國(guó)產(chǎn)1 000 MW 發(fā)電機(jī)組氫系統(tǒng)檢漏方法運(yùn)用

孫海榮 凌家俊

上海上電漕涇發(fā)電有限公司

0 引言

發(fā)電機(jī)漏氫是氫冷發(fā)電機(jī)較常碰到的問(wèn)題，一方面由于氫氣是危險(xiǎn)性氣體，可以引發(fā)著火爆炸等事故。另一方面如果氫氣泄漏量大，會(huì)影響發(fā)電機(jī)的冷卻效果從而限制發(fā)電機(jī)的加載負(fù)荷。因此，如何及時(shí)有效地在發(fā)生泄漏或者發(fā)現(xiàn)嚴(yán)密性不佳時(shí)能夠進(jìn)行檢漏直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。本文通過(guò)對(duì)上電漕涇發(fā)電有限公司超超臨界1 000 MW 汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中發(fā)生的氫系統(tǒng)泄漏問(wèn)題，進(jìn)行了原因分析，并針對(duì)檢漏方法進(jìn)行了論述。

1 發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)概述

1.1 發(fā)電機(jī)組氫氣系統(tǒng)的組成范圍

發(fā)電機(jī)氫氣嚴(yán)密性在系統(tǒng)范圍上可以分成三大塊。一是發(fā)電機(jī)本體，包括定子、氫冷卻器、密封瓦、熱工電氣測(cè)量出線等。這部分設(shè)備泄漏實(shí)際上應(yīng)該是在檢修時(shí)氣密性試驗(yàn)中進(jìn)行檢查。確保嚴(yán)密性合格才能機(jī)組啟動(dòng)。如在運(yùn)行中發(fā)生泄漏，查找確認(rèn)難度較大，解決處理需要機(jī)組停運(yùn)。二是氫氣循環(huán)及檢測(cè)輔助設(shè)備，包括氫氣控制裝置、氫氣干燥器、氫氣匯流排和CO2匯流排、發(fā)電機(jī)漏液檢測(cè)裝置、發(fā)電機(jī)漏氫檢測(cè)裝置、發(fā)電機(jī)絕緣過(guò)熱監(jiān)測(cè)裝置等。這部分設(shè)備在運(yùn)行中較易發(fā)生泄漏，但能夠運(yùn)用工具進(jìn)行檢漏和處理。三是氫站，我廠補(bǔ)氫充氫在汽機(jī)房外圍的氫站進(jìn)行，相關(guān)設(shè)備包括氫瓶、連接軟管、匯流排管道、操作閥門、安全閥等。雖然氫站設(shè)備泄漏不會(huì)對(duì)機(jī)組的整體嚴(yán)密性產(chǎn)生影響，但是，如果發(fā)生問(wèn)題，不能及時(shí)補(bǔ)氫，也會(huì)影響發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

1.2 氫系統(tǒng)的作用

目前大多數(shù)電廠的發(fā)電機(jī)均采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組為水冷卻，轉(zhuǎn)子繞組為氫氣內(nèi)部冷卻，鐵芯及其它構(gòu)件為氫氣冷卻。

1.2.1 發(fā)電機(jī)采用氫氣冷卻的優(yōu)缺點(diǎn)

發(fā)電機(jī)采用氫氣冷卻的優(yōu)點(diǎn)有以下三點(diǎn)。

1）發(fā)電機(jī)通風(fēng)損耗的大小取決于冷卻介質(zhì)的質(zhì)量，質(zhì)量越輕損耗越小，由于氫氣在氣體中密度最小，有利于低損耗。

2）氫氣的傳熱系數(shù)是空氣的6 倍，換熱能力相對(duì)于空冷要好。

3）氫氣絕緣性能好，控制技術(shù)較為成熟。

發(fā)電機(jī)采用氫氣冷卻的缺點(diǎn)是危險(xiǎn)性氣體，氫氣與空氣混合到達(dá)一定比例（4%～74%）會(huì)具有爆炸的特性。

1.2.2 氫氣系統(tǒng)的作用

1）提供對(duì)發(fā)電機(jī)安全充、排氫的措施和設(shè)備，用二氧化碳作為中間置換介質(zhì)；

2）維持機(jī)內(nèi)正常運(yùn)行時(shí)所需氣體壓力；

3）監(jiān)測(cè)補(bǔ)充氫氣的流量；

4）在線監(jiān)測(cè)機(jī)內(nèi)氣體的壓力、純度及濕度；

5）干燥氫氣，排去可能從密封油進(jìn)入機(jī)內(nèi)的水汽；

6）監(jiān)測(cè)漏入機(jī)內(nèi)的液體（油或水）；

7）監(jiān)測(cè)機(jī)內(nèi)絕緣部件是否過(guò)熱；

8）在線監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的局部漏氫。

2 發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)捉漏方法

2.1 針對(duì)兩種介質(zhì)氣體的捉漏

發(fā)電機(jī)進(jìn)行氣體檢漏時(shí)通常在兩種情況下進(jìn)行：一種是在系統(tǒng)檢修完成后需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。這種情況通常是充入壓縮空氣至試驗(yàn)壓力進(jìn)行的。另一種情況是機(jī)組在運(yùn)行中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線檢漏，這時(shí)對(duì)應(yīng)的就是氫氣檢漏了。

2.1.1 檢修后的氣密性檢查捉漏

在發(fā)電機(jī)組檢修完成后的氣密性試驗(yàn)的氣體介質(zhì)是空氣，因此，在捉漏時(shí)對(duì)法蘭、接頭一般會(huì)用肥皂液噴壺進(jìn)行漏點(diǎn)噴液檢驗(yàn)。對(duì)密封瓦的檢查需要進(jìn)行噴油檢查漏點(diǎn)。在肥皂液無(wú)法檢查出漏點(diǎn)的情況下，可以充入一定量氟利昂氣體利用鹵素檢漏儀進(jìn)行捉漏。

2.1.2 機(jī)組運(yùn)行中的在線檢漏

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中漏氫，一方面可以通過(guò)隔絕部分系統(tǒng)觀察泄漏變化，可以排除或縮小檢查范圍，主要是對(duì)發(fā)電機(jī)本體內(nèi)的泄漏進(jìn)行排除。針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)其他泄漏點(diǎn)可以用專用的氫氣檢漏儀進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 氣體捉漏的工具及捉漏注意要點(diǎn)

2.2.1 氣體捉漏專用工具

1）鹵素檢漏儀（圖1）型號(hào)為TIF XP-1A，在發(fā)電機(jī)檢修完成做氣密性試驗(yàn)時(shí)壓縮空氣中混入一定量的氟利昂氣體，利用鹵素檢漏儀在泄漏點(diǎn)可以較靈敏地檢查出。在檢漏時(shí)通過(guò)調(diào)整儀器的靈敏度可以檢測(cè)出在一定范圍內(nèi)存在泄漏，然后再進(jìn)一步縮小確定泄漏點(diǎn)的查找。主要是用于在肥皂水檢查無(wú)法確定泄漏點(diǎn)的情況下進(jìn)行。

圖1 鹵素檢漏儀

2）漏氫檢漏儀（圖2）型號(hào)為TIF 8800A，在運(yùn)行中發(fā)電機(jī)漏氫主要靠漏氫檢漏儀進(jìn)行檢查，在檢查中需要注意由于氫氣密度比空氣小，在探測(cè)時(shí)探頭應(yīng)放在檢查位置的上方，防止錯(cuò)判。在實(shí)際檢漏中漏氫儀的靈敏度開始時(shí)需要調(diào)到較靈敏位置，以便盡快確認(rèn)各種程度的泄漏。

3）肥皂水噴壺（圖3），利用肥皂水進(jìn)行氣體泄漏檢查。在發(fā)電機(jī)漏氫中是針對(duì)機(jī)械設(shè)備的一個(gè)直觀方便的檢查方法，但由于發(fā)電機(jī)漏氫包括電氣、熱工等設(shè)備，這些設(shè)備大多不能用肥皂水檢查，因此，注意該工具有一定的使用范圍。

圖2 漏氫檢漏儀

圖3 肥皂水噴壺

2.2.2 氣體捉漏注意要點(diǎn)

1）氣密試驗(yàn)前，密封油系統(tǒng)須投入正常運(yùn)行。

2）在氣壓為200 KPa 和500 KPa 各進(jìn)行漏點(diǎn)檢查，一般肥皂液進(jìn)行初檢，特殊情況下再用鹵素檢漏儀進(jìn)行進(jìn)一步檢漏。

3）凡有電氣信號(hào)輸出輸入絕緣要求的部位，如接線端子、出線瓷瓶及測(cè)溫元件引出線等部位不能用肥皂液體。

4）發(fā)電機(jī)內(nèi)充空氣時(shí)，用鹵素檢漏儀捉漏，機(jī)內(nèi)需充有氟利昂氣體，數(shù)量為70 g/ m3。發(fā)電機(jī)容積通常按110 m3計(jì)算。

5）運(yùn)行期間氫氣捉漏，氫氣檢測(cè)儀應(yīng)放在被測(cè)物體的上方（氫氣比空氣輕）。

3 發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)漏氫處理解決實(shí)例

發(fā)電機(jī)漏氫主要體現(xiàn)在兩部分。一種是本體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部漏氫：包括發(fā)電機(jī)線棒的水內(nèi)冷系統(tǒng)、密封瓦漏氫至密封油系統(tǒng)中，這部分漏氫要查找具體位置較難，處理起來(lái)比較困難復(fù)雜。因此要在每次檢修時(shí)注意檢修質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理。另一種是氫氣泄漏至外部空氣中：包括發(fā)電機(jī)本體的端蓋、人孔門、氫氣管路、測(cè)溫元件接線柱板、出線罩等。這部分漏氫檢查時(shí)比較直觀容易判斷，漏點(diǎn)具體位置明確。下面實(shí)例是以較為常見的漏氫來(lái)進(jìn)行分析。

3.1 發(fā)電機(jī)本體

3.1.1 發(fā)電機(jī)端蓋接合面漏氫

原因?yàn)槎松w接合面有變形或有損傷，緊固螺栓后還有間隙，造成氫氣外漏。處理方式：在檢修清理結(jié)束后對(duì)接合面進(jìn)行檢查，接合面無(wú)毛刺、無(wú)貫穿凹坑。檢查平面變形，螺栓緊固后平面塞尺應(yīng)不入，如有間隙要檢查原因。

端面的密封膠凹槽未清理干凈或者在注膠時(shí)不規(guī)范，留有空氣（圖4）。這種情況下發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣也會(huì)通過(guò)密封面或者螺栓孔漏出（圖5）。處理方式：端面注膠凹槽清理干凈無(wú)殘留，注膠時(shí)應(yīng)按注膠孔次序進(jìn)行，在一端出膠后再進(jìn)行后一段注膠。

圖5 發(fā)電機(jī)端罩平面不嚴(yán)密造成漏氫

3.1.2 氫冷卻器漏氫

原因?yàn)槔鋮s器端蓋在裝配時(shí)螺栓緊固不均勻，墊片損壞、密封膠未涂抹均勻等情況（圖6）。處理方式：嚴(yán)格檢修工藝，進(jìn)行冷卻器的整體泵壓試驗(yàn)。

圖6 氫冷卻器端蓋漏氫

3.1.3 發(fā)電機(jī)定子的人孔門、檢修孔悶蓋平面漏氫

原因?yàn)槠矫婷芊鈼l使用時(shí)間長(zhǎng)老化、未使用整圈密封條，在剪切拼接處容易產(chǎn)生漏點(diǎn)。處理方式：定期在檢修中更換密封條，根據(jù)平面槽口的內(nèi)外徑定做整圈的密封條（圖7）。

圖7 發(fā)電機(jī)定子檢修孔悶蓋漏氫

3.1.4 發(fā)電機(jī)密封瓦漏氫

密封瓦檢修技術(shù)要求高，在整個(gè)發(fā)電機(jī)檢修中比較關(guān)鍵，必須要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。密封瓦產(chǎn)生漏氫的原因主要是密封瓦變形導(dǎo)致徑向間隙或者平整度超標(biāo)，密封油封不住氫氣，造成氫氣向空側(cè)漏出。在運(yùn)行中轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)，轉(zhuǎn)子軸頸和密封瓦發(fā)生碰磨，造成軸頸和密封瓦烏金損傷（圖8）、密封瓦中的密封油壓小于氫壓，氫氣向空側(cè)泄漏。密封油系統(tǒng)油氫差壓工作不正常，氫氣隨著密封油向空側(cè)排出。密封瓦支座與發(fā)電機(jī)端蓋平面之間的絕緣墊平面在安裝時(shí)檢修工藝不嚴(yán)造成漏氫。

處理方式：在密封瓦檢修中，對(duì)密封瓦數(shù)據(jù)測(cè)量要嚴(yán)格把控，對(duì)于超標(biāo)嚴(yán)重的要更換新密封瓦。注意檢查密封瓦處軸頸有無(wú)磨損，如橢圓度超標(biāo)或者軸頸直徑變小，要對(duì)軸頸表面進(jìn)行修補(bǔ)處理。對(duì)油氫差壓閥要定期校驗(yàn)，杜絕由于閥門問(wèn)題造成油氫差壓不穩(wěn)。安裝密封瓦時(shí)要嚴(yán)格按照檢修工藝要求。

圖8 密封瓦磨損造成漏氫

3.2 氫氣循環(huán)及輔助設(shè)備漏氫處理解決實(shí)例

3.2.1 氫氣干燥器漏氫

氫氣干燥器漏氫在實(shí)際運(yùn)行中是發(fā)生概率最大的，包括膜片式閥門、管道接頭、切換閥軋?zhí)m密封等。原因一方面是由于設(shè)備老化，在檢修中沒(méi)有做到應(yīng)修盡修。另一方面干燥器雙塔運(yùn)行切換頻繁，切換閥軋?zhí)m四氟密封墊容易磨損（圖9）。因此查找漏點(diǎn)時(shí)要注意先后順序，先排除較易漏的點(diǎn)。由于氫氣干燥器管道閥門較多，如果無(wú)法查出漏點(diǎn)時(shí)，在發(fā)電機(jī)氫氣濕度允許的情況下，可以采取隔絕觀察的方法，一般經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)就可判斷干燥器是否有漏點(diǎn)（圖10）。處理漏點(diǎn)時(shí)要注意對(duì)干燥器進(jìn)行隔絕，氣體置換合格后進(jìn)行。

圖9 氫氣干燥器切換閥軋?zhí)m漏氫

圖10 氫氣干燥器管道焊縫漏氫

3.2.2 發(fā)電機(jī)漏液檢測(cè)裝置漏氫

發(fā)電機(jī)漏液檢測(cè)裝置發(fā)生漏氫主要是熱工探頭在檢修中進(jìn)行校驗(yàn)后，在回裝中接頭未完全緊固到位，從螺紋處泄漏（圖11）。排污閥閥芯不嚴(yán)密內(nèi)漏后，氫氣也會(huì)泄漏。

圖11 發(fā)電機(jī)漏液檢測(cè)裝置接頭漏氫

3.2.3 氫循環(huán)風(fēng)機(jī)漏氫

氫循環(huán)風(fēng)機(jī)的漏點(diǎn)多發(fā)生在悶蓋法蘭平面（圖12）、閥門法蘭平面、取樣口悶頭密封圈（圖13）等處。處理方式：定期更換法蘭墊片或者密封圈，檢修在緊固螺栓時(shí)按對(duì)角均勻的方法進(jìn)行。

圖12 氫循環(huán)風(fēng)機(jī)法蘭接合面漏氫

圖13 氫循環(huán)風(fēng)機(jī)取樣口悶頭漏氫

3.2.4 氫氣控制裝置漏氫

氫氣控制裝置布置在0 m 層，主要是集中了補(bǔ)氫、二氧化碳置換、熱工的一些壓力變送器、化學(xué)的取樣口等裝置。管道、閥門、各種表計(jì)較多，也較容易發(fā)生接頭、閥門等部件的漏氫（圖14、圖15）。

圖14 氫氣控制裝置安全門漏氫

圖15 氫氣控制裝置閥門向空氣側(cè)內(nèi)漏氫

3.3 氫站漏氫處理解決實(shí)例

氫站的主要作用是在汽機(jī)廠房外圍放置充氫用的氫氣鋼瓶，并且裝用兩套充氫系統(tǒng)。雖然氫站的充氫系統(tǒng)和運(yùn)行中的氫系統(tǒng)是分隔開的，不會(huì)影響到發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，但是從安全性考慮也需要對(duì)其進(jìn)行漏氫檢查。處理方式：安全門校驗(yàn)嚴(yán)格按照要求，保證嚴(yán)密性。定期對(duì)匯流排的管道、閥門進(jìn)行檢查（圖16）。

圖16 氫站氫氣匯流排管道閥門系統(tǒng)圖

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合以上一些實(shí)例分析，對(duì)于整個(gè)發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)的嚴(yán)密性工作要從兩個(gè)方面進(jìn)行加強(qiáng)：一方面加強(qiáng)檢修的策劃和質(zhì)量，策劃好設(shè)備的檢查周期，特別是對(duì)于一些轉(zhuǎn)動(dòng)的部件、容易老化的密封件要做到有重點(diǎn)、有針對(duì)性檢查，在質(zhì)量控制上嚴(yán)格按照工藝技術(shù)要求，不符合要求的做好返修和更換工作，做好分析和記錄；另一方面在機(jī)組運(yùn)行中，定期掌握發(fā)電機(jī)的氫氣嚴(yán)密性數(shù)據(jù)，如有異常，要分析可能發(fā)生的泄漏情況，并做好查漏工作，盡量做到早確定早處理。對(duì)于一些可能影響泄漏的情況，如密封油系統(tǒng)異常、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸瓦有振動(dòng)突變、定冷水箱等裝置氫氣報(bào)警（整個(gè)發(fā)電機(jī)有八處漏氫報(bào)警裝置）等要做好跟蹤和排查。氫系統(tǒng)查漏處理是一項(xiàng)煩瑣復(fù)雜的工作，上述一些論述是多年積累的經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)運(yùn)行檢修時(shí)的氫氣查漏有參考幫助。