氫冷發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)氫氣的置換及使用注意事項

在發(fā)電機(jī)氣體置換時，首要考慮的問題是氫氣的爆炸問題。為避免氫氣與氧氣直接接觸，一般采取通過中間介質(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)置換時的監(jiān)督。

（1）發(fā)電機(jī)充氫時的監(jiān)督。用氮?dú)馀懦隹諝鈺r在氮?dú)饽腹艿娜娱T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%時開始充氫，氫氣純度達(dá)96%以上時，充氫合格。

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

發(fā)電機(jī)的氣體置換是一項非常重要的操作，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)驗的化驗員進(jìn)行分析，并且需要進(jìn)行平行試驗以保證分析的準(zhǔn)確性。

氫冷卻方式的汽輪發(fā)電機(jī)要求建立專用的供氣系統(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；自動監(jiān)視和保持氫的額定壓力和純度。具體地說，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)，測量、控制和信號系統(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)、儲氫系統(tǒng)、閥門和管路組成。氫冷發(fā)電機(jī)的氫氣來自廠內(nèi)制氫站。為了使制氫站在故障或正常檢修時仍能正常供氫，必須備有足夠儲氫罐。全部儲氫罐的有效容積應(yīng)能滿足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。儲氫罐向現(xiàn)場供氫時一般都采用兩根母管同時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)正常時不允許空氣作為冷卻介質(zhì)，但在氣體置換或風(fēng)壓試驗時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，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)行過程中，氫氣吸收進(jìn)入機(jī)內(nèi)的濕氣會發(fā)生強(qiáng)烈的潮濕現(xiàn)象。氫氣受潮對設(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。

氫氣的相對原子質(zhì)量最輕，為1.008，按質(zhì)量計在地殼中只占1%左右。氫氣是一種無色、無嗅、無味、無毒的可燃性氣體，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，其通風(fēng)損耗可減少到空氣冷卻時通風(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，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，它能將許多高價氧化物還原為低價氧化物甚至金屬。

用氫氣作發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)時，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，所以使用時要特別注意安全。

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)的氫氣通過機(jī)上的漏泄點(diǎn)漏到機(jī)殼外的空氣中，稱為外漏。由于其擴(kuò)散速度快，一般危險性較小。

（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)氣體含量增大時應(yīng)及時查找原因并消除。

（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，氫氣就會進(jìn)人定子繞組，這也是內(nèi)漏。此時通過分析發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水箱的含氫量可發(fā)現(xiàn)此類漏氫情況。

2、發(fā)電機(jī)找漏

電廠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）微量氫測定儀找漏。運(yùn)行中常采用微量氫測定儀進(jìn)行找漏。根據(jù)表計指示的氫氣濃度，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，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加，阻值下降。發(fā)出的信號放大后指示出來。微量氫檢測儀是電力系統(tǒng)常用的檢測儀器，它的測定結(jié)果的準(zhǔn)確性將直接影響設(shè)備和人身的安全。因此，在使用時應(yīng)嚴(yán)格按說明書操作并按要求定期進(jìn)行靈敏度和準(zhǔn)確性檢定。

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

氫冷發(fā)電機(jī)漏氫的控制是一個系統(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，只有通過制造、檢修、運(yùn)行等各個方面相關(guān)部門齊心協(xié)力，各個環(huán)節(jié)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，在制造的過程中嚴(yán)格控制定子繞組水路和轉(zhuǎn)子的嚴(yán)密性；運(yùn)行時要注意調(diào)整密封油壓，時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)和存在的問題，加大技改和檢修力度，不斷探索采用先進(jìn)的檢測手段和防范措施，并嚴(yán)密監(jiān)視發(fā)電機(jī)的漏氫，以便及時處理。通過對漏氫的檢測及處理，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。

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)周圍著火，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 。