浅析氢冷发电机氢气爆炸的原因以及预防

浅析氢冷发电机氢气爆炸的原因以及预防

陈昌利

陕西能源电力运营有限公司 陕西省西安市 710016

摘要:本文主要阐述了氢冷发电机出现漏氢之后的异常运行状态，并研究分析得出影响发电机漏氢的主要因素有很多，包括制造，安装，运行以及维护等，最后就不同的影响因素提出对应的诊断方法以及解决方案。还就氢冷发电机在结构方面存在的问题提出了一些改进意见，希望可以对机组漏氢状况有所改善。

关键词:氢冷发电机；泄露氢气；检测办法；处理措施

氢系统是保证氢冷发电机正常运行的基础。而氢系统的主要作用是确保机组内部氢气压力，氢气温度，氢气纯度等合适稳定。因为氢气相比于气体而言，渗透能力比较强，而且因为密封油会携带一部分氢，所以在氢冷发电机实际运行过程中，氢气会持续不断的外漏，根据相关规定，氢冷发电机合格的标准是每天的补氢量不得超过10立方米。

1氢气燃烧和燥炸的过程

氢气的燃烧和爆炸，从化学反应角度来看，都具有氢气与氧气化合生成水和释放能量两种形式，它们之间的区别仅在于反应的速度不同。燃烧时，反应速度较慢而且稳定，爆炸时，反应速度极快而且产生具有破坏性的冲击波。燃烧包含着两个紧密相连的环节，即反应.的诱发(点火)和燃烧。而爆炸现象尽管是在极短时间内完成的，却包含着诱发、燃烧和爆炸三个环节。

1.1 诱发过程

依据实验可知，氢气引发的燃烧以及爆炸过程，诱因是火种，如果没有火种的诱发，则便不会出现。多年之前，有人进行过此种实验，把氢气和氧气按照一定比例混合，让其进行化合反应后，并将其放于一个和环境能源相隔的地方，持续一定的时间，结果发现，并没有出现任何相关的改变。

实验表明，在氢气与空气的燥炸极限范围内(4.0~75.6%),最小引燃能量为0.011mJ;氢与氧混合时，在爆炸极限范围内 (4. 0~94%)，最小引燃能量为0. 0012mJ，这相当 于-枚订书钉从1m高处自由落下的能量。这样微小的能量，就是人的服装因摩擦而产生的静荷能量也可能超过它。因此，由静电引起氢气著火事故也常有发生。

1.2发电机氢气系统漏氢的途径和造成漏氢的主要原因

发电机漏氢的途径非常多，但是归根到底可以划分成两个类型，分别是外漏以及内漏。

外漏指的是氢气直接流入大气中去，而外漏的检测方法也比较简便，可以向设备中喷入肥皂水进行查漏，或者使用测氢仪。而外漏的发生部位大多集中在发电机端盖定子引出线瓷套管、发电机机座入孔门氢气管路阀门系统等。而造成氢气外漏出现的主要原因有以下几个方面:①法兰密封面有毛刺或者凹陷，螺栓没有完全拧紧。②端盖水平结合面密封性差，端盖上填充密封填料的内壁有沟槽。③定子引出线套管松动，或者由于温度的影响导致器件密封不严。④发电机外壳或者氢气管道焊接质量比较差，内部有沙眼或者夹渣。⑤密封胶条质量比较差，比如说弹性或者压缩量不足，温度提升时导致胶条出现变形，影响密封性。⑥密封瓦座与密封瓦水平面之间接触不良，没有达到对应的标准。⑦密封瓦座同端盖之间存在错口。⑧氢气管道法兰密封面或者密封垫存在缺陷。⑨氢气管道阀门密封性差。⑩氢气管道在工作时由于摩擦等原因导致氢气泄露。

内漏指的是氢气没有直接漏入大气中而是漏到了其他系统中，经由其他系统的阀门漏出，这种情况的检测具有一定的难度。内漏的主要发生情况包括氢气经由密封瓦漏到密封油系统，氢气漏到封闭外壳中，氢气经由氢气冷却器漏入循环水中，氢气经由氢气管道阀门漏入大气中。导致氢气内漏的原因有很多，主要包括以下五个方面:①定子线棒空芯股线折断，定子端部螺丝未拧紧，绝缘引水管道出现破裂。②氢气冷却器的铜管出现破裂。③中心孔堵板密封比较差。④氢气管道阀门没有关严。⑤密封瓦的径向间隙超过了标准导致油压没有处于合适的范围中。

2发电机氢系统泄漏的地方和检测办法

1.发电机端盖阀门、法兰以及相连的管道排污管泄漏。可以使用氢系统检漏仪进行检测。

2.密封油系统漏氢。可以从密封油系统的运行状况进行检测或者在空侧油排烟风机出口进行漏氢量检测。

3.橡胶元密封处被破坏导致漏氢。在空侧密封油回油箱排烟风机出口可以检测出氢。

4.定冷水系统漏氢。因为在氢冷发电机正常运行时氢气压力低于冷水压力，所以说一旦冷水系统出现了故障，就很有可能导致氢气泄漏，氢气会从发电机内部泄漏到冷水系统中去，导致冷水压力提升。而一般的检测手段有三种类型:①观测并记录冷水箱压力以及排气表流量计读数。在氢冷发电机的冷水箱补水过程中冷水压力会有所提升，流量计缓慢走动。而此时就要记录排气流量表读数。②将排气流量表出口排出的气体进行检验，并判断是否存在氢气。③关闭流量表之前，水箱压力会有一个明显的提升。在停止机器之后，要尤其注意检测计是否可以排水。

5.氢冷器内管子漏氢。这种类型的漏氢检测方法可以使用隔离氢冷器进行检测。如氢冷器漏氢，在关闭冷却水进出口之后，可以在冷却水压力表或者顶部排气门检测出氢气。

6.转子漏氢。发电机转子励磁线圈密封泄漏导致转子漏氢。可以对转子进行气密试验孔检测出漏氢。

7.检修工艺较差导致漏氢。①密封瓦座衬垫工艺较差；②密封瓦平行度没有达到规定的要求；③发电机大端盖安装错位导致密封不严；④发电机注胶不好；⑤法兰垫子没有安装好；⑥密封面清理不干净；⑦测温元件安装不到位。

8.氢气干燥机除湿机漏氢。氢气干燥除湿机运行时间比较久，氢气管道比较长，管径小，漏点集中在阀门处，而且由于排污门经常开关，从而容易引发漏点。

3异常漏氢的处理措施

1.密封油系统可以通过调整密封油系统的运行情况来改善漏氢的状况。为了确保氢气压力正常，可以调整空侧密封油主差压阀，保证压力保持在0.049MPa，并且要实施监测。

2.发电机端盖，阀门，法兰，入孔门泄漏的处理方法可以通过紧固法兰螺丝，更换发电机端盖等。

3.定冷水系统漏氢处理要停机消缺。在整个机组正常运行时要确保氢气压力和冷水压力差值恒定，防止冷水流入发电机内，在确保差压在规定范围内的情况下，氢气压力可以下降到0.25MPa–0.27MPa之间，降低漏氢量。在停机期间，需要确保氢气压力恒大于冷水压力，可将氢气压力和冷水压力同步降低。此外还可以关闭冷水泵进出水门，降低漏氢量。

4.发电机氢冷器泄漏时应该在停机状态进行检漏，若少数管子出现漏氢要进行堵管，多数管子出现漏氢要更换氢冷器。

5.发电机转子励磁线圈引线紧固螺栓处泄漏，需要进行停机处理进行更换密封材料。

6.针对检修工艺问题引起的漏氢，可以采取修复前制定有关的安装工艺，并组织学习。尤其是衬垫制作，安装和注胶。

7.氢气干燥除湿机漏氢可以通过更换阀门进行处理。

3.结束语

总而言之，导致发电机漏氢的原因非常多，在制造发电机的过程中要尤其注意定子绕组水路和转子的严密性；在运行时要确保油压与发电机气体压力保持在0.084-0.086MPa内，并且要实施监控油压。在发电机长时间运行之后，很有可能会出现线帮与水接头焊接处出现损坏。这会导致氢气泄漏量大大提升，甚至出现事故，所以要使用最先进的检测风大监测发电机的漏氢量，发现异常及时处理。从而最大程度的降低损失，确保机组正常运行。

参考文献

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