國產(chǎn)1 000 MW 發(fā)電機組氫系統(tǒng)檢漏方法運用

孫海榮 凌家俊

上海上電漕涇發(fā)電有限公司

0 引言

發(fā)電機漏氫是氫冷發(fā)電機較常碰到的問題，一方面由于氫氣是危險性氣體，可以引發(fā)著火爆炸等事故。另一方面如果氫氣泄漏量大，會影響發(fā)電機的冷卻效果從而限制發(fā)電機的加載負荷。因此，如何及時有效地在發(fā)生泄漏或者發(fā)現(xiàn)嚴密性不佳時能夠進行檢漏直接關系到發(fā)電機組的安全可靠運行。本文通過對上電漕涇發(fā)電有限公司超超臨界1 000 MW 汽輪發(fā)電機組在運行中發(fā)生的氫系統(tǒng)泄漏問題，進行了原因分析，并針對檢漏方法進行了論述。

1 發(fā)電機氫系統(tǒng)概述

1.1 發(fā)電機組氫氣系統(tǒng)的組成范圍

發(fā)電機氫氣嚴密性在系統(tǒng)范圍上可以分成三大塊。一是發(fā)電機本體，包括定子、氫冷卻器、密封瓦、熱工電氣測量出線等。這部分設備泄漏實際上應該是在檢修時氣密性試驗中進行檢查。確保嚴密性合格才能機組啟動。如在運行中發(fā)生泄漏，查找確認難度較大，解決處理需要機組停運。二是氫氣循環(huán)及檢測輔助設備，包括氫氣控制裝置、氫氣干燥器、氫氣匯流排和CO2匯流排、發(fā)電機漏液檢測裝置、發(fā)電機漏氫檢測裝置、發(fā)電機絕緣過熱監(jiān)測裝置等。這部分設備在運行中較易發(fā)生泄漏，但能夠運用工具進行檢漏和處理。三是氫站，我廠補氫充氫在汽機房外圍的氫站進行，相關設備包括氫瓶、連接軟管、匯流排管道、操作閥門、安全閥等。雖然氫站設備泄漏不會對機組的整體嚴密性產(chǎn)生影響，但是，如果發(fā)生問題，不能及時補氫，也會影響發(fā)電機的安全運行。

1.2 氫系統(tǒng)的作用

目前大多數(shù)電廠的發(fā)電機均采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組為水冷卻，轉子繞組為氫氣內部冷卻，鐵芯及其它構件為氫氣冷卻。

1.2.1 發(fā)電機采用氫氣冷卻的優(yōu)缺點

發(fā)電機采用氫氣冷卻的優(yōu)點有以下三點。

1）發(fā)電機通風損耗的大小取決于冷卻介質的質量，質量越輕損耗越小，由于氫氣在氣體中密度最小，有利于低損耗。

2）氫氣的傳熱系數(shù)是空氣的6 倍，換熱能力相對于空冷要好。

3）氫氣絕緣性能好，控制技術較為成熟。

發(fā)電機采用氫氣冷卻的缺點是危險性氣體，氫氣與空氣混合到達一定比例（4%～74%）會具有爆炸的特性。

1.2.2 氫氣系統(tǒng)的作用

1）提供對發(fā)電機安全充、排氫的措施和設備，用二氧化碳作為中間置換介質；

2）維持機內正常運行時所需氣體壓力；

3）監(jiān)測補充氫氣的流量；

4）在線監(jiān)測機內氣體的壓力、純度及濕度；

5）干燥氫氣，排去可能從密封油進入機內的水汽；

6）監(jiān)測漏入機內的液體（油或水）；

7）監(jiān)測機內絕緣部件是否過熱；

8）在線監(jiān)測發(fā)電機的局部漏氫。

2 發(fā)電機氫系統(tǒng)捉漏方法

2.1 針對兩種介質氣體的捉漏

發(fā)電機進行氣體檢漏時通常在兩種情況下進行：一種是在系統(tǒng)檢修完成后需要對系統(tǒng)進行氣密性試驗。這種情況通常是充入壓縮空氣至試驗壓力進行的。另一種情況是機組在運行中對系統(tǒng)進行在線檢漏，這時對應的就是氫氣檢漏了。

2.1.1 檢修后的氣密性檢查捉漏

在發(fā)電機組檢修完成后的氣密性試驗的氣體介質是空氣，因此，在捉漏時對法蘭、接頭一般會用肥皂液噴壺進行漏點噴液檢驗。對密封瓦的檢查需要進行噴油檢查漏點。在肥皂液無法檢查出漏點的情況下，可以充入一定量氟利昂氣體利用鹵素檢漏儀進行捉漏。

2.1.2 機組運行中的在線檢漏

發(fā)電機在運行中漏氫，一方面可以通過隔絕部分系統(tǒng)觀察泄漏變化，可以排除或縮小檢查范圍，主要是對發(fā)電機本體內的泄漏進行排除。針對系統(tǒng)內其他泄漏點可以用專用的氫氣檢漏儀進行檢測。

2.2 氣體捉漏的工具及捉漏注意要點

2.2.1 氣體捉漏專用工具

1）鹵素檢漏儀（圖1）型號為TIF XP-1A，在發(fā)電機檢修完成做氣密性試驗時壓縮空氣中混入一定量的氟利昂氣體，利用鹵素檢漏儀在泄漏點可以較靈敏地檢查出。在檢漏時通過調整儀器的靈敏度可以檢測出在一定范圍內存在泄漏，然后再進一步縮小確定泄漏點的查找。主要是用于在肥皂水檢查無法確定泄漏點的情況下進行。

圖1 鹵素檢漏儀

2）漏氫檢漏儀（圖2）型號為TIF 8800A，在運行中發(fā)電機漏氫主要靠漏氫檢漏儀進行檢查，在檢查中需要注意由于氫氣密度比空氣小，在探測時探頭應放在檢查位置的上方，防止錯判。在實際檢漏中漏氫儀的靈敏度開始時需要調到較靈敏位置，以便盡快確認各種程度的泄漏。

3）肥皂水噴壺（圖3），利用肥皂水進行氣體泄漏檢查。在發(fā)電機漏氫中是針對機械設備的一個直觀方便的檢查方法，但由于發(fā)電機漏氫包括電氣、熱工等設備，這些設備大多不能用肥皂水檢查，因此，注意該工具有一定的使用范圍。

圖2 漏氫檢漏儀

圖3 肥皂水噴壺

2.2.2 氣體捉漏注意要點

1）氣密試驗前，密封油系統(tǒng)須投入正常運行。

2）在氣壓為200 KPa 和500 KPa 各進行漏點檢查，一般肥皂液進行初檢，特殊情況下再用鹵素檢漏儀進行進一步檢漏。

3）凡有電氣信號輸出輸入絕緣要求的部位，如接線端子、出線瓷瓶及測溫元件引出線等部位不能用肥皂液體。

4）發(fā)電機內充空氣時，用鹵素檢漏儀捉漏，機內需充有氟利昂氣體，數(shù)量為70 g/ m3。發(fā)電機容積通常按110 m3計算。

5）運行期間氫氣捉漏，氫氣檢測儀應放在被測物體的上方（氫氣比空氣輕）。

3 發(fā)電機氫系統(tǒng)漏氫處理解決實例

發(fā)電機漏氫主要體現(xiàn)在兩部分。一種是本體結構的內部漏氫：包括發(fā)電機線棒的水內冷系統(tǒng)、密封瓦漏氫至密封油系統(tǒng)中，這部分漏氫要查找具體位置較難，處理起來比較困難復雜。因此要在每次檢修時注意檢修質量，及時發(fā)現(xiàn)隱患及時處理。另一種是氫氣泄漏至外部空氣中：包括發(fā)電機本體的端蓋、人孔門、氫氣管路、測溫元件接線柱板、出線罩等。這部分漏氫檢查時比較直觀容易判斷，漏點具體位置明確。下面實例是以較為常見的漏氫來進行分析。

3.1 發(fā)電機本體

3.1.1 發(fā)電機端蓋接合面漏氫

原因為端蓋接合面有變形或有損傷，緊固螺栓后還有間隙，造成氫氣外漏。處理方式：在檢修清理結束后對接合面進行檢查，接合面無毛刺、無貫穿凹坑。檢查平面變形，螺栓緊固后平面塞尺應不入，如有間隙要檢查原因。

端面的密封膠凹槽未清理干凈或者在注膠時不規(guī)范，留有空氣（圖4）。這種情況下發(fā)電機內氫氣也會通過密封面或者螺栓孔漏出（圖5）。處理方式：端面注膠凹槽清理干凈無殘留，注膠時應按注膠孔次序進行，在一端出膠后再進行后一段注膠。

圖5 發(fā)電機端罩平面不嚴密造成漏氫

3.1.2 氫冷卻器漏氫

原因為冷卻器端蓋在裝配時螺栓緊固不均勻，墊片損壞、密封膠未涂抹均勻等情況（圖6）。處理方式：嚴格檢修工藝，進行冷卻器的整體泵壓試驗。

圖6 氫冷卻器端蓋漏氫

3.1.3 發(fā)電機定子的人孔門、檢修孔悶蓋平面漏氫

原因為平面密封條使用時間長老化、未使用整圈密封條，在剪切拼接處容易產(chǎn)生漏點。處理方式：定期在檢修中更換密封條，根據(jù)平面槽口的內外徑定做整圈的密封條（圖7）。

圖7 發(fā)電機定子檢修孔悶蓋漏氫

3.1.4 發(fā)電機密封瓦漏氫

密封瓦檢修技術要求高，在整個發(fā)電機檢修中比較關鍵，必須要嚴把質量關。密封瓦產(chǎn)生漏氫的原因主要是密封瓦變形導致徑向間隙或者平整度超標，密封油封不住氫氣，造成氫氣向空側漏出。在運行中轉子發(fā)生振動，轉子軸頸和密封瓦發(fā)生碰磨，造成軸頸和密封瓦烏金損傷（圖8）、密封瓦中的密封油壓小于氫壓，氫氣向空側泄漏。密封油系統(tǒng)油氫差壓工作不正常，氫氣隨著密封油向空側排出。密封瓦支座與發(fā)電機端蓋平面之間的絕緣墊平面在安裝時檢修工藝不嚴造成漏氫。

處理方式：在密封瓦檢修中，對密封瓦數(shù)據(jù)測量要嚴格把控，對于超標嚴重的要更換新密封瓦。注意檢查密封瓦處軸頸有無磨損，如橢圓度超標或者軸頸直徑變小，要對軸頸表面進行修補處理。對油氫差壓閥要定期校驗，杜絕由于閥門問題造成油氫差壓不穩(wěn)。安裝密封瓦時要嚴格按照檢修工藝要求。

圖8 密封瓦磨損造成漏氫

3.2 氫氣循環(huán)及輔助設備漏氫處理解決實例

3.2.1 氫氣干燥器漏氫

氫氣干燥器漏氫在實際運行中是發(fā)生概率最大的，包括膜片式閥門、管道接頭、切換閥軋?zhí)m密封等。原因一方面是由于設備老化，在檢修中沒有做到應修盡修。另一方面干燥器雙塔運行切換頻繁，切換閥軋?zhí)m四氟密封墊容易磨損（圖9）。因此查找漏點時要注意先后順序，先排除較易漏的點。由于氫氣干燥器管道閥門較多，如果無法查出漏點時，在發(fā)電機氫氣濕度允許的情況下，可以采取隔絕觀察的方法，一般經(jīng)過數(shù)小時就可判斷干燥器是否有漏點（圖10）。處理漏點時要注意對干燥器進行隔絕，氣體置換合格后進行。

圖9 氫氣干燥器切換閥軋?zhí)m漏氫

圖10 氫氣干燥器管道焊縫漏氫

3.2.2 發(fā)電機漏液檢測裝置漏氫

發(fā)電機漏液檢測裝置發(fā)生漏氫主要是熱工探頭在檢修中進行校驗后，在回裝中接頭未完全緊固到位，從螺紋處泄漏（圖11）。排污閥閥芯不嚴密內漏后，氫氣也會泄漏。

圖11 發(fā)電機漏液檢測裝置接頭漏氫

3.2.3 氫循環(huán)風機漏氫

氫循環(huán)風機的漏點多發(fā)生在悶蓋法蘭平面（圖12）、閥門法蘭平面、取樣口悶頭密封圈（圖13）等處。處理方式：定期更換法蘭墊片或者密封圈，檢修在緊固螺栓時按對角均勻的方法進行。

圖12 氫循環(huán)風機法蘭接合面漏氫

圖13 氫循環(huán)風機取樣口悶頭漏氫

3.2.4 氫氣控制裝置漏氫

氫氣控制裝置布置在0 m 層，主要是集中了補氫、二氧化碳置換、熱工的一些壓力變送器、化學的取樣口等裝置。管道、閥門、各種表計較多，也較容易發(fā)生接頭、閥門等部件的漏氫（圖14、圖15）。

圖14 氫氣控制裝置安全門漏氫

圖15 氫氣控制裝置閥門向空氣側內漏氫

3.3 氫站漏氫處理解決實例

氫站的主要作用是在汽機廠房外圍放置充氫用的氫氣鋼瓶，并且裝用兩套充氫系統(tǒng)。雖然氫站的充氫系統(tǒng)和運行中的氫系統(tǒng)是分隔開的，不會影響到發(fā)電機的正常運行，但是從安全性考慮也需要對其進行漏氫檢查。處理方式：安全門校驗嚴格按照要求，保證嚴密性。定期對匯流排的管道、閥門進行檢查（圖16）。

圖16 氫站氫氣匯流排管道閥門系統(tǒng)圖

4 結束語

綜合以上一些實例分析，對于整個發(fā)電機氫系統(tǒng)的嚴密性工作要從兩個方面進行加強：一方面加強檢修的策劃和質量，策劃好設備的檢查周期，特別是對于一些轉動的部件、容易老化的密封件要做到有重點、有針對性檢查，在質量控制上嚴格按照工藝技術要求，不符合要求的做好返修和更換工作，做好分析和記錄；另一方面在機組運行中，定期掌握發(fā)電機的氫氣嚴密性數(shù)據(jù)，如有異常，要分析可能發(fā)生的泄漏情況，并做好查漏工作，盡量做到早確定早處理。對于一些可能影響泄漏的情況，如密封油系統(tǒng)異常、發(fā)電機轉子軸瓦有振動突變、定冷水箱等裝置氫氣報警（整個發(fā)電機有八處漏氫報警裝置）等要做好跟蹤和排查。氫系統(tǒng)查漏處理是一項煩瑣復雜的工作，上述一些論述是多年積累的經(jīng)驗，希望對運行檢修時的氫氣查漏有參考幫助。