330MW氢冷发电机组漏氢问题探讨

330MW 氢冷发电机组漏氢问题探讨

王帅 林森 方俊 张广中

（安徽省淮南市顾桥电厂， 232100 ）

摘要：发电机的漏氢量是氢冷发电机组安全经济运行的一个重要指标。如何将机组漏氢量控制在规定范围内，是电厂技术人员一项重要工作内容。本文针对顾桥电1#机东方电机厂生产的QFSN-330-2-20B型汽轮发电机，重点描述了其生产运行过程中遇到的漏氢量异常偏大的解决过程及气密性试验的相关分析过程，最终解决漏氢量偏大的问题，并能为同类型机组解决漏氢量偏大的问题提供了借鉴解决方案。

关键词：漏氢 内漏 外漏 气密性试验

1、发电机概述

顾桥电厂#1汽轮机发电机组均为东方电机厂生产的QFSN-330-2-20B型汽轮发电机。发电机冷却方式为水氢氢，即定子绕组水内冷（包括定子过渡引线和出线），转子绕组采用氢内冷，定子铁芯及端部构件为氢表面冷却；发电机集电环采用空气冷却。发电机采用定、转子相匹配的“四进五出”多流式通风系统，分为四个进风区，五个出风区并一一对应，机内转子两端带轴流式风扇。转子本体部分绕组采用气隙取气铣孔斜流式氢内冷，转子端部绕组采用纵横两路氢内冷，转子本体氢内冷。氢气密封方式采用单流环式油密封，热氢由闭式循环水进行冷却。

发电机型号：QFSN-330-2-20B、额定功率：330MW、额定氢压：0.25MPa、定冷水压：0.1～0.2MPa、漏氢率≤10m³/d。

2、发电机漏氢量超标的危害

氢气是一种极易燃烧的气体，当空气中的氢气体积分数为4%―75%时，遇到火源极易引起爆炸。而氢冷发电机机组漏氢的主要途径有两种：一是直接漏到大气中；二是漏到发电机密封油、定子冷却水系统和闭式循环水中。

当氢冷发电机机组氢气冷却系统中氢气大量外泄，在生产车间聚集与空气混合时，极易引起爆炸危险。

氢气除了泄漏至大气中，另一途径则泄漏至密封油、定冷水及闭式循环水等系统内部。其中泄漏至定冷水系统中的危害最大。因防止定冷水系统发生漏水事故，氢冷发电机组通常氢气压力高于定冷水压力。但氢气密度极小且渗透能力强，定冷水系统中难免存在一定微量氢气，而定冷水系统氢气含量严重超限时，可能就存在严重的事故隐患，极有可能导致定子绝缘击穿。

3、漏氢点的排查及处理

从2010年投产至今，顾桥电厂#1汽轮发电机组在运行过程中多次出现漏氢量超标的情况，漏氢量最高曾达到40m³/d左右，经过多番处理，#1机组目前漏氢量维持6m³/d左右，满足机组漏氢量≤10m³/d的设计要求。

针对漏氢量超标的情况，技术人员主要采用便携式测氢仪和肥皂水对发电机本体及氢气系统进行外漏排查，采用便携式测氢仪及系统氢气检漏设备对氢气内漏进行分析排查。漏点确定后，检修人员将采取适宜措施对氢气漏点进行处理，确保机组运行期间氢气漏量有所降低或部分漏点待停机彻底处理。

3.1 氢气外漏点的排查及处理

①、氢气系统排污门因为经常操作的原因曾出现漏氢现象，2014年，#1机氢气湿度仪旁路手动门前排污门漏量最高达47LEL，经紧固阀门及排污门加堵板后漏点消除。

②、氢气系统相关隔离阀门的法兰结合面有漏氢现象，漏量达20LEL，经紧固法兰螺栓后漏点消除。

③、氢气系统压力变送器接头及流量计接头处曾出现漏点，漏量达到50LEL，经紧固接头及涂抹密封胶后漏点消除。

④、氢气系统在线纯度仪内部减压阀存在漏点，漏量达40LEL，经隔离在线纯度仪更换减压阀后漏点消除。

⑤、氢气系统手动补氢阀门关闭不严导致系统压力下降较快，经紧固阀门后，系统氢压压降正常，漏氢量正常。

⑥、发电机氢气冷却器密封面存在漏点，且漏点较多，经紧固螺栓及涂抹密封胶后，漏点漏量有所降低（如下图）。

⑦、发电机本体各人孔门法兰结合面及螺栓曾不同程度出现漏点，且为机组漏氢量超标的主要原因，机组运行期间可进行涂抹密封胶处理，待机组停运后需进行更换密封垫片彻底处理（如下图）。

⑧、发电机本体焊缝出现漏氢现象，需停机气体置换后进行补焊处理消除漏点（如下图）。

3.2 氢气内漏点的排查及处理

①、#1机组曾经由于氢气冷却器存在漏点，导致氢气进入闭式循环冷却水系统内，可利用便携式测氢仪通过闭式水系统的放气门进行测量判定，漏量曾达到100LEL。

由于闭式水系统长期积气且未能得到排放，从而时常导致闭式水系统因系统压力低联锁启动备用闭式泵。

存在漏点的氢气冷却器需停机进行更换，且新更换的氢气冷却器需进行打压试验合格后方可进行安装，从而确保氢气不会内漏至闭式冷却水中。

②、为确保氢气不泄漏至密封油中，机组运行期间需确保油氢压差在规定范围或维持规定范围值的上限。可利用便携式测氢仪及系统检漏仪对油系统管道及排烟风机出口的含氢量进行监测，从而判定密封油中含氢量是否偏大。

③、2015年，#1机定冷水箱顶部在线监测点存在漏氢报警，报警值最大4%（已满量程），为消除漏点，#1发电机定冷水系统进行了水压试验，水压0.6MPa，试验时间8小时，应无压降。经排查，发现发电机顶部定冷水进水管道法兰盘处有沙眼，出水管法兰盘处有细小焊缝，处理后漏点消除。

3.3 总结

①、氢气外漏导致漏氢量超标主要原因是由于氢气系统及发电机本体设备外漏点多且面广引起。因此，机组运行期间，技术人员应积极对发电机本体及氢气系统进行全面排查，制定系统排查卡，做到排查无死角，如发电机端盖、发电机本体人孔门及氢气管路系统等漏氢。对于外漏点应积极采取有效措施，采用紧固及增加密封等方式，尽可能降低机组漏氢量，做好安全防范措施，确保机组安全稳定运行。

②、针对氢气内漏的情况，应首先明确内漏相关系统及内漏量，采取一定措施后不影响机组运行时，可利用停机对漏点进行处理。但内漏点一旦危机机组安全运行时，需立即汇报申请停机。

4、发电机气密性试验

氢气系统及发电机本体如有检修工作，在机组启动前须完成发电机气密性试验。发电机气密性试验目的：在发电机充氢前，通过压缩清洁空气充入发电机内，并升压到试验压力，通过充入氟利昂并用检漏仪检查发电机本体及管道系统各密封点是否存在漏点并消除，使发电机的日漏氢量在合格的范围内。

4.1 发电机气密性试验计算公式说明

计算公式：△V=70320*V/H{（P1+B1）/（273+T1）-（P2+B2）/(273+T2)}

公式内因数详解：

V：发电机的充气容积 (m³)，常量；

P1：试验开始时机内气体压力 (MPa)，变量，从DCS画面上取机内气体压力值；

P2：试验结束时机内气体压力 (MPa)，变量，从 DCS画面上取机内气体压力值；

B1：试验开始时大气绝对压力(MPa)，变量；

B2：试验结束时大气绝对压力(MPa)，变量；

T1：试验开始时机内气体绝对温度，变量，从DCS画面上取热氢、冷氢温度测点，取其平均值为；

T2：试验结束时机内气体绝对温度，变量，从DCS画面上取热氢、冷氢温度测点，取其平均值为；

H：试验进行的时间。

4.2 #1发电机气密性试验概述

2020年4月，#1机组发电机汽端密封瓦进行了检修工作，因此，#1机组在正常启动运行前需进行发电机气密性试验，检验系统各密封点是否存在漏点，确保机组漏氢量在合格范围内（＜10m³/d）。

4月27日，#1机组发电机开始气密性试验，试验所需条件均满足，经24小时计算漏气量为4.16m³/d，根据试验标准（漏空气量＜2.9m³/d），该试验结果不合格。随后，相关人员对系统多次充排气体试验，并对#5轴承处油挡进行拆除后查漏，以及对系统其它可疑漏点排查，均未发现外漏点，且多次试验结果仍然不合格。

5月3日，#1机组发电机氢气系统气体置换完成，发电机内氢气压力升至0.23MPa，经24小时计算漏氢量为4m³/d左右，满足该厂发电机漏氢标准。

4.3 总结

总的来说，发电机漏氢与气密性计算首先得清楚的是理解漏量计算公式，对计算公式中每一个因数有一个清晰的认识与理解。为保证发电机气密性合格，除了保证相关辅机系统运行正常外，还应做到以下几点：

①、在发电机做气密性试验时，试验应使用干净的压缩空气；

②、发电机气密性试验时，有条件的情况下应在发电机平台处放置两个盒式大气压力表，准确读取实测大气压力值，不可取经验值；

③、必须对发电机检修过的及未检修的一切可能存在漏氢的结合面进行化学查漏或物理查漏，以免因计算失误导致机组带漏启动；

④、在环境温度及气压有较大变化时，应尽量维持发电机内气体温度稳定，减少外界环境的变化对试验结果的影响。

⑤、如能确定氢气系统及发电机本体排除氢气内漏的情况，不排除系统设备存在一定外漏点对发电机气密性试验结果产生一定影响。此时，机组可按计划启动运行，机组运行后再对隐蔽外漏点进行仔细排查处理。

5、结论

氢冷发电机机组一旦发生漏氢情况，排查处理周期所需时间较长，将影响发电机组的安全稳定运行。因此，发电机及氢气系统在安全过程中应严把质量关，严格按照安装工艺进行，确保系统设备基础可靠性。同时，发电机组在运行期间如出现漏氢量异常的情况，多数原因是由于氢气外漏点偏多引起漏氢率超标，技术人员应积极进行分析排查处理，加强系统设备监盘巡视，对漏点积极采取治理控制措施，严格按照检修处理工艺进行，从而确保发电机组安全稳定运行。

参考文献

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[4]林福海.华电国际邹县发电有限公司#8发电机漏氢原因分析及处理[A].第二届全国发电厂电气专业技术交流研讨会论文集.2009。

作者简介：王帅（1986—），男，安徽淮南人，工程师，研究方向：汽机运行调节优化。