發(fā)電機(jī)組檢修時(shí)氫氣置換方法及防燃爆措施的探討

郭 朋

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限公司，河北 唐山 063200）

發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，在工作過程中轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)與定子之間存在滑動(dòng)接觸，這樣就會(huì)產(chǎn)生熱量，為了使機(jī)組穩(wěn)定、高效、長時(shí)間運(yùn)行，需采取降溫措施。通過各種試驗(yàn)和對(duì)比發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在市場(chǎng)上多數(shù)發(fā)電機(jī)組采用冷卻效果較好的氫氣作為冷卻媒介，但是由于氫氣容易泄露，通常采用流動(dòng)注油形成油膜的方式對(duì)氫氣進(jìn)行有效封堵[1]。由于氫氣的化學(xué)性質(zhì)較為活潑，容易燃燒、爆炸，且爆炸范圍較廣，引爆能量較小，因此在對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行檢修時(shí)都需要將發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣充分置換后才可以進(jìn)行相關(guān)檢修工作。同時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造較為復(fù)雜，在置換過程中會(huì)存在某些死角使得氫氣置換不徹底，給發(fā)電機(jī)檢修工作帶來極大的安全隱患[2]。某電廠在檢修過程中由于氫氣置換不徹底發(fā)生爆鳴事件，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)揭缸進(jìn)行檢查，拖延了檢修時(shí)間，所幸爆鳴范圍較小，未造成人員傷亡及較大的設(shè)備故障。

1 氫氣的特性及風(fēng)險(xiǎn)控制

1.1 氫氣的溶解特性

受壓力和溫度的影響，氫氣可以溶解于水、油等介質(zhì)。隨著壓力和溫度的變化，氫氣的溶解度也會(huì)發(fā)生變化，氫氣溶解后仍然是以氫氣分子存在，不會(huì)以離子形式存在，因此在密封空間中當(dāng)氫氣析出后會(huì)聚集存在[3]。

1.2 氫氣的燃爆特性

氫氣的主要特性是易燃易爆，在常溫下氫氣的性質(zhì)穩(wěn)定，不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但在空氣中遇明火或“能量源”（能量源主要為靜電或電火花）誘發(fā)后易和氧氣反應(yīng)，引起燃燒或爆炸。氫氣的燃燒、爆炸條件是在空氣中其體積為4.0%～75.0%、18.0%～59.0%，溫度為585℃，最低能源點(diǎn)燃為0.02 MJ。氫氣具有燃燒、爆炸的特點(diǎn)，因此在進(jìn)行發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)發(fā)生氫氣爆炸的可能性更大。氫氣的燃燒、爆炸性能如表1所示。

表1 氫氣的燃燒、爆炸性能

1.3 能量源隔離

根據(jù)氫氣的溶解特性和燃爆特性可以看出，“氫爆”是可控制的，首先是減少氫氣的聚集，在密閉空間內(nèi)及時(shí)將析出的氫氣排出；其次是切斷“能量源”，在有氫氣的環(huán)境中做好防靜電措施，如果需要?jiǎng)踊鹱鳂I(yè)，應(yīng)當(dāng)做好檢測(cè)和置換工作，同時(shí)升級(jí)動(dòng)火作業(yè)等級(jí)并安排專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)，如果涉及動(dòng)火操作要使用專用銅制工具[4]。

2 發(fā)電機(jī)組檢修氫氣置換方法及改善措施

2.1 氫氣置換時(shí)間及方法

發(fā)電機(jī)檢修時(shí)，一般在發(fā)電機(jī)停運(yùn)后開始對(duì)氫氣系統(tǒng)進(jìn)行置換。目前發(fā)電機(jī)氫氣置換的方法主要有兩種，一種是中間氣體置換法，另一種是抽真空置換法。抽真空置換法是用真空泵直接將發(fā)電機(jī)內(nèi)部的空氣抽出來，使發(fā)電機(jī)氣體管路內(nèi)形成真空，然后再充入二氧化碳?xì)怏w。這種方法簡(jiǎn)便、省時(shí)、節(jié)約、置換較徹底，但是由于真空作用可能會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成不良影響，因此大多數(shù)單位不采用此種方法進(jìn)行置換。

一般情況下，還是采用中間氣體置換法進(jìn)行排氫，先向發(fā)電機(jī)內(nèi)引入二氧化碳以驅(qū)趕發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)二氧化碳含量（體積分?jǐn)?shù)）超過95%后，再用壓縮空氣驅(qū)趕二氧化碳，當(dāng)二氧化碳純度（體積分?jǐn)?shù)）低于15%時(shí)，停止向發(fā)電機(jī)內(nèi)通壓縮空氣。

2.2 氫氣置換方法的改善措施

現(xiàn)在市場(chǎng)上多數(shù)發(fā)電機(jī)組油密封方式主要為氫氣側(cè)、空氣側(cè)均有一路油源注入密封瓦，氫氣側(cè)自成封閉循環(huán)系統(tǒng)，密封油系統(tǒng)置換、停運(yùn)后因氣側(cè)壓力由0.3 MPa降低至大氣壓力，油溫由60℃恢復(fù)至常溫，根據(jù)氫氣在油中的溶解性（見表2），此時(shí)發(fā)電機(jī)底部密封油中溶解的氫氣開始析出，在發(fā)電機(jī)內(nèi)部聚集。

表2 油溫60℃時(shí)，不同氫壓下氫氣在油中溶解度（氫側(cè)回油量1 L/min）

根據(jù)此問題，應(yīng)該對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣置換時(shí)機(jī)和置換方式進(jìn)行調(diào)整。為保證氫氣有足夠的析出時(shí)間，應(yīng)將氫氣置換時(shí)間安排在發(fā)電機(jī)組停止盤車后且油溫冷卻至常溫時(shí)。

在檢修過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣含量的檢測(cè)，如果有變化要及時(shí)進(jìn)行再次置換，直至氫氣含量不再變化。或從發(fā)電機(jī)上部引入氮?dú)庾鳛樵俅沃脫Q氣源，在整體置換完成后將氮?dú)獬渲涟l(fā)電機(jī)內(nèi)部，維持0.02～0.03 MPa供氣壓力持續(xù)吹掃發(fā)電機(jī)24～48 h，降低油中析出氫氣所占體積比，每5～6 h檢測(cè)主管路、死角氫氣含量，當(dāng)氫含量為0時(shí)停止氮?dú)獯祾?，進(jìn)行通風(fēng)后再開始相關(guān)檢修工作。

3 發(fā)電機(jī)檢修時(shí)防止氫氣爆炸的其他措施

為了進(jìn)一步切斷“能量源”，還應(yīng)該從以下五個(gè)方面做好防控措施。

1）在發(fā)電機(jī)停運(yùn)后，一切操作都要使用專用防爆工具（鈹青銅和鋁青銅材質(zhì)工具），杜絕因操作不當(dāng)產(chǎn)生電火花。

2）發(fā)電機(jī)停運(yùn)后，應(yīng)首先進(jìn)行氫氣置換，未置換合格，禁止一切動(dòng)火作業(yè)和其他工作。發(fā)電機(jī)檢修完成后密封油系統(tǒng)，氫氣系統(tǒng)應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過程中禁止其他工作同時(shí)進(jìn)行，還要保證通風(fēng)良好。

3）氣體置換前要確保排污口附近沒有任何操作并設(shè)置安全可靠的地網(wǎng)，置換過程中要控制排氫速度緩慢而且平穩(wěn)，防止排氫速度過快或波動(dòng)劇烈摩擦而發(fā)生火花。

4）發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)使用的相關(guān)設(shè)備（附屬分析儀如置換分析儀、氫氣純度儀、發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)），一定要采用防爆型且保證設(shè)備安全可控。

5）發(fā)電機(jī)組氫氣系統(tǒng)檢修的人員在工作過程中的著裝要完全采用防靜電材料，衣服內(nèi)部嚴(yán)禁攜帶除必要工具以外的其他物品。

4 結(jié)語

由于氫氣特殊的性質(zhì)且在發(fā)電機(jī)組冷卻過程中不可或缺，因此在使用和置換過程中要慎之又慎。要注意對(duì)干燥劑進(jìn)行定期檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換；發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中要注意監(jiān)視發(fā)電機(jī)各部分的壓力、溫度、溫升和振動(dòng)變化，與正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)負(fù)荷應(yīng)無異常；各類檢測(cè)裝置確保完善；采取可靠措施對(duì)氫氣系統(tǒng)定期排污；將氫氣純度控制在給定范圍內(nèi)，以確保氫氣在發(fā)電機(jī)組的安全使用。