氫氣純度與氫冷發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行

王昭武

（國(guó)電太原第一熱電廠，山西 太原 030021）

1 氫氣質(zhì)量分析的重要性

分析氫氣中雜質(zhì)含量在氫氣生產(chǎn)過程中占有很重要的地位，它不僅關(guān)系到氣體的質(zhì)量，而且關(guān)系到氫氣生產(chǎn)甚至整個(gè)工廠的安全。運(yùn)行中氫冷發(fā)電機(jī)的氫氣質(zhì)量分析結(jié)果是否正確，直接影響到發(fā)電機(jī)的安全發(fā)電和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；置換過程中的氫氣質(zhì)量分析也尤為重要，發(fā)生誤差會(huì)有爆炸混合氣體的存在，在檢修過程中，就有可能發(fā)生爆炸，嚴(yán)重威脅設(shè)備和人身安全。為此，只有嚴(yán)格進(jìn)行氫氣生產(chǎn)過程中氫氣純度及發(fā)電機(jī)氫氣純度的分析監(jiān)督，才能絕對(duì)保證氫氣生產(chǎn)過程及發(fā)電機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行。

2 氫氣的著火和燃燒及爆炸

2.1 氫氣著火

任何物質(zhì)都有一個(gè)著火點(diǎn)，氫氣在空氣中的著火點(diǎn)溫度是585℃，但需要給它一個(gè)能量才能著火，這個(gè)能量?jī)H為20 μJ，非常容易著火?；瘜W(xué)纖維所產(chǎn)生的靜電火花的能量，都比20 μJ大好幾倍，經(jīng)常意想不到的情況下就可能引起氫氣的燃燒，而且壓力和溫度高時(shí)更容易著火。

2.2 氫氣的燃燒

氫氣的燃燒是著火反應(yīng)的繼續(xù)，是在不可能引起爆轟、爆炸現(xiàn)象的安全條件下進(jìn)行的，純氫氣燃燒呈藍(lán)色火焰，只是點(diǎn)火初期的瞬間有輕微的爆鳴聲。

2.3 氫氣的爆炸

通常所說的氫氣爆炸是爆燃、爆轟的合并現(xiàn)象。氫氣的爆燃是氫氣燃燒的瞬間，由于擴(kuò)散范圍內(nèi)的連鎖反應(yīng)，燃燒供給的氫氣不繼續(xù)，爆燃時(shí)有轟鳴聲，燃燒時(shí)火焰速度很快。

氫氣爆轟是爆燃的進(jìn)一步擴(kuò)大，首先是氫氣的量要比爆燃充足，其次是環(huán)境應(yīng)使沖擊波有反射的條件，在恒定體積中產(chǎn)生爆轟壓力可猛增20倍，如氫氣系統(tǒng)運(yùn)行中某些玻璃監(jiān)測(cè)儀器往往在爆轟中炸得粉碎。

氫氣爆炸時(shí)要比爆轟更大，氫氣與空氣、氧氣混合狀態(tài)的存在是危險(xiǎn)的，尤其是在絕對(duì)密閉狀態(tài)下更危險(xiǎn)，見圖1和圖2。發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)氫罐都是相對(duì)密閉的容器。

圖1 不同溫度下氫氣在空氣中的爆炸界限

圖2 不同壓力下氫氣和空氣混合后的爆炸界限

3 氫氣純度的測(cè)定

氫氣純度不合格會(huì)發(fā)生事故，通常控制氫氣純度的方法是化驗(yàn)。化驗(yàn)監(jiān)督必須準(zhǔn)確、及時(shí)、認(rèn)真對(duì)待。

3.1 氫氣純度測(cè)定的規(guī)定

a）運(yùn)行中的電解水系統(tǒng)，在啟動(dòng)初期應(yīng)每隔3h測(cè)定一次。

b）裝有氫分析儀表的電解系統(tǒng)，運(yùn)行初期也是每3 h測(cè)定一次氫純度，并與儀表所指示數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。校正是用奧氏分析儀作依據(jù)。運(yùn)行正常后每24 h需校正一次。

c）運(yùn)行正常的發(fā)電機(jī)組，每天都必須進(jìn)行氫純度的化驗(yàn)，并且在發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫前后，應(yīng)各做一次氫純度分析化驗(yàn)。

d）儲(chǔ)氫罐每月應(yīng)做一次氫純度分析化驗(yàn)。

3.2 置換氣體純度分析

置換氣體是指二氧化碳和氮?dú)狻錃庀到y(tǒng)檢修，發(fā)電機(jī)大修時(shí)要進(jìn)行排氫工作，即將氫氣置換成二氧化碳或氮?dú)?，然后再置換成空氣，檢修完畢后再倒過來置換成空氣，即充氫。每置換一種氣體都必須測(cè)定置換后氣體純度，以保證作業(yè)中各氣體都在安全范圍內(nèi)。

4 遇到著火時(shí)處理方法

氫冷發(fā)電機(jī)內(nèi)部著火，只要故障電流切斷很快，火勢(shì)將不會(huì)蔓延和擴(kuò)大，這是由于在發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣純度很高時(shí)，氫氣不會(huì)助燃，也不會(huì)自燃爆炸。但值得注意的是，在氫冷發(fā)電機(jī)外部漏出的氫氣與空氣混合，當(dāng)氫氣濃度下降到5%～75%范圍時(shí)，火星就可以引起著火和爆炸，因此是十分危險(xiǎn)的。一旦由此引起著火和爆炸，應(yīng)迅速關(guān)閉來氫管道和閥門，并用二氧化碳滅火器或1211滅火劑滅火。如果起火原因是由于發(fā)電機(jī)的密封不嚴(yán)，漏氫所造成，則應(yīng)迅速降低發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫壓，保持氫壓運(yùn)行并進(jìn)行滅火。如果火勢(shì)不減，可向發(fā)電機(jī)內(nèi)迅速送入二氧化碳直至火勢(shì)熄滅。

5 結(jié)束語

按照氫冷系統(tǒng)的安全要求，對(duì)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)過程加強(qiáng)監(jiān)視和調(diào)整，保證氫氣參數(shù)符合國(guó)家要求，任何情況下，保持發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓為正值，防止漏氫或空氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)，保持氫氣純度在96%以上、氣體混合物中的含氧量不超過2%、發(fā)電機(jī)組附近5 m范圍含氫量不超過3%，是保證氫冷發(fā)電機(jī)不發(fā)生著火和爆炸的關(guān)鍵。