發電機氫冷系統運行故障分析與處理

吳濤

摘 要：田灣核電站發電機采用水氫氫冷卻方式，即用水冷卻發電機定子線棒，氫氣冷卻發電機定子鐵芯和轉子。但氫氣的缺點是滲透性強，容易從設備中泄漏出來，其次是氫氣與氧氣、空氣混合后的爆炸范圍廣（空氣中氫的爆炸范圍是氫含量4%～75%），有爆炸危險。發電機運行過程中如果冷卻介質異常，可能導致發電機降功率或停機，某些故障可能導致人員和機組的安全受到威脅。該文從運行的角度分析了氫冷系統的可能故障類型，促成原因及相應的處理措施，使大家對氫冷系統的故障有一個更加深刻的了解。最后闡述了氫氣系統起火爆炸時，電站工作人員應如何進行處理。

關鍵詞：發電機 氫氣 故障分析 處理 火災 安全

中圖分類號：TK91 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0097-02

1 氫氣的作用及危害

田灣核電站發電機設計有專門的發電機冷卻系統。田灣核電站發電機為水氫氫冷卻方式，用水冷卻發電機定子線棒，氫氣冷卻發電機定子鐵芯和轉子。作為氣體冷卻介質需要有兩個條件：（1）換熱效率高；（2）機械損失小。

氫氣是一種易燃易爆氣體，在氫氣和空氣混合時當氫含量在4%～75%的范圍內，且又有火花或溫度在700℃以上時，就有可能爆炸。

2 氫冷系統運行故障類型及處理方法

2.1 氫氣壓力下降

當計算的氫氣泄漏量大于2%/天時，根據漏氫處理應急預案要組織人員進行查漏。據統計發電機常見的氫氣泄漏點有：（1）氫氣干燥器底部疏水閥；（2）與氫氣系統相連閥門法蘭；（3）氫氣純度儀前排氣閥門法蘭；（4）發電機密封油氫氣側回油窺視孔法蘭；（5）發電機密封油系統正常運行時連續吹掃流量計及其相連軟管；（6）氫氣干燥器前的排氣閥；（7）氫氣干燥器流量計外漏；（8）氫純度分析儀軟管連接頭；（9）發電機靠勵磁機側密封軸瓦螺栓；（10）窺視孔；（11）發電機端蓋及其螺栓；（12）發電機下部法蘭；（13）發電機人孔；（14）密封油閥門；（15）氫氣干燥器疏油閥；（16）發電機振動監測系統貫穿件。

2.2 氫氣濕度過高

田灣核電站發電機內部氫氣濕度的正常運行的范圍為0.9%～25%。氫氣濕度大于25%但低于30%，發電機運行每年不超過3次，每次不超過3天。不論是何種原因引起的發電機氫氣濕度上升，都要及時降低發電機的濕度，可以投運氫氣干燥器磁力風機，降低氫氣的濕度。必要時用干燥的新氫氣頻繁地吹掃發電機。氫氣濕度過高的可能原因及處理方法如下。

制氫站氫氣濕度超標；對發電機補氫管線進行濕度化驗，判斷濕度是否超標。氫氣冷卻器泄漏；從氫冷器排氣閥出口檢測冷卻水中是否含有氫氣，如果確定某個冷卻器泄漏，當氫冷器漏水量超過每班500 cm3時，應切除氫冷器，發電機降功率到60%額定值。在不超過24 h前提下，盡可能停運發電機，消除氫冷器泄漏點或更換備用氫冷器。氫氣干燥器運行不正常；定子冷卻水漏向氫氣側，確認氫氣補集器內是否有氣泡，如有氣泡，檢測確認是否為氫氣。如確認是氫氣，依據發電機規程進行操作。密封油中水含量超標；對密封油進行取樣，水含量超標，投入密封油濾油機，同時進一步查找密封油水含量超標原因。

2.3 氫氣的純度下降

氫氣純度直接影響發電機的效率，氫氣純度下降則氣體密度增加，可引起通風損耗增加，即發電機效率下降，最終使得電廠的經濟利益受到一定影響。當發電機氫氣純度下降接近98%時，組織現場人員進行發電機氫氣排污。影響發電機氫氣純度的主要因素主要有以下幾個方面：

（1）發電機氣體置換時，死角置換不徹底；

（2）若有氮氣接入氫系統時，誤開相關閥門；

（3）發電機氫氣冷卻器泄漏，氫氣濕度上升而造成純度下降；

（4）測量儀表出現問題；

（5）氫站所制氫氣品質差；

（6）發電機密封油系統運行不正常。

針對以上幾種原因，為防止發電機氫氣純度降低，我們在生產運行中應從以下幾個方面入手，保證發電機氫氣純度在規定范圍內。

（1）發電機進行氣體置換時，置換過程中對死角氣體進行吹掃，基本可以排除發電機氣體置換時死角置換不徹底的問題。

（2）檢查無氮氣系統接入發電機氫氣系統，發電機經氮氣置換后及時將氮氣與氫氣系統隔離。

（3）正常情況下，發電機內氫氣壓力略高于發電機氫氣冷卻器內冷卻水的壓力。

（4）對于儀表故障可以通過儀控人員校表，再結合化學科取樣測量，基本可以判斷是否測量儀表故障的情況。

（5）氫站所制氫氣品質差，通過補排氫則無法提高氫氣純度，若發生發電機氫氣純度低，通過補排氫長時間無法使氫氣純度提高，則應考慮氫站制氫原因。

（6）發電機密封油系統運行情況，是影響發電機氫氣純度的一個重要因素，因此維持密封較低含水量，控制密封油溫度處于規定范圍的較低水平，也是保證發電機內氫氣純度的重要環節。

3 發電機著火及氫氣爆炸原因及處理方法

3.1 發電機著火原因

發電機漏氫，并遇有明火。

發電機氫純度下降，含氧量超標達到臨界以上，同時，機械部分碰撞、摩擦產生火花或達到氫自燃溫度。

3.2 發電機著火處理方法

若發生因漏氫引發發電機氫系統著火時，值班人員應盡快采取隔離氣源措施，及時聯系場內消防隊迅速組織、調集消防人員趕赴事故現場組織火災撲救。

若火情無法控制，且存在爆炸危險時，疏散值班人員和周邊工作人員，確保人員和設備的安全，同時要保障其他機組安全運行。

發電機明顯著火或爆炸時，應立即破壞真空緊急停機，并進行以下操作。

（1）立即隔絕空氣，可以往泄漏點覆蓋石棉布或者往火苗上噴射惰性氣體。

（2）關閉補氫閥門，隔離系統。

（3）開啟發電機的應急排氫閥門進行發電機應急排氫氣降壓至0.0147～0.0196 MPa。

（4）確保現場人員安全的情況下命令現操根據正常運行規程將發電機內氫氣置換成氮氣。

（5）在機內氫氣未排完之前，應繼續保持密封油泵運行。

（6）停機過程中加強汽機及發電機本體參數的監視。

參考文獻

[1] 田灣汽輪發電機漏氫處理應急預案 （ATO-0-MKA00-001）[Z].

[2] 田灣核電站發電機氫冷系統運行規程 （SOP-1-MKG00-001）[Z].

[3] 田灣核電站汽輪發電機運行規程（SOP-1-MKA00-001）[Z].