水輪發電機冷卻介質安全管理

李永祥，袁 博，任 翔

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

0 引言

水輪發電機的冷卻方式有全空冷和介質內冷兩大類。其中介質內冷方式按冷卻介質不同，分為水內冷和蒸發冷卻兩種。在我國，自循環蒸發冷卻技術經過10 MW，50 MW 和400 MW 工業機組的運行實踐，已經發展成為一種成熟的水輪發電機定子繞組冷卻方式。目前，蒸發冷卻水輪發電機所使用的冷卻介質主要有CFC-113 和HFC-4310 兩種。通過對冷卻介質臭氧耗減潛能值(ODP)和全球變暖潛能值(GWP)的對比，綜合考慮介質的傳熱性能和環境影響，HFC-4310 成為較優選擇，開始逐步在新投產蒸發冷卻水輪發電機中應用。通常情況下，大型機組的冷卻介質單臺使用量2 000～3 000 kg，一般情況下，還需儲備一臺機組備用量。一座電站若按投產3 ～4 臺蒸發冷卻水輪發電機計算，水電廠管理的冷卻介質總量將超過10 000 kg。在倉儲、運輸、生產等活動中違章作業、管理不善、安全措施不到位，極有可能造成冷卻介質的大量泄漏或其他事故，對環境和人員造成傷害并產生直接經濟損失。因此，冷卻介質的安全管理，是水電廠安全生產活動的重要組成部分。有效和可靠的管理體系和措施，才能實現企業安全生產的目標。

1 冷卻介質特性

HFC-4310 化學名稱為2,3-二氫十氟戊烷，分子式C5H2F10。是ODP 值為零，GWP 值較低的無色透明液體。具有不燃性、化學穩定性、熱穩定性和低毒性，還有蒸餾的易復原性。廣泛應用于清洗和傳熱領域。所以，在通常情況下，HFC-4310是一種安全的化學品。其與CFC-113 的物理及化學特性對比如表1 所示。

但是HFC-4310 作為一種化學品，如果在生產活動中疏于管理，無序、不謹慎、不規范地使用，也會造成巨大的危險和損失。其潛在危害性主要表現在以下兩方面。

(1) HFC-4310 是極易揮發的液體，其蒸氣比空氣重8 倍。如果在使用過程中發生大量泄漏，液體噴濺到工作人員臉部或臉部附近時，局部口鼻處高濃度的蒸氣會排擠空氣，造成窒息。

(2) HFC-4310 在300 ℃以下時，是熱學穩定的。但是如果運行機組或者存儲倉庫發生爆炸、火災等極端災害時，在溫度超過500 ℃時，HFC-4310 將分解成劇毒、強腐蝕性的氟化氫(HF)和碳酰氟(COF2)等物質，對人員和環境造成極大危害。

表1 物理及化學特性

因此，冷卻介質的管理水平，既關系到水輪發電機設備的安全、穩定、經濟運行，又關系到水電廠工作人員的人身安全，還涉及對周圍環境的影響。

2 冷卻介質安全管理原則

冷卻介質的安全生產管理，必須依照國家法律和標準規定的管理程序和措施，必須結合水電廠設備管理和安全生產的要求，做到“設備責任到崗，安全責任到人”。使得冷卻介質最大限度減少其危害性的一面，最大限度發揮其應用性的一面。保證冷卻介質的質量得到保障，保證工作人員不受冷卻介質的傷害，保證發電設備不因冷卻介質的泄漏等發生損失。因此，冷卻介質的安全管理原則主要有以項：

(1) 建立完善的冷卻介質管理規章制度，明確安全責任；

(2) 建立嚴格的冷卻介質監督機制及操作規程；

(3) 提高工作人員安全意識，做好冷卻介質相關培訓工作；

(4) 編制冷卻介質相關應急預案，提高事故應急能力。

3 冷卻介質安全管理措施

3.1 建立健全冷卻介質安全管理制度

根據國家相關法律和標準，結合水電廠自身設備運行管理和安全生產規定，建立和健全適用于水電廠的冷卻介質安全管理制度。加強對冷卻介質存儲、運輸、使用和廢棄環節的管理，做到每個環節都有章可循，有據可查，嚴格規范員工的操作行為。

針對冷卻介質HFC-4310，水電廠在水輪發電機蒸發冷卻系統檢修規程及運行規程中，應明確規定其驗收、運輸、存儲、使用等環節的標準、程序、安全措施等相關要求。尤其在對設備的檢修維護和技術改造過程中，涉及到冷卻介質的加注和排出，以及吊裝、動火等特殊作業時，要做到有方案、有計劃、有安全保障措施，并嚴格執行特殊作業的安全審批制度。在現場作業過程中，做到有專人監護作業行為及質量控制，確保安全措施到位且風險識別準確，保證冷卻介質的安全管理制度落實到位。

3.2 建立冷卻介質監督管理臺賬

3.2.1 建立冷卻介質質量監督臺賬

質量監督臺賬，是冷卻介質可以在水輪發電機蒸發冷卻系統安全運行的重要依據。其主要內容包括冷卻介質新液入庫檢驗、檢修過程中對系統內冷卻介質的抽樣檢驗以及運行過程中對冷卻介質的抽樣檢驗。新購買的冷卻介質，必須符合冷卻介質新液檢驗標準方可入庫。對系統內冷卻介質必須定期進行抽樣檢驗，符合冷卻介質工作液檢驗標準方可繼續使用。

3.2.2 建立冷卻介質泄漏監督臺賬

冷卻介質泄漏監督臺賬主要監測機組運行時冷卻介質的液位及壓力變化情況，根據介質液位和壓力的變化趨勢分析泄漏情況。在蒸發冷卻系統最開始運行的兩年內，冷卻介質泄漏監督臺賬按周度記錄。蒸發冷卻系統運行穩定之后，冷卻介質泄漏監督臺賬可按月度或者季度記錄。每年定期對泄漏監督臺賬進行專項分析，獲得蒸發冷卻系統及冷卻介質的安全運行數據。每周記錄水輪發電機組在開機或者停機狀態下的冷卻介質液位及壓力數據，可以分析冷卻介質的液位及壓力的上升或下降趨勢，從而對冷卻介質的運行情況進行分析管理。

3.3 完善生產現場安全警示設備和標識

在冷卻介質使用現場，必須安裝介質泄漏監測報警裝置，監測冷卻介質泄漏量和氧氣含量兩個值。在冷卻介質可能泄漏的場所，設置醒目的警示標識，提醒相關工作人員冷卻介質泄漏風險，并注明泄漏可能導致的傷害后果；放置氧氣呼吸器、防化服等防護設備，供現場人員在緊急情況下使用。嚴格限制在儲存冷卻介質的倉庫、區域和設備上進行動火作業，劃出動火作業安全區。

水電廠在蒸發冷卻發電機風洞內應設置冷卻介質泄漏監測報警裝置。根據人體在HFC-4310中的適用暴露極限濃度值，需設置200 mg/L 和400 mg/L 兩級報警，并實時監控風洞內氧氣含量。針對HFC-4310 的特性，對參與運行和檢修工作的員工設置以下警示：

(1) 嚴禁將頭伸入HFC-4310 儲存罐體內或是暴露在HFC-4310 氣體中(防止缺氧或者窒息)；

(2) 嚴禁未穿戴任何防護裝置進入低洼的有HFC-4310 泄露情況的封閉工作場所；

(3) 嚴禁液態的或者氣態的HFC-4310 接近開放性的火源或者高溫的金屬(防止其分解成為有毒的HF 與COF2)。

3.4 加強工作人員冷卻介質性能和安全生產培訓

冷卻介質作為一種化學品，擁有較為特殊的物理及化學性能。針對現場工作人員，特別是廠外人員的知識培訓和安全培訓就顯得尤為重要。另外，冷卻介質的培訓工作是一個長期的、不斷提升的過程，要分期分批進行，做到“不漏掉一個人員，不放過任何盲點”。尤其是在機組蒸發冷卻系統大修期間，由于廠外人員較多，他們對冷卻介質的性能和潛在危害了解不夠深刻，化學品安全生產意識較為淡薄，因此在大修前對工作人員進行冷卻介質知識和安全強化培訓是非常必要的。

針對冷卻介質HFC-4310 的潛在危害性，水電廠應對參與檢修人員提出明確的要求并進行專業培訓：

(1) 熟悉水輪發電機蒸發冷卻系統圖紙及技術文件；

(2) 熟悉蒸發冷卻系統動力/控制柜、介質加排液裝置、介質回收裝置的使用方法和操作步驟；

(3) 了解HFC-4310 的物理、化學特性及其可能帶來的危害，掌握HFC-4310 的使用、存儲、回收、保管方法；

(4) 熟知HFC-4310 監測報警裝置報警后的應對方法和措施。

3.5 編制冷卻介質大量泄漏和極端災害預案

在化學品的安全管理中，發生事故時的應急處置能力是非常關鍵的一環。冷卻介質作為水電廠大規模使用的化學品，其發生安全事故時的應急處置是對電廠管理層和安全監管的重大考驗。因此，未雨綢繆是一個必然選擇。預想冷卻介質安全事故的發生，編制冷卻介質安全事故應急處置預案，是對冷卻介質安全管理的基本要求。

冷卻介質安全事故預想，主要有大量泄漏事故和極端災害(火災、爆炸等)事故。冷卻介質大量泄漏事故應急處置預案，應包括冷卻介質大量泄漏后機組停機處置、人員撤離方式方法、現場工作(如焊接)停工撤離、泄漏場所排氣換氣措施、受傷害人員緊急救治、事故后的環境修復等主要內容。冷卻介質極端災害應急處置預案，則需要預想更加危險的情況，包括災害導致的介質泄漏處置、災害現場的人員撤離、災害中受傷人員救治、介質分解導致的有毒物質處置等內容。

只有編制了科學、詳細、可行的事故預案，才能在安全事故發生時，及時、合理的指揮事故的處置，避免出現更大的事故。

4 結束語

蒸發冷卻作為一種新型的發電機內冷方式，已經逐步應用于巨型水輪發電機組。蒸發冷卻系統冷卻介質的安全管理成為電廠安全生產的重要組成部分。以冷卻介質HFC-4310 為例，作為一種特殊應用的化學品，冷卻介質安全管理至少應做到以下3 點。

(1) 完善的冷卻介質管理規章制度和嚴格的冷卻介質監督機制。編寫冷卻介質使用規程，建立冷卻介質管理臺賬。

(2) 針對工作人員的冷卻介質使用安全培訓。強化工作人員的化學品使用安全意識，明確告知其冷卻介質的潛在危害可能。

(3) 醒目的危險警示標識和科學的事故處置預案。危險警示標識可以提醒工作人員加強安全生產意識，編制預案則能提高水電廠事故應急處置能力。