氫氣純度與氫冷發電機的安全運行

王昭武

（國電太原第一熱電廠，山西 太原 030021）

1 氫氣質量分析的重要性

分析氫氣中雜質含量在氫氣生產過程中占有很重要的地位，它不僅關系到氣體的質量，而且關系到氫氣生產甚至整個工廠的安全。運行中氫冷發電機的氫氣質量分析結果是否正確，直接影響到發電機的安全發電和經濟指標；置換過程中的氫氣質量分析也尤為重要，發生誤差會有爆炸混合氣體的存在，在檢修過程中，就有可能發生爆炸，嚴重威脅設備和人身安全。為此，只有嚴格進行氫氣生產過程中氫氣純度及發電機氫氣純度的分析監督，才能絕對保證氫氣生產過程及發電機設備的安全運行。

2 氫氣的著火和燃燒及爆炸

2.1 氫氣著火

任何物質都有一個著火點，氫氣在空氣中的著火點溫度是585℃，但需要給它一個能量才能著火，這個能量僅為20 μJ，非常容易著火。化學纖維所產生的靜電火花的能量，都比20 μJ大好幾倍，經常意想不到的情況下就可能引起氫氣的燃燒，而且壓力和溫度高時更容易著火。

2.2 氫氣的燃燒

氫氣的燃燒是著火反應的繼續，是在不可能引起爆轟、爆炸現象的安全條件下進行的，純氫氣燃燒呈藍色火焰，只是點火初期的瞬間有輕微的爆鳴聲。

2.3 氫氣的爆炸

通常所說的氫氣爆炸是爆燃、爆轟的合并現象。氫氣的爆燃是氫氣燃燒的瞬間，由于擴散范圍內的連鎖反應，燃燒供給的氫氣不繼續，爆燃時有轟鳴聲，燃燒時火焰速度很快。

氫氣爆轟是爆燃的進一步擴大，首先是氫氣的量要比爆燃充足，其次是環境應使沖擊波有反射的條件，在恒定體積中產生爆轟壓力可猛增20倍，如氫氣系統運行中某些玻璃監測儀器往往在爆轟中炸得粉碎。

氫氣爆炸時要比爆轟更大，氫氣與空氣、氧氣混合狀態的存在是危險的，尤其是在絕對密閉狀態下更危險，見圖1和圖2。發電機和儲氫罐都是相對密閉的容器。

圖1 不同溫度下氫氣在空氣中的爆炸界限

圖2 不同壓力下氫氣和空氣混合后的爆炸界限

3 氫氣純度的測定

氫氣純度不合格會發生事故，通常控制氫氣純度的方法是化驗。化驗監督必須準確、及時、認真對待。

3.1 氫氣純度測定的規定

a）運行中的電解水系統，在啟動初期應每隔3h測定一次。

b）裝有氫分析儀表的電解系統，運行初期也是每3 h測定一次氫純度，并與儀表所指示數據進行校正。校正是用奧氏分析儀作依據。運行正常后每24 h需校正一次。

c）運行正常的發電機組，每天都必須進行氫純度的化驗，并且在發電機補氫前后，應各做一次氫純度分析化驗。

d）儲氫罐每月應做一次氫純度分析化驗。

3.2 置換氣體純度分析

置換氣體是指二氧化碳和氮氣。氫氣系統檢修，發電機大修時要進行排氫工作，即將氫氣置換成二氧化碳或氮氣，然后再置換成空氣，檢修完畢后再倒過來置換成空氣，即充氫。每置換一種氣體都必須測定置換后氣體純度，以保證作業中各氣體都在安全范圍內。

4 遇到著火時處理方法

氫冷發電機內部著火，只要故障電流切斷很快，火勢將不會蔓延和擴大，這是由于在發電機內部氫氣純度很高時，氫氣不會助燃，也不會自燃爆炸。但值得注意的是，在氫冷發電機外部漏出的氫氣與空氣混合，當氫氣濃度下降到5%～75%范圍時，火星就可以引起著火和爆炸，因此是十分危險的。一旦由此引起著火和爆炸，應迅速關閉來氫管道和閥門，并用二氧化碳滅火器或1211滅火劑滅火。如果起火原因是由于發電機的密封不嚴，漏氫所造成，則應迅速降低發電機內部氫壓，保持氫壓運行并進行滅火。如果火勢不減，可向發電機內迅速送入二氧化碳直至火勢熄滅。

5 結束語

按照氫冷系統的安全要求，對發電機啟動過程加強監視和調整，保證氫氣參數符合國家要求，任何情況下，保持發電機內氫壓為正值，防止漏氫或空氣進入發電機內，保持氫氣純度在96%以上、氣體混合物中的含氧量不超過2%、發電機組附近5 m范圍含氫量不超過3%，是保證氫冷發電機不發生著火和爆炸的關鍵。