氫冷發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)

氫冷卻方式的汽輪發(fā)電機(jī)要求建立專(zhuān)用的供氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：給發(fā)電機(jī)充以氫氣和空氣；進(jìn)行這兩種氣體的置換，補(bǔ)漏氣；自動(dòng)監(jiān)視和保持氫的額定壓力和純度。具體地說(shuō)，氫冷發(fā)電機(jī)的氫氣系統(tǒng)主要由氣體分配系統(tǒng)，氣體凈化系統(tǒng)，測(cè)量、控制和信號(hào)系統(tǒng)及安全消防系統(tǒng)組成，如圖1所示。

氫冷發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)氣體分配系統(tǒng)

（1）氫氣分配系統(tǒng)。氫氣分配系統(tǒng)主要由制氫系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、閥門(mén)和管路組成。氫冷發(fā)電機(jī)的氫氣來(lái)自廠(chǎng)內(nèi)制氫站。為了使制氫站在故障或正常檢修時(shí)仍能正常供氫，必須備有足夠儲(chǔ)氫罐。全部?jī)?chǔ)氫罐的有效容積應(yīng)能滿(mǎn)足10天運(yùn)行的補(bǔ)氫量和置換最大機(jī)組一次用氫量的需要。儲(chǔ)氫罐向現(xiàn)場(chǎng)供氫時(shí)一般都采用兩根母管同時(shí)供氫又互相備用的雙管供氫方式。這樣既可以減少操作量，又可防止備用管腐蝕。

（2）空氣分配系統(tǒng)。氫冷發(fā)電機(jī)正常時(shí)不允許空氣作為冷卻介質(zhì)，但在氣體置換或風(fēng)壓試驗(yàn)時(shí)可用空氣為冷卻介質(zhì)。因此，系統(tǒng)中應(yīng)安裝壓縮空氣系統(tǒng)，以保證有可靠的壓縮空氣來(lái)源。使用前，壓縮空氣應(yīng)先經(jīng)空氣干燥器干燥后方可進(jìn)入系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)充空氣后應(yīng)將系統(tǒng)與氫管路隔絕開(kāi)，防止氫氣漏人機(jī)內(nèi)與空氣形成爆炸性氣體而發(fā)生事故。

氫冷發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)氣體凈化系統(tǒng)

氣體凈化系統(tǒng)中的主要設(shè)備有氫氣干燥器和空氣干燥器。

（1）氫氣干燥器。在運(yùn)行過(guò)程中，氫氣吸收進(jìn)入機(jī)內(nèi)的濕氣會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的潮濕現(xiàn)象。氫氣受潮對(duì)設(shè)備的危害較大，因此氫氣系統(tǒng)加了氫干燥器。氫干燥器利用發(fā)電機(jī)風(fēng)扇前后的壓差作為動(dòng)力進(jìn)行循環(huán)，除去氫氣中的水分。常用的氫干燥器有半導(dǎo)體式和吸附式兩種。

（2）空氣干燥器。為了避免將水分帶入機(jī)內(nèi)，壓縮空氣進(jìn)入機(jī)內(nèi)前須進(jìn)行干燥處理。主要采用添加吸附劑的循環(huán)干燥器進(jìn)行除濕。

氫氣是最輕的氣體，它有很強(qiáng)的滲透性和擴(kuò)散性，因此在充滿(mǎn)氫氣的容器中很容易造成泄漏。

1、發(fā)電機(jī)的漏氫途徑

（1）機(jī)殼內(nèi)的氫氣通過(guò)機(jī)上的漏泄點(diǎn)漏到機(jī)殼外的空氣中，稱(chēng)為外漏。由于其擴(kuò)散速度快，一般危險(xiǎn)性較小。

（2）由于密封系統(tǒng)的平衡閥性能不好，使氫側(cè)油竄人空側(cè)而被空側(cè)回油帶入主油箱，在主油箱內(nèi)形成爆炸氣體，這屬于內(nèi)漏。運(yùn)行中應(yīng)定期分析主油箱排煙機(jī)的含氫量，發(fā)現(xiàn)氣體含量增大時(shí)應(yīng)及時(shí)查找原因并消除。

（3）在水一氫一氫式發(fā)電機(jī)中，定子繞組的內(nèi)冷水壓低于機(jī)內(nèi)氫壓。當(dāng)冷卻系統(tǒng)嚴(yán)密性遭到破壞時(shí)，氫氣就會(huì)進(jìn)人定子繞組，這也是內(nèi)漏。此時(shí)通過(guò)分析發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水箱的含氫量可發(fā)現(xiàn)此類(lèi)漏氫情況。

2、發(fā)電機(jī)找漏

電廠(chǎng)中普遍采用的氫氣找漏的方法主要有肥皂水找漏和儀器找漏兩種。

（1）肥皂水找漏。它是一種簡(jiǎn)單易行、效果良好的方法，主要用于停機(jī)后的找漏。在可能泄漏處涂上肥皂水，若漏氣將產(chǎn)生肥皂泡。

（2）微量氫測(cè)定儀找漏。運(yùn)行中常采用微量氫測(cè)定儀進(jìn)行找漏。根據(jù)表計(jì)指示的氫氣濃度，能大致地判斷出漏氫的嚴(yán)重程度。

微量氫檢測(cè)儀主要是由氣敏電阻組成，它是一種由氧化亞錫構(gòu)成的多微孔狀物質(zhì)，當(dāng)遇到還原性氣體（如氫氣）時(shí)，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加，阻值下降。發(fā)出的信號(hào)放大后指示出來(lái)。微量氫檢測(cè)儀是電力系統(tǒng)常用的檢測(cè)儀器，它的測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性將直接影響設(shè)備和人身的安全。因此，在使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按說(shuō)明書(shū)操作并按要求定期進(jìn)行靈敏度和準(zhǔn)確性檢定。

氫氣的相對(duì)原子質(zhì)量最輕，為1.008，按質(zhì)量計(jì)在地殼中只占1%左右。氫氣是一種無(wú)色、無(wú)嗅、無(wú)味、無(wú)毒的可燃性氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下其密度僅相當(dāng)于同體積空氣1/14.5（或6.96%），所以用氫氣作發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)時(shí)，其通風(fēng)損耗可減少到空氣冷卻時(shí)通風(fēng)損耗的6.96%，從而可使溫升減少，發(fā)電效率提高。

在氣體中，氫氣的導(dǎo)熱能力最好，其導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的6.69倍；氫氣具有很大的擴(kuò)散速度，在距離漏點(diǎn)0.25m處氫氣基本上已完全擴(kuò)散。因此用氫氣代替空氣作發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)時(shí)，一方面可提高絕緣材料本身的導(dǎo)熱能力，另一方面也能提高絕緣層間隙中的導(dǎo)熱能力，從而提高發(fā)電機(jī)的冷卻效果。

另外，氫氣的表面散熱系數(shù)大，是空氣的1.5倍。表面散熱系數(shù)越大，在相同溫差下所散發(fā)的熱量越多，這有利于降低表面溫度差，提高冷卻效果。

氫氣常溫下化學(xué)性質(zhì)不太活潑，主要是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氫分子的離解能很高，為436kJ/mol。在高溫、光照及催化劑存在的條件下，氫氣是一種非常好的還原劑，它能將許多高價(jià)氧化物還原為低價(jià)氧化物甚至金屬。

用氫氣作發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)時(shí)，也有一定的缺點(diǎn)，就是氫氣與空氣或氧氣容易形成爆炸性氣體，所以使用時(shí)要特別注意安全。

在發(fā)電機(jī)氣體置換時(shí)，首要考慮的問(wèn)題是氫氣的爆炸問(wèn)題。為避免氫氣與氧氣直接接觸，一般采取通過(guò)中間介質(zhì)的間接置換或真空置換方式進(jìn)行。間接置換方式在電力系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，它用性能穩(wěn)定的CO₂氣體或N₂作為中間介質(zhì)，以達(dá)到把機(jī)內(nèi)的氫氣換為空氣、或者把空氣換為氫氣的目的。下面介紹以氮?dú)庾鳛橹虚g介質(zhì)置換時(shí)的監(jiān)督。

（1）發(fā)電機(jī)充氫時(shí)的監(jiān)督。用氮?dú)馀懦隹諝鈺r(shí)在氮?dú)饽腹艿娜娱T(mén)取樣，分析氮?dú)夂秃趿?，?dāng)?shù)獨(dú)饧兌冗_(dá)95%以上，含氧量小于2%時(shí)開(kāi)始充氫，氫氣純度達(dá)96%以上時(shí)，充氫合格。

（2）發(fā)電機(jī)排氫時(shí)的監(jiān)督。用氮?dú)庵脫Q氫氣時(shí)在氫母管的取樣門(mén)取樣，分析氮?dú)饧兌龋?dāng)其達(dá)97%以上、氮?dú)庵泻瑲淞啃∮?%時(shí)，排氫結(jié)束。由于發(fā)電機(jī)不允許氮?dú)忾L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，因此需用壓縮空氣排出發(fā)電機(jī)內(nèi)的氮?dú)猓?dāng)機(jī)內(nèi)空氣含量大于90%時(shí)，充空氣結(jié)束。

發(fā)電機(jī)的氣體置換是一項(xiàng)非常重要的操作，它關(guān)系到設(shè)備和人身的安全。在監(jiān)督中應(yīng)安排2名有經(jīng)驗(yàn)的化驗(yàn)員進(jìn)行分析，并且需要進(jìn)行平行試驗(yàn)以保證分析的準(zhǔn)確性。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了核電廠(chǎng)氫冷發(fā)電機(jī)供氫系統(tǒng)安裝竣工時(shí)的防爆安全驗(yàn)收準(zhǔn)則。本標(biāo)準(zhǔn)適用于核電廠(chǎng)氫冷發(fā)電機(jī)投運(yùn)前供氫系統(tǒng)及氫氣相關(guān)系統(tǒng)（不包括制氫和儲(chǔ)氫系統(tǒng)設(shè)備）的防爆安全驗(yàn)收。

氫冷發(fā)電機(jī)漏氫的控制是一個(gè)系統(tǒng)工程，影響發(fā)電機(jī)漏氫量的因素很多，若想從根本上控制漏氫量的大小，只有通過(guò)制造、檢修、運(yùn)行等各個(gè)方面相關(guān)部門(mén)齊心協(xié)力，各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，在制造的過(guò)程中嚴(yán)格控制定子繞組水路和轉(zhuǎn)子的嚴(yán)密性；運(yùn)行時(shí)要注意調(diào)整密封油壓，時(shí)刻注意保持密封瓦氫氣、空氣側(cè)的油壓平衡。應(yīng)重視發(fā)電機(jī)的氫氣泄漏情況，結(jié)合設(shè)備系統(tǒng)特點(diǎn)和存在的問(wèn)題，加大技改和檢修力度，不斷探索采用先進(jìn)的檢測(cè)手段和防范措施，并嚴(yán)密監(jiān)視發(fā)電機(jī)的漏氫，以便及時(shí)處理。通過(guò)對(duì)漏氫的檢測(cè)及處理，防止事故擴(kuò)大，保證機(jī)組運(yùn)行安全 。

發(fā)電機(jī)運(yùn)行中要產(chǎn)生能量損失，損耗以有功功率轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃康姆绞酱嬖?。這些熱量如果散發(fā)不出去，將會(huì)使發(fā)電機(jī)溫度升高，絕緣物質(zhì)變質(zhì)老化，威脅機(jī)組的正常運(yùn)行。所以必須附加冷卻系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)內(nèi)因損耗而產(chǎn)生的熱量帶走，現(xiàn)代大型機(jī)組基本使用氫氣作為冷卻介質(zhì)。氫氣系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)定子外殼、端蓋、氫氣冷卻器、密封瓦以及氫氣管路構(gòu)成全封閉氣密結(jié)構(gòu)，氫氣由裝在轉(zhuǎn)子兩端的漿式風(fēng)扇強(qiáng)制循環(huán)，并通過(guò)設(shè)置在定子機(jī)座四角的氫氣冷卻器進(jìn)行冷卻，具有效率高，冷卻效果好，安全可靠等優(yōu)勢(shì)。

漏氫是氫冷發(fā)電機(jī)運(yùn)行中普遍存在的現(xiàn)象，漏氫量是氫冷發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的主要技術(shù)指標(biāo)之一。氫的大量泄漏會(huì)導(dǎo)致氫壓下降，影響發(fā)電機(jī)冷卻，限制發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷。嚴(yán)重漏氫可造成發(fā)電機(jī)周?chē)?，甚至引起氫氣爆炸，造成發(fā)電機(jī)損壞以至機(jī)組停機(jī)。因此，維持氫冷發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的必要條件之一是維持氫系統(tǒng)工作正常，包括保證機(jī)內(nèi)氫氣壓力、保證機(jī)內(nèi)冷氫溫度以及溫差正常、保證機(jī)內(nèi)氫氣純度 。