氫冷發(fā)電機漏氫原因分析及處理

西北電力建設第三工程有限公司 張 攀

氫冷發(fā)電機是指用氫氣冷卻發(fā)電機設備。應用氫氣作為冷卻物質具備相比其他冷卻物質，氫氣具有獨特的優(yōu)勢，氫氣比重小，流通性和擴散性強，散熱能力較強，在大容量發(fā)電機中，出自對發(fā)電機制造成本、維護保養(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，除了水電機組，氫氣作為冷卻物質被廣泛應用，其冷卻能力可以達到空氣的7倍。

在提升冷卻力度時，氫冷發(fā)電機因為氫氣的親水性強，難以避免會出現漏氫現象，因而漏氫量是氫冷發(fā)電機的性能指標。氫氣泄露造成氫氣壓力下降，從而導致發(fā)電機冷卻能力也跟著降低，當氫氣泄露嚴重時，因氫氣的危險性，會引起火災、爆炸等安全生產事故。處理氫氣泄露難題，保持氫氣系統(tǒng)的正常運行，是確保氫冷發(fā)電機正常運行的必備條件。因而，需要對漏氫問題進行分析，并采用防范措施，防止漏氫問題出現。

1 氫冷卻特點概述

氫是原子質量最小的元素，在標準狀態(tài)下，氫的相對密度占空氣的十四分之一，因而，現階段有效研究運用氫氣作為冷卻發(fā)電機，形成的通風損害低，有利于提升發(fā)電機總體運行效率，并能控制發(fā)電機的噪音。另外，氫氣的導熱性能較好，在同樣的溫度差下，吸熱反應和換熱效值較高。將機組容量控制在要求范圍之內，能夠合理控制發(fā)電機容積，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，擴散性較強，因此對安全性要求較高。

2 漏氫的危害

因為氫氣比重較小、流動性強，大幅度提升了熱傳導和排熱功能，因此一般大容量高參數的發(fā)電機都選用氫氣作為冷卻物質，但因為氫氣滲透性較強，如果密封做不好容易發(fā)生漏氫現象?？諝庵械臍錃夂恳坏┏^標準，廠房內容易起火乃至發(fā)生爆炸的事故，對發(fā)電機安全運行造成直接影響。此外，假如氫氣壓力不夠，冷卻不充分也會對發(fā)電機出力造成不良影響；假如氫氣進入閉式水氫冷器會導致氣體阻塞，危害冷卻實際效果，如果進入潤滑油系統(tǒng)，油箱可能發(fā)生連鎖爆炸火災事故；經常補氫還會導致操作人員的任務量增加。同時，要充分考慮生產成本，在氫氣被浪費、氫氣泄露比較嚴重時，必須停機停止生產[1]。

3 氫冷發(fā)電機漏氫原因分析

3.1 發(fā)電機密封性下降導致漏氫

發(fā)電機氫氣系統(tǒng)密封欠佳必定會造成發(fā)電機組漏氫。因為氫氣系統(tǒng)繁雜，管道多、機器設備多、閥門多、連接法蘭多、密封結合面多等，查詢氫氣泄漏具體位置和處理泄露問題難度較大。經常補氫會導致氫氣大量浪費，危害發(fā)電機組經濟性，并且泄漏的氫氣如果不能及時擴散，會和周圍的空氣混合在一起，容易引發(fā)火災事故，同時當濃度值達到4%～76%時，可能發(fā)生爆炸事故，對發(fā)電機組的安全運行造成嚴重威脅。

一是發(fā)電機組兩邊軸承端蓋與本身頂端結合面不整平，運行時熱脹冷縮造成的縫隙會導致漏氫。

二是發(fā)電機定子引出線套管的瓷瓶和法蘭因運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冷水引水管接頭有裂痕或螺絲松動，造成漏氫；運作氫氣壓力高過定子繞組內冷水壓力，造成定子繞組空芯銅線泄漏時造成氫氣泄漏。

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

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

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；補氫氣閥閥芯掉下來；連接到氫氣系統(tǒng)的其他設備泄漏氫氣。

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

3.2 氫純度不滿足標準

氫氣的純度應控制在96%之上，當密封油差壓閥調節(jié)不合適時，空側油壓高過氫氣側油壓，更多的氣體會進到發(fā)電機的氫氣系統(tǒng)中，在一定程度上會直接影響氫氣純度。另外，當運行環(huán)境中有較多雨水時，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，相關專業(yè)技術人員應監(jiān)管油氣、氫氣的壓力差，并做好油系統(tǒng)排煙風機的維護保養(yǎng)，使氫氣干燥周期時間獲得有效控制?，F階段，相關專業(yè)技術人員應提升風壓試驗，以合理檢測發(fā)電機的密封特性，在風壓測試過程中，更應控制額定量的空氣壓縮，并24h對壓力、氣壓、溫度變化等數據信息進行詳細記錄，剖析固定時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判斷，需要充進適當的氟利昂，進行進一步查驗。

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，現階段相關專業(yè)技術人員應進一步加強對閉式水的管控，控制其水體，防止氫冷卻器受到污染?，F階段，必須控制氫氣冷卻器的冷氫溫度，溫度需要控制在43℃，當閉式水因為常見故障造成運作受到限制時，在長時間負荷作用下，冷氫溫度達到跳閘值消耗時間較短。另外，熱氫溫度出現異常與發(fā)電機組內部故障相關，如常見的短路故障、絕緣層相關問題等，必須剖析其基本表面現象，綜合具體原因，當空氣中氫氣的體積占到4%～75%時，在一定程度上就會造成可燃性混合物質出現，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

用肥皂液檢驗氫氣泄漏是一種簡易且有效的辦法，在設備結合面刷肥皂液，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：一是不建議應用在電機定子兩邊端口，以免在檢漏后設備生銹；二是在發(fā)電機和氫氣系統(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，被檢器務必以70g/m2的占比充進氟利昂，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檔靈敏度可調式。當檢漏儀的探頭挨近待測物件時，會出現蜂鳴聲警報。通常，重要的檢驗位置是發(fā)電機座、出線盒、電機轉子導線、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、密封油排煙風機等[3]。

4.3 內漏查找

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

4.4 外漏查找

對漏氫位置必須仔細查找，不能忽視任何一個盲區(qū)。務必認真對發(fā)電機組全部連接部位的氫含量進行檢查，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部密封、出線罩、氫冷器法蘭等氫密封部件。

在查找時有一定的側重點，對之前常泄漏的部位進行重點查找，例如軸承端蓋螺栓和端蓋結合面，注膠孔與接線。觀察結合面是不是出現鼓泡情況，補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蓋板太深，以防遇到接線頭的裸露部分，導致信號誤發(fā)。

5 氫冷發(fā)電機漏氫防范措施

5.1 運行期間的防范措施

一是運行工作人員應監(jiān)控發(fā)電機線棒和線棒出水的溫度。發(fā)電機運行過程中，運行工作人員定期檢查檢漏儀是否有存水，按時排盡氫冷卻器，看是否有氣體排出，查驗氫冷卻器出水總管有無漏氫報警，緊密監(jiān)控發(fā)電機的定冷水質，若有異?，F象，需要立即通告相關專業(yè)工作人員查明原因，并立即清除。

二是應嚴控發(fā)電機各體系的運行參數，確保氫氣壓力至少高于內冷水壓力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)電機內部水系統(tǒng)的某一部分毀壞而泄露到發(fā)電機內。

三是發(fā)電機在運行時，需要注意汽側空側回油氫氣檢測點是否會出現警報，油壓是否在額定范圍，確認油壓的跟蹤情況以及排煙風機管路口氫氣的濃度，是否有氫氣泄露到油系統(tǒng)中。

5.2 加強對設備及材料的保管

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

5.3 檢修清理及焊接驗收

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

5.4 密封油系統(tǒng)

依據密封瓦的構造和運行參數，應設置有效的密封油壓，雙流環(huán)密封瓦在密封情況下，應確保差壓閥和平衡閥的協(xié)調能力，其追蹤特性優(yōu)良。設備在運行過程中，密封油壓超過氫壓的恒定值時，可由差壓閥進行操控，平衡閥操控氫側和空側密封油壓保持一致。在檢修時，要保證差壓閥和平衡閥的檢修調節(jié)技術水平，確保實際操作靈便靠譜，還要保證有效的設定值，做到不漏氫、機油不內流的實際效果。油箱油量應嚴謹監(jiān)管，防止出現機油內流或漏氫狀況出現。

6 結語

氫氣系統(tǒng)的安全運行對設備的安全、平穩(wěn)、可靠運行尤為重要。危害氫氣發(fā)生漏氫原因較多，想要從源頭上解決困難，必須做好生產制造、檢修、運行的每一個重要環(huán)節(jié)。運行工作人員需要有高度的責任心，緊密監(jiān)控發(fā)電機組有關機器設備的運行，按時測算漏氫量，并開展全面檢查，根據現場實際情況以及日常工作經驗，不斷提升維護檢驗力度，不斷創(chuàng)新監(jiān)測新技術，做好氫冷發(fā)電機漏氫預防工作，確保發(fā)電機長期安全穩(wěn)定運行。