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摘要：氢气爆炸是比较常见且难以避免的现象，文章阐明了氢气爆炸的危害，分析了氢气爆炸的原因，结合生产实际探讨了解决问题方法。

供同类型氢冷发电机的维护和调整参考。

关键词：氢气爆炸；原理；纯度不合格原因；措施氢气是氢冷发电机组的发电机的良好的冷却介质，被用来冷却发电机的定子铁芯、转子铁芯及转子线圈，若氢冷发电机组氢气系统发生爆炸，可损坏密封油系统、发电机内风挡、发电机定子、转子线圈，甚至是导致机组停运、人员伤亡，会给电厂造成巨大的经济损失，因此有必要对氢气爆炸的形成机理进行研究，进而提出防止氢气爆炸的措施。

1 氢气爆炸的形成机理①氢气爆炸是指在一定的密闭空间内部，氢气的含量在爆炸极限范围内遇到火源达到其点火能量时，在极短的时间内迅速完成燃烧并放出大量的热量，同时引燃周围的混合气体燃烧，使产生的水蒸气体积膨胀，空间内的压力急剧增大。

②氢气爆炸的条件：其一，氢气与空气的混合物处于一定的不流通的容器中。

其二，引起可燃气体爆炸的最低含量为爆炸下限，相应地能引起爆炸的最高含量为爆炸上限。

爆炸下限至爆炸上限之间的含量为该可燃气体爆炸范围。

氢气是一种可燃气体，在空气中的爆炸范围为4.0%～75.6%，即当空气中的氢气含量在此范围内，一旦遇到火源即发生爆炸。

其三，有明火时触发氢气着火的温度不小于700 ℃或最低引爆氢气的能量达到0.02 MJ。

2 发电机内氢气纯度不合格原因分析为了防止发电机氢气系统爆炸现象的产生，需要严格控制氢气爆炸形成的各种因素。

2.1 取样管、氢气纯度仪和氢气纯度变送器、DCS远方监控装置这套监控装置是提前发现发电机内氢气纯度不正常从而进一步消除发电机内氢气爆炸的关键。

目前所制造的氢冷发电机组，都安装有氢气纯度仪和取样管、氢气纯度变送器，采用这些设备可不间断的对发电机内氢气纯度值进行实时监控，前提是这些设备能够正常工作。

为了提取发电机内部较低位置的氢气，使所取得氢样真实地反映机内的氢气纯度，一般将发电机内的氢气纯度取样测点安装在距离发电机最低处约15 cm高的位置。

2.2 发电机启动时气体置换过程引起氢气系统污染①在发电机停运7 d及以上后按规程要求需进行气体置换即先用二氧化碳置换掉发电机内的空气再用氢气置换二氧化碳的过程中，未严格执行操作规程充排放气体，用二氧化碳置换空气时二氧化碳的纯度不合格即残存有不小于10%的空气，用氢气置换二氧化碳过程中氢气的纯度不合格即氢气的纯度低于96%，使得氢气中混杂有其它气体而纯度较低。

②在发电机气体置换时，较矮处位置的死角，如发电机下部三相引出线出线套管、0 m的氢气干燥器等位置较低部位，未对死角进行排污，有部分密度较大的气体如CO2残留在发电机内，降低了氢气纯度。

③在进行气体置换时操作方法有误，不能将发电机内的空气排干净。

由于CO2的密度比空气大，在用CO2置换空气时，在发电机底部缓慢充入CO2，从顶部将发电机内的空气逐步排出，在发电机顶部取样检测发电机内CO2纯度达90%后，判断机内空气确已排净，然后再充入氢气。

从发电机顶部缓慢充入氢气将二氧化碳与空气的混合气体从发电机底部排出，当发电机所取样的氢气纯度达96%时，氢气纯度合格最后将机内氢压充至额定压力，整个气体置换完成。

若在此置换过程中，操作方法不正确、操作时操作过快、没有对死角排污，都会使发电机内氢气纯度不合格。

2.3 在正常运行过程中氢气系统受到污染①在用PALL真空滤油机的真空去除杂质气体的密封油系统中，空气漏入真空系统，与回收的氢气一起返回机内污染机内的氢气，导致了氢气纯度的下降。

②在双流环式密封瓦的发电机的密封油系统中，氢侧油密封油压高出空侧密封油压较多（远远超过500 Pa）时，大量的氢侧密封油串入到空侧密封油中使得氢侧密封油箱油位下降，为维持油位氢侧密封油箱的自动补油阀打开，不断地有溶解有大量空气的空侧密封油补入到氢侧密封油油箱进入到氢侧密封油系统中，溶解有空气的密封油在消泡箱内析出空气，与氢气返回至发电机内，污染了发电机内的氢气。

③由于密封油的油源来自于润滑油系统，而润滑油系统的油中含水量较高，或者冷却器发生泄露致使冷却水漏入密封油中时，故而导致密封油中的含水量也较高，夏季，当密封油冷却器的冷却水温较高且冷却效果不好时，密封油温较高，又由于氢侧密封油压高于机内氢压0.035 MPa，使密封油内的水份等气体物质逐步缓慢蒸发，散发串入至发电机内，降低发电机内氢气纯度。

④发电机解列灭磁后，发电机的定子电流及转子电流突降至0，发电机定转子铁芯及线圈发热量急剧减少，若氢冷器的冷却水未及时退运，氢冷器氢气侧会在发电机内结露，结露出的水受热后缓慢蒸发混入氢气，降低氢气纯度。

⑤发电机氢侧密封油密封瓦间隙过大，这样空侧密封油与氢侧密封油在密封瓦间的油量串油量增多，使得空侧密封油中的空气、水蒸气串入氢侧密封油系统中在消泡箱中析出后进入发电机内，污染发电机内部的氢气。

机组运行中，若密封油系统运行方式正常差压阀及平衡阀动作正常而氢气纯度仍不合格，则应停机对密封瓦进行检查，必要时对密封瓦间隙进行调整。

3 防止氢气爆炸的措施发电机的冷却介质由氢气置换为空气，或由空气置换为氢气时，应采用中间介质——CO2置换，并严格按照汽机运行规程进行操作。

置换时，取样与化验要准确无误，避免误判断。

发电机内气体置换时，气体控制站及排空管口附近禁止动火作业，禁止行车在机组上方来回行走，汽机房屋顶通风器开启。

置换过程中气体排出管路及气体不易流动的死区，特别是氢气干燥器、密封油扩大槽及浮子油箱、油水探测器等处，均应排放、取样化验，最后各处都要符合要求。

定期对发电机氢气系统的氢气纯度及含氧量进行取样化验。

发电机内氢气纯度≥97%，含氧量≤2%；制氢设备中，气体含氢量≥99.5%，含氧量≤0.5%。

否则应立即进行排污，直到合格。

氢冷发电机的密封瓦与轴径的径向总间隙应满足制造厂要求，当机内充满氢气时，密封油不得中断，密封油压与氢气压力差≮0.035 MPa，防止空气进入发电机内或氢气充满汽轮机的油系统中而引起爆炸。

空侧密封油箱及主油箱的排油烟风机，应保持连续运行。

如需短时停运主油箱排烟风机，应采取措施防止杂物落入。

为了防止由于阀门密封不严氢气泄漏或漏空气而引起的爆炸，当发电机内充满氢气时，补充空气的阀门应关闭严密，并加装严密的堵板；当发电机内充满空气时，补充氢气的阀门也应关闭严密，并加装严密的堵板。

氢冷发电机的排氢母管必须接至室外，一般情况下发电机排氢应排至室外，只有在发电机气体置换时进行死角排污而不具备排至室外条件时，方可允许开启室内排污门进行排污。

排氢管的排氢能力应与汽轮机破坏真空停机的惰走时间相配合。

发电机氢系统及管道的周围，均必须严禁烟火，严禁放置易燃易爆物品，并应设“严禁烟火”的警示牌。

在发电机的周围，应配有必要的充足的合格消防设施。

发电机氢气系统附近要严禁明火作业或，一些可能导致火花产生的工作也要禁止，若一定要在氢气管道附近实施焊接或点火工作，应先用测氢仪测定含氢量，确认工作区域内含氢量小于3%并经总工程师批准后方可工作。

查找漏氢点时，可用测氢仪或肥皂水进行检查，禁止用火检查。

发电机充排氢操作时，应均匀缓慢地开启阀门，注意控制气流流动速度，防止因摩擦引起自燃。

发电机氢系统安全门应定期校验，保证动作良好。

发电机氢系统漏氢着火或爆炸时，应立即破坏真空紧急停机，采用二氧化碳灭火，积极采取措施设法隔离气源，火势无法控制时应立即进行排氢操作。

检修发电机氢气系统或开关阀门时，需使用铜制工具，并涂上黄油，以防火花产生。

密封油主差压阀，必须保证动作灵活、正确、可靠，自动维持油-氢差压在0.06～0.08 MPa。

真空油箱浮球阀动作正常，自动控制油位在正常范围内。

运行人员应严密监视真空油箱油位，防止由于油位过低导致密封油压下降而造成漏氢。

若真空油箱补油阀失灵或喷嘴被堵，首先启动事故密封油泵供油，停运真空泵组、密封油再循环泵、主密封油泵，关闭真空油箱补油门，破坏真空并排掉积油，然后由检修人员打开真空油箱的人孔盖进行检修。

事故密封油泵运行期间，应注意监视发电机内氢气纯度及含氧量。

两台交流密封油泵及事故密封油泵均故障，则应将发电机内氢压下降至0.05 MPa以下（此时发电机负荷按要求逐渐降低）切换为润滑油直接供油。

浮子油箱浮球阀动作正常，自动控制油位在正常范围内。

运行人员应严密监视浮子油箱油位，防止由于油位过低导致氢气漏入润滑油系统引起爆炸。

若浮子油箱浮球阀失灵时，则应立即将浮子油箱退出运行，改用旁路排油，此时应根据旁路上的液位指示调整旁路阀门的开度，将油位控制在液位指示器的中间位置，并且密切监视。

尽快查明原因并消除，使浮子油箱投入运行状态。

大修后发电机整体气密性试验不合格，严禁将发电机投入运行。

对发电机密封油空侧回油管道、主油箱内、封闭母线外套内的含氢量进行定期检测，大于1%时停机查漏消缺。

当内冷水箱内的含氢量达到3%时报警，在120 h内缺陷未能消除或含氢量升至20%时，应停机处理。

4 结语氢气爆炸是氢冷发电机组力求避免的问题，只要掌握氢气爆炸的机理、避开其爆炸极限、采取得当的防范措施，在出现问题的初期就认真一一排查，对症下药，精心调整、维护，问题就可以得到圆满的解决。

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