#1發電機A氫冷器泄漏處理好后，對發電機重新進行整體氣密性試驗，試驗結果合格，機組啟動后恢復A氫冷器運行，發電機漏氫量降至7 Nm3/d以內，治理效果良好，#1發電機漏氫量大的重大安全隱患得到了根本解決。

針對此次氫冷器泄漏后閉式水側氫氣檢測儀測量不準問題，現場檢查發電機氫冷器閉式水側漏氫檢測儀安裝在氫冷器閉式水回水母管上，由于閉式水回水管一直充滿水，檢漏儀取樣管里面也充滿了水，氫氣無法逸出到檢漏儀測量觸頭，無法檢測到氫冷器的泄漏，該處的氫氣泄漏檢測不能準確反映實際泄漏量。建議熱工專業將發電機氫冷器閉式水出水管氫氣檢漏儀移裝到閉式水箱排氣口處，確保氫冷器閉式水側漏氫量測量準確。

6" " 結束語

發電機漏氫超標對機組的安全運行危害極大[9-11]，發電機的冷卻系統較為復雜，牽涉到汽機、電氣、熱工等多個專業，一旦發生漏氫量超標，技術管理部門要組織各相關專業進行專題分析，對發電機補氫量大的原因進行逐項分析、逐項排查，發揮集體智慧，及時排查出發電機的漏氫點，保證機組的安全運行。

[參考文獻]

[1] 楊泰.300 MW發電機氫冷器泄漏分析及防范措施[J].機電信息，2020（12）：65.

[2] 隋陸毅.發電機氫冷器端蓋法蘭漏氫原因分析及對策[J].華電技術，2014，36（3）：40.

[3] 寧效偉，關錦良.一起發電機漏氫事件的分析與處理[J].電力安全技術，2022，24（12）：58-60.

[4] 張振宇，郭業曉，張錦輝，等.一起發電機漏氫事件原因分析與處理[J].山東電力高等專科學校學報，2021，24（2）：41-44.

[5] 趙景宇.480 MW全氫冷發電機幾起漏氫故障的處理與分析[J].電力設備管理，2019（11）：58-59.

[6] 秦軍旗.托電10號發電機漏氫異常分析及對策[J].內蒙古科技與經濟，2019（8）：63-64.

[7] 李明濤，姜根.1 000 MW發電機漏氫原因分析與治理[J].神華科技，2017，15（11）：42-45.

[8] 黃巍，汪海.汽輪發電機氫氣冷卻器漏氫故障原因分析及處理[J].電力與能源，2017，38（3）：336-338.

[9] 李玉輝，侯申才，高科.華能丹東電廠2號汽輪發電機漏氫分析與處理[J].東北電力技術，2016，37（3）：20-23.

[10] 單光華，張立春.600 MW發電機漏氫案例及預防措施探討[J].機電信息，2015（30）：13.

[11] 宋俊峰，王豪，姬輝.一起發電機內漏氫事件分析處理及預防[J].陜西電力，2014，42（10）：89-91.

收稿日期：2024-10-18

作者簡介：張俊丁（1978—），男，江西萬安人，工程師，研究方向：火電廠優化運行。