国产1 000 MW 发电机组氢系统检漏方法运用

孙海荣 凌家俊

上海上电漕泾发电有限公司

0 引言

发电机漏氢是氢冷发电机较常碰到的问题，一方面由于氢气是危险性气体，可以引发着火爆炸等事故。另一方面如果氢气泄漏量大，会影响发电机的冷却效果从而限制发电机的加载负荷。因此，如何及时有效地在发生泄漏或者发现严密性不佳时能够进行检漏直接关系到发电机组的安全可靠运行。本文通过对上电漕泾发电有限公司超超临界1 000 MW 汽轮发电机组在运行中发生的氢系统泄漏问题，进行了原因分析，并针对检漏方法进行了论述。

1 发电机氢系统概述

1.1 发电机组氢气系统的组成范围

发电机氢气严密性在系统范围上可以分成三大块。一是发电机本体，包括定子、氢冷却器、密封瓦、热工电气测量出线等。这部分设备泄漏实际上应该是在检修时气密性试验中进行检查。确保严密性合格才能机组启动。如在运行中发生泄漏，查找确认难度较大，解决处理需要机组停运。二是氢气循环及检测辅助设备，包括氢气控制装置、氢气干燥器、氢气汇流排和CO2汇流排、发电机漏液检测装置、发电机漏氢检测装置、发电机绝缘过热监测装置等。这部分设备在运行中较易发生泄漏，但能够运用工具进行检漏和处理。三是氢站，我厂补氢充氢在汽机房外围的氢站进行，相关设备包括氢瓶、连接软管、汇流排管道、操作阀门、安全阀等。虽然氢站设备泄漏不会对机组的整体严密性产生影响，但是，如果发生问题，不能及时补氢，也会影响发电机的安全运行。

1.2 氢系统的作用

目前大多数电厂的发电机均采用水氢氢冷却方式，即定子绕组为水冷却，转子绕组为氢气内部冷却，铁芯及其它构件为氢气冷却。

1.2.1 发电机采用氢气冷却的优缺点

发电机采用氢气冷却的优点有以下三点。

1）发电机通风损耗的大小取决于冷却介质的质量，质量越轻损耗越小，由于氢气在气体中密度最小，有利于低损耗。

2）氢气的传热系数是空气的6 倍，换热能力相对于空冷要好。

3）氢气绝缘性能好，控制技术较为成熟。

发电机采用氢气冷却的缺点是危险性气体，氢气与空气混合到达一定比例（4%～74%）会具有爆炸的特性。

1.2.2 氢气系统的作用

1）提供对发电机安全充、排氢的措施和设备，用二氧化碳作为中间置换介质；

2）维持机内正常运行时所需气体压力；

3）监测补充氢气的流量；

4）在线监测机内气体的压力、纯度及湿度；

5）干燥氢气，排去可能从密封油进入机内的水汽；

6）监测漏入机内的液体（油或水）；

7）监测机内绝缘部件是否过热；

8）在线监测发电机的局部漏氢。

2 发电机氢系统捉漏方法

2.1 针对两种介质气体的捉漏

发电机进行气体检漏时通常在两种情况下进行：一种是在系统检修完成后需要对系统进行气密性试验。这种情况通常是充入压缩空气至试验压力进行的。另一种情况是机组在运行中对系统进行在线检漏，这时对应的就是氢气检漏了。

2.1.1 检修后的气密性检查捉漏

在发电机组检修完成后的气密性试验的气体介质是空气，因此，在捉漏时对法兰、接头一般会用肥皂液喷壶进行漏点喷液检验。对密封瓦的检查需要进行喷油检查漏点。在肥皂液无法检查出漏点的情况下，可以充入一定量氟利昂气体利用卤素检漏仪进行捉漏。

2.1.2 机组运行中的在线检漏

发电机在运行中漏氢，一方面可以通过隔绝部分系统观察泄漏变化，可以排除或缩小检查范围，主要是对发电机本体内的泄漏进行排除。针对系统内其他泄漏点可以用专用的氢气检漏仪进行检测。

2.2 气体捉漏的工具及捉漏注意要点

2.2.1 气体捉漏专用工具

1）卤素检漏仪（图1）型号为TIF XP-1A，在发电机检修完成做气密性试验时压缩空气中混入一定量的氟利昂气体，利用卤素检漏仪在泄漏点可以较灵敏地检查出。在检漏时通过调整仪器的灵敏度可以检测出在一定范围内存在泄漏，然后再进一步缩小确定泄漏点的查找。主要是用于在肥皂水检查无法确定泄漏点的情况下进行。

图1 卤素检漏仪

2）漏氢检漏仪（图2）型号为TIF 8800A，在运行中发电机漏氢主要靠漏氢检漏仪进行检查，在检查中需要注意由于氢气密度比空气小，在探测时探头应放在检查位置的上方，防止错判。在实际检漏中漏氢仪的灵敏度开始时需要调到较灵敏位置，以便尽快确认各种程度的泄漏。

3）肥皂水喷壶（图3），利用肥皂水进行气体泄漏检查。在发电机漏氢中是针对机械设备的一个直观方便的检查方法，但由于发电机漏氢包括电气、热工等设备，这些设备大多不能用肥皂水检查，因此，注意该工具有一定的使用范围。

图2 漏氢检漏仪

图3 肥皂水喷壶

2.2.2 气体捉漏注意要点

1）气密试验前，密封油系统须投入正常运行。

2）在气压为200 KPa 和500 KPa 各进行漏点检查，一般肥皂液进行初检，特殊情况下再用卤素检漏仪进行进一步检漏。

3）凡有电气信号输出输入绝缘要求的部位，如接线端子、出线瓷瓶及测温元件引出线等部位不能用肥皂液体。

4）发电机内充空气时，用卤素检漏仪捉漏，机内需充有氟利昂气体，数量为70 g/ m3。发电机容积通常按110 m3计算。

5）运行期间氢气捉漏，氢气检测仪应放在被测物体的上方（氢气比空气轻）。

3 发电机氢系统漏氢处理解决实例

发电机漏氢主要体现在两部分。一种是本体结构的内部漏氢：包括发电机线棒的水内冷系统、密封瓦漏氢至密封油系统中，这部分漏氢要查找具体位置较难，处理起来比较困难复杂。因此要在每次检修时注意检修质量，及时发现隐患及时处理。另一种是氢气泄漏至外部空气中：包括发电机本体的端盖、人孔门、氢气管路、测温元件接线柱板、出线罩等。这部分漏氢检查时比较直观容易判断，漏点具体位置明确。下面实例是以较为常见的漏氢来进行分析。

3.1 发电机本体

3.1.1 发电机端盖接合面漏氢

原因为端盖接合面有变形或有损伤，紧固螺栓后还有间隙，造成氢气外漏。处理方式：在检修清理结束后对接合面进行检查，接合面无毛刺、无贯穿凹坑。检查平面变形，螺栓紧固后平面塞尺应不入，如有间隙要检查原因。

端面的密封胶凹槽未清理干净或者在注胶时不规范，留有空气（图4）。这种情况下发电机内氢气也会通过密封面或者螺栓孔漏出（图5）。处理方式：端面注胶凹槽清理干净无残留，注胶时应按注胶孔次序进行，在一端出胶后再进行后一段注胶。

图5 发电机端罩平面不严密造成漏氢

3.1.2 氢冷却器漏氢

原因为冷却器端盖在装配时螺栓紧固不均匀，垫片损坏、密封胶未涂抹均匀等情况（图6）。处理方式：严格检修工艺，进行冷却器的整体泵压试验。

图6 氢冷却器端盖漏氢

3.1.3 发电机定子的人孔门、检修孔闷盖平面漏氢

原因为平面密封条使用时间长老化、未使用整圈密封条，在剪切拼接处容易产生漏点。处理方式：定期在检修中更换密封条，根据平面槽口的内外径定做整圈的密封条（图7）。

图7 发电机定子检修孔闷盖漏氢

3.1.4 发电机密封瓦漏氢

密封瓦检修技术要求高，在整个发电机检修中比较关键，必须要严把质量关。密封瓦产生漏氢的原因主要是密封瓦变形导致径向间隙或者平整度超标，密封油封不住氢气，造成氢气向空侧漏出。在运行中转子发生振动，转子轴颈和密封瓦发生碰磨，造成轴颈和密封瓦乌金损伤（图8）、密封瓦中的密封油压小于氢压，氢气向空侧泄漏。密封油系统油氢差压工作不正常，氢气随着密封油向空侧排出。密封瓦支座与发电机端盖平面之间的绝缘垫平面在安装时检修工艺不严造成漏氢。

处理方式：在密封瓦检修中，对密封瓦数据测量要严格把控，对于超标严重的要更换新密封瓦。注意检查密封瓦处轴颈有无磨损，如椭圆度超标或者轴颈直径变小，要对轴颈表面进行修补处理。对油氢差压阀要定期校验，杜绝由于阀门问题造成油氢差压不稳。安装密封瓦时要严格按照检修工艺要求。

图8 密封瓦磨损造成漏氢

3.2 氢气循环及辅助设备漏氢处理解决实例

3.2.1 氢气干燥器漏氢

氢气干燥器漏氢在实际运行中是发生概率最大的，包括膜片式阀门、管道接头、切换阀轧兰密封等。原因一方面是由于设备老化，在检修中没有做到应修尽修。另一方面干燥器双塔运行切换频繁，切换阀轧兰四氟密封垫容易磨损（图9）。因此查找漏点时要注意先后顺序，先排除较易漏的点。由于氢气干燥器管道阀门较多，如果无法查出漏点时，在发电机氢气湿度允许的情况下，可以采取隔绝观察的方法，一般经过数小时就可判断干燥器是否有漏点（图10）。处理漏点时要注意对干燥器进行隔绝，气体置换合格后进行。

图9 氢气干燥器切换阀轧兰漏氢

图10 氢气干燥器管道焊缝漏氢

3.2.2 发电机漏液检测装置漏氢

发电机漏液检测装置发生漏氢主要是热工探头在检修中进行校验后，在回装中接头未完全紧固到位，从螺纹处泄漏（图11）。排污阀阀芯不严密内漏后，氢气也会泄漏。

图11 发电机漏液检测装置接头漏氢

3.2.3 氢循环风机漏氢

氢循环风机的漏点多发生在闷盖法兰平面（图12）、阀门法兰平面、取样口闷头密封圈（图13）等处。处理方式：定期更换法兰垫片或者密封圈，检修在紧固螺栓时按对角均匀的方法进行。

图12 氢循环风机法兰接合面漏氢

图13 氢循环风机取样口闷头漏氢

3.2.4 氢气控制装置漏氢

氢气控制装置布置在0 m 层，主要是集中了补氢、二氧化碳置换、热工的一些压力变送器、化学的取样口等装置。管道、阀门、各种表计较多，也较容易发生接头、阀门等部件的漏氢（图14、图15）。

图14 氢气控制装置安全门漏氢

图15 氢气控制装置阀门向空气侧内漏氢

3.3 氢站漏氢处理解决实例

氢站的主要作用是在汽机厂房外围放置充氢用的氢气钢瓶，并且装用两套充氢系统。虽然氢站的充氢系统和运行中的氢系统是分隔开的，不会影响到发电机的正常运行，但是从安全性考虑也需要对其进行漏氢检查。处理方式：安全门校验严格按照要求，保证严密性。定期对汇流排的管道、阀门进行检查（图16）。

图16 氢站氢气汇流排管道阀门系统图

4 结束语

综合以上一些实例分析，对于整个发电机氢系统的严密性工作要从两个方面进行加强：一方面加强检修的策划和质量，策划好设备的检查周期，特别是对于一些转动的部件、容易老化的密封件要做到有重点、有针对性检查，在质量控制上严格按照工艺技术要求，不符合要求的做好返修和更换工作，做好分析和记录；另一方面在机组运行中，定期掌握发电机的氢气严密性数据，如有异常，要分析可能发生的泄漏情况，并做好查漏工作，尽量做到早确定早处理。对于一些可能影响泄漏的情况，如密封油系统异常、发电机转子轴瓦有振动突变、定冷水箱等装置氢气报警（整个发电机有八处漏氢报警装置）等要做好跟踪和排查。氢系统查漏处理是一项烦琐复杂的工作，上述一些论述是多年积累的经验，希望对运行检修时的氢气查漏有参考帮助。