氢冷发电机漏氢原因分析及处理

西北电力建设第三工程有限公司 张 攀

氢冷发电机是指用氢气冷却发电机设备。应用氢气作为冷却物质具备相比其他冷却物质，氢气具有独特的优势，氢气比重小，流通性和扩散性强，散热能力较强，在大容量发电机中，出自对发电机制造成本、维护保养和管理方法的考虑，其体积受限制，造成热值大幅度提升。因此，除了水电机组，氢气作为冷却物质被广泛应用，其冷却能力可以达到空气的7倍。

在提升冷却力度时，氢冷发电机因为氢气的亲水性强，难以避免会出现漏氢现象，因而漏氢量是氢冷发电机的性能指标。氢气泄露造成氢气压力下降，从而导致发电机冷却能力也跟着降低，当氢气泄露严重时，因氢气的危险性，会引起火灾、爆炸等安全生产事故。处理氢气泄露难题，保持氢气系统的正常运行，是确保氢冷发电机正常运行的必备条件。因而，需要对漏氢问题进行分析，并采用防范措施，防止漏氢问题出现。

1 氢冷却特点概述

氢是原子质量最小的元素，在标准状态下，氢的相对密度占空气的十四分之一，因而，现阶段有效研究运用氢气作为冷却发电机，形成的通风损害低，有利于提升发电机总体运行效率，并能控制发电机的噪音。另外，氢气的导热性能较好，在同样的温度差下，吸热反应和换热效值较高。将机组容量控制在要求范围之内，能够合理控制发电机容积，降低原材料使用量。另外，氢气虽然较稳定，但是其属于易燃易爆气体，扩散性较强，因此对安全性要求较高。

2 漏氢的危害

因为氢气比重较小、流动性强，大幅度提升了热传导和排热功能，因此一般大容量高参数的发电机都选用氢气作为冷却物质，但因为氢气渗透性较强，如果密封做不好容易发生漏氢现象。空气中的氢气含量一旦超过标准，厂房内容易起火乃至发生爆炸的事故，对发电机安全运行造成直接影响。此外，假如氢气压力不够，冷却不充分也会对发电机出力造成不良影响；假如氢气进入闭式水氢冷器会导致气体阻塞，危害冷却实际效果，如果进入润滑油系统，油箱可能发生连锁爆炸火灾事故；经常补氢还会导致操作人员的任务量增加。同时，要充分考虑生产成本，在氢气被浪费、氢气泄露比较严重时，必须停机停止生产[1]。

3 氢冷发电机漏氢原因分析

3.1 发电机密封性下降导致漏氢

发电机氢气系统密封欠佳必定会造成发电机组漏氢。因为氢气系统繁杂，管道多、机器设备多、阀门多、连接法兰多、密封结合面多等，查询氢气泄漏具体位置和处理泄露问题难度较大。经常补氢会导致氢气大量浪费，危害发电机组经济性，并且泄漏的氢气如果不能及时扩散，会和周围的空气混合在一起，容易引发火灾事故，同时当浓度值达到4%～76%时，可能发生爆炸事故，对发电机组的安全运行造成严重威胁。

一是发电机组两边轴承端盖与本身顶端结合面不整平，运行时热胀冷缩造成的缝隙会导致漏氢。

二是发电机定子引出线套管的瓷瓶和法兰因运行中不断振动而松脱，造成氢气泄漏。

三是定子绕组接头和内冷水引水管接头有裂痕或螺丝松动，造成漏氢；运作氢气压力高过定子绕组内冷水压力，造成定子绕组空芯铜线泄漏时造成氢气泄漏。

四是端盖与密封瓦结合面漏氢，发电机密封瓦故障，包含卡涩、磨损、绝缘层不过关等，会使密封空隙增大，导致密封油压力降低，造成氢气泄漏。当发生这类难题时，氢气会泄漏到滚动轴承外，通过氢气系统测漏仪可检验出来，在拼装上端盖和下端盖时，法兰接缝务必要对齐，当接缝不平整时，密封垫会受压不均匀，就会出现比较大的空隙。除此之外，对于上下端盖水平法兰结合面与密封瓦座的密封沟之间的出口位置，应采用密封对策，防止密封胶进入。

五是密封油运行中持续吸收氢气，伴随着油压和回油量的提升而增加，密封瓦的空侧回油、密封油箱的排油、发电机主轴承的回油都会直接进入汽轮机主油箱，会带走一部分氢气，特别是氢侧油压高于空侧油压时。

六是系统阀门操作失误，氢气系统阀门不紧，造成氢气泄漏；补氢气阀阀芯掉下来；连接到氢气系统的其他设备泄漏氢气。

七是氢气冷却器上下法兰与机壳在结合面不整平，密封垫过薄时，部分空隙会导致漏氢；氢气冷却器个别铜管发生泄漏，氢气压力超过水压力时，都会造成氢气漏入冷却水中[2]。

3.2 氢纯度不满足标准

氢气的纯度应控制在96%之上，当密封油差压阀调节不合适时，空侧油压高过氢气侧油压，更多的气体会进到发电机的氢气系统中，在一定程度上会直接影响氢气纯度。另外，当运行环境中有较多雨水时，水汽与氢气混合，其原因是油系统中水分含量高，在相对高压高温的氢侧密封油中，水汽在蒸发过程中会渗入低压氢气中，会直接影响氢气的纯度和环境湿度。

因此，相关专业技术人员应监管油气、氢气的压力差，并做好油系统排烟风机的维护保养，使氢气干燥周期时间获得有效控制。现阶段，相关专业技术人员应提升风压试验，以合理检测发电机的密封特性，在风压测试过程中，更应控制额定量的空气压缩，并24h对压力、气压、温度变化等数据信息进行详细记录，剖析固定时间范围里的氢气泄漏状况。在检查泄漏过程中，如果对泄露位置不能够精准判断，需要充进适当的氟利昂，进行进一步查验。

3.3 氢温高

氢气温度高可分成热氢温度高和冷氢温度高，首先冷氢温度过高造成氢气冷却器传热无效或闭式水温度高。因此，现阶段相关专业技术人员应进一步加强对闭式水的管控，控制其水体，防止氢冷却器受到污染。现阶段，必须控制氢气冷却器的冷氢温度，温度需要控制在43℃，当闭式水因为常见故障造成运作受到限制时，在长时间负荷作用下，冷氢温度达到跳闸值消耗时间较短。另外，热氢温度出现异常与发电机组内部故障相关，如常见的短路故障、绝缘层相关问题等，必须剖析其基本表面现象，综合具体原因，当空气中氢气的体积占到4%～75%时，在一定程度上就会造成可燃性混合物质出现，氢气的着火值为574℃，着火能量低，在氢气系统各阀体的控制中能够通过手动进行控制。

4 常用的检漏方法

4.1 肥皂液检漏法

用肥皂液检验氢气泄漏是一种简易且有效的办法，在设备结合面刷肥皂液，观察是否有气泡，可分辨是否在漏汽。但采用这种方式需要注意以下两点：一是不建议应用在电机定子两边端口，以免在检漏后设备生锈；二是在发电机和氢气系统中，一切有电子信号输入和输出以及绝缘规定的部位均不可用肥皂液检漏，如测温元件引出线和接线端子等，由于残余的溶液会浸蚀接线端子。

4.2 卤素检漏仪检漏

卤素检漏仪是一种检验效果较好的检测方法，使用卤素检漏仪开展检漏之前，被检器务必以70g/m2的占比充进氟利昂，比重可以通过称重来控制。检测仪由仪表和探头等组成，锂电池供电，6档灵敏度可调式。当检漏仪的探头挨近待测物件时，会出现蜂鸣声警报。通常，重要的检验位置是发电机座、出线盒、电机转子导线、氢气冷却器、阀门及管道、氢气干燥器、氢气纯度检测仪、湿度仪、密封油排烟风机等[3]。

4.3 内漏查找

由化学人员对定子冷却水箱气相取样，测量氢气含量；现用氢气表测量润滑油排烟风机出口的氢气含量；现用氢表测量密封油排烟风机出口处的氢气含量；用氢气表测量闭式冷却水膨胀水箱呼吸口处氢气含量；施工现场工作人员在发电机组氢气冷却器的四个换热器的排气口测量氢气含量，根据氢含量能够初步判断内部泄露的部位，如果检测正常，就需要对外漏进行查找。

4.4 外漏查找

对漏氢位置必须仔细查找，不能忽视任何一个盲区。务必认真对发电机组全部连接部位的氢含量进行检查，如人孔、轴承端盖、手孔、二次测量引出线端口、出线套管法兰及瓷套管内部密封、出线罩、氢冷器法兰等氢密封部件。

在查找时有一定的侧重点，对之前常泄漏的部位进行重点查找，例如轴承端盖螺栓和端盖结合面，注胶孔与接线。观察结合面是不是出现鼓泡情况，补胶孔是不是有排出物或喷痕。查找二次部分的接线处，留意取样管口不可以插进盖板太深，以防遇到接线头的裸露部分，导致信号误发。

5 氢冷发电机漏氢防范措施

5.1 运行期间的防范措施

一是运行工作人员应监控发电机线棒和线棒出水的温度。发电机运行过程中，运行工作人员定期检查检漏仪是否有存水，按时排尽氢冷却器，看是否有气体排出，查验氢冷却器出水总管有无漏氢报警，紧密监控发电机的定冷水质，若有异常现象，需要立即通告相关专业工作人员查明原因，并立即清除。

二是应严控发电机各体系的运行参数，确保氢气压力至少高于内冷水压力0.05MPa以上，且氢气压力高过氢气冷却器的冷却水压力，以避免发电机内部水系统的某一部分毁坏而泄露到发电机内。

三是发电机在运行时，需要注意汽侧空侧回油氢气检测点是否会出现警报，油压是否在额定范围，确认油压的跟踪情况以及排烟风机管路口氢气的浓度，是否有氢气泄露到油系统中。

5.2 加强对设备及材料的保管

设备和原材料抵达现场后，需要立即拆箱查验设备，并对精密零件和电气元器件进行详细记录并入库，封装后，存放在干燥地方；针对不能入库的大件物品，可直接进行现场安装，满足不了现场安装条件的要存放在露天仓库，并且在设备底端垫木枕，搭建对应的防护棚，在确保防潮、防水防雨、防晒时还要保持通风。针对管道等其他材料，在拆箱和核对后，应恢复外包装并且用防水帆布做好维护。

5.3 检修清理及焊接验收

在拆解和检修设备之前，首先要清理和消除设备周边的尘土，并且需要在地面铺上隔离垫层（木板、橡皮等）及塑料薄膜。检修维护期内，对每个部件都要仔细检查并清理，检查验收后，应立即对各个部套进行包装封口处理，并做好保管工作。该阶段主要检验设备维修工和检验员的责任心，在焊接施工过程中，检验员应严格遵守各项规章制度，避免直接电焊焊接{4]。

5.4 密封油系统

依据密封瓦的构造和运行参数，应设置有效的密封油压，双流环密封瓦在密封情况下，应确保差压阀和平衡阀的协调能力，其追踪特性优良。设备在运行过程中，密封油压超过氢压的恒定值时，可由差压阀进行操控，平衡阀操控氢侧和空侧密封油压保持一致。在检修时，要保证差压阀和平衡阀的检修调节技术水平，确保实际操作灵便靠谱，还要保证有效的设定值，做到不漏氢、机油不内流的实际效果。油箱油量应严谨监管，防止出现机油内流或漏氢状况出现。

6 结语

氢气系统的安全运行对设备的安全、平稳、可靠运行尤为重要。危害氢气发生漏氢原因较多，想要从源头上解决困难，必须做好生产制造、检修、运行的每一个重要环节。运行工作人员需要有高度的责任心，紧密监控发电机组有关机器设备的运行，按时测算漏氢量，并开展全面检查，根据现场实际情况以及日常工作经验，不断提升维护检验力度，不断创新监测新技术，做好氢冷发电机漏氢预防工作，确保发电机长期安全稳定运行。