一起發(fā)電機(jī)氫冷器泄漏異常診斷及處理

摘 要：某發(fā)電公司650 MW機(jī)組運(yùn)行中發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫量明顯增大，對(duì)機(jī)組運(yùn)行構(gòu)成安全威脅。通過(guò)對(duì)氫氣系統(tǒng)外漏和內(nèi)漏的逐一排查，確定A氫冷器存在泄漏，運(yùn)行中隔離A氫冷器水側(cè)后發(fā)電機(jī)氫壓恢復(fù)穩(wěn)定。利用調(diào)停機(jī)會(huì)，解體A氫冷器，發(fā)現(xiàn)一根鋼管泄漏，采用堵塞泄漏鋼管的方式消除漏點(diǎn)，恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；氫冷器；泄漏；診斷；處理

中圖分類號(hào)：TM621" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2025）04-0077-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.04.019

0" " 引言

2023年4月初，某發(fā)電公司#1發(fā)電機(jī)組氫壓下降明顯變快，為維持發(fā)電機(jī)氫壓在正常范圍內(nèi)每日需補(bǔ)氫兩次，日補(bǔ)氫量已達(dá)到40 Nm3/d，遠(yuǎn)高于發(fā)電機(jī)說(shuō)明書規(guī)定的允許氫氣泄漏量11.3 Nm3/d。

在機(jī)組正常運(yùn)行期間，發(fā)電機(jī)漏氫量大一方面會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)殼內(nèi)氫壓的降低，造成發(fā)電機(jī)冷卻效果下降，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)部部件溫度升高，影響發(fā)電機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)限制發(fā)電機(jī)的出力狀況；另一方面，漏氫嚴(yán)重還存在氫氣爆炸風(fēng)險(xiǎn)，甚至可能造成發(fā)電機(jī)破壞性損壞和人員傷亡事故，如不能及時(shí)消除，將對(duì)機(jī)組運(yùn)行構(gòu)成重大安全隱患。

1" " 設(shè)備介紹

該發(fā)電公司建設(shè)有2臺(tái)650 MW超臨界發(fā)電機(jī)組，分別于2007年3月和7月投產(chǎn)。配套發(fā)電機(jī)為上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司提供的西門子公司制造的三相同步汽輪發(fā)電機(jī)，型號(hào)為THDF118/56。發(fā)電機(jī)額定容量667 MVA，額定功率因數(shù)0.9，最大連續(xù)輸出容量733 MVA，最大連續(xù)輸出功率660 MW。發(fā)電機(jī)采用水-氫-氫冷卻方式：定子線圈水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子線圈直接氫冷，轉(zhuǎn)子本體及定子鐵芯氫冷，定子出線氫冷。

為防止運(yùn)行中氫氣沿轉(zhuǎn)子軸向外漏，引起火災(zāi)或爆炸，機(jī)組配置了密封油系統(tǒng)，向轉(zhuǎn)軸與端蓋交接處的密封瓦循環(huán)供應(yīng)高于氫壓的密封油。本機(jī)組的密封油采用雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)，分別進(jìn)入汽輪機(jī)側(cè)和勵(lì)磁機(jī)側(cè)的密封瓦，經(jīng)中間油孔沿軸向間隙流向空氣側(cè)和氫氣側(cè)，形成了油膜，起到了密封潤(rùn)滑作用，然后分兩路（氫側(cè)、空氣側(cè)）回油。

發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)機(jī)內(nèi)壓力為0.414 MPa，一般控制在0.38～0.4 MPa。在機(jī)組正常運(yùn)行中，氫氣會(huì)通過(guò)密封油系統(tǒng)及其他不嚴(yán)密部分泄漏出去，為維持氣體壓力在規(guī)定值，就要不斷進(jìn)行補(bǔ)充操作，補(bǔ)充氫氣來(lái)自制氫站。本機(jī)組補(bǔ)氫為手動(dòng)操作，由汽機(jī)零米處的雙回路系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充。

2" " 原因排查

發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫量異常增大時(shí)，一方面要利用氫氣檢漏儀對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)所有密封面進(jìn)行全面檢漏，找到氫氣系統(tǒng)的外漏點(diǎn)，及時(shí)聯(lián)系檢修人員封堵漏點(diǎn)；另一方面要對(duì)發(fā)電機(jī)整個(gè)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢查分析，找出參數(shù)異常情況，分析發(fā)電機(jī)內(nèi)部漏氫點(diǎn)，根據(jù)具體情況采取隔離處理或停機(jī)處理方式消除漏點(diǎn)[1-8]。

2.1" " 氫氣系統(tǒng)外漏排查

發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，主要由供補(bǔ)氫管路、排氫管路、氫氣干燥器設(shè)備及管路、氫氣系統(tǒng)取樣信號(hào)管路、絕緣過(guò)熱在線監(jiān)測(cè)裝置管路、發(fā)電機(jī)檢漏儀、氫氣純度儀、H2控制裝置、氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)等設(shè)備構(gòu)成。采用涂肥皂液、高靈敏度可燃?xì)怏w檢測(cè)儀等手段對(duì)上述設(shè)備的所有管路、閥門、法蘭進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)#1機(jī)補(bǔ)氫調(diào)門接頭輕微漏氫、B氫氣干燥器排污門閥門輕微內(nèi)漏，均聯(lián)系檢修及時(shí)消除了漏點(diǎn)，但發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫量沒有明顯下降，氫氣系統(tǒng)管路漏氫原因排除。

發(fā)電機(jī)本體部位的密封面較少，主要有勵(lì)端大端蓋、汽端大端蓋、上下端蓋水平結(jié)合面、端蓋螺栓孔、進(jìn)出風(fēng)溫度計(jì)的結(jié)合面、發(fā)電機(jī)溫度測(cè)點(diǎn)引出線、密封瓦、發(fā)電機(jī)補(bǔ)排氫管焊口、發(fā)電機(jī)人孔、氫冷器大端蓋等。對(duì)上述設(shè)備進(jìn)行全面檢測(cè)，也沒有發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，發(fā)電機(jī)本體漏氫原因排除。

2.2" " 氫氣系統(tǒng)內(nèi)漏排查

發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)主要包括密封油、定子冷卻水、氫氣冷卻水系統(tǒng)，這些系統(tǒng)設(shè)備較多，都與氫氣有直接或間接的接觸，都存在發(fā)生氫氣泄漏的可能。發(fā)電機(jī)出口封閉母線與發(fā)電機(jī)相連，雖采取了隔離措施，但也有隔離不嚴(yán)漏氫到封母腔體的可能。這些系統(tǒng)的漏氫不能直接檢測(cè)到，可歸結(jié)為內(nèi)漏的范疇，可通過(guò)運(yùn)行參數(shù)分析和間接檢測(cè)來(lái)排查。

如果是氫氣漏入發(fā)電機(jī)出口封閉母線，發(fā)電機(jī)三相封閉母線內(nèi)均裝有漏氫在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可以對(duì)其進(jìn)行檢查，結(jié)果顯示漏氫量均為0.1%，趨勢(shì)為一條直線不變。由于封母空間有限，如果氫氣泄漏進(jìn)入，充滿以后發(fā)電機(jī)氫壓就不會(huì)繼續(xù)下降，而發(fā)電機(jī)氫壓是持續(xù)下降的，故發(fā)電機(jī)封母漏氫的可能排除。

發(fā)電機(jī)定子冷卻水壓力維持在0.25 MPa左右，發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓正常維持在0.4 MPa，氫水存在較大的差壓，發(fā)電機(jī)定子線圈管路有漏點(diǎn)時(shí)，氫氣會(huì)漏入定冷水系統(tǒng)。檢查定子冷卻水漏氫在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)，顯示定冷水箱上部含氫量穩(wěn)定在0.1%，沒有達(dá)到1%報(bào)警值。為防止在線儀表顯示不準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)定冷水箱頂部排氫管進(jìn)行含氫量測(cè)量，測(cè)得的含氫量為0%，低于二十五項(xiàng)反措技術(shù)要求及制造廠標(biāo)準(zhǔn)，故氫氣內(nèi)漏至定冷水系統(tǒng)的可能被排除。

發(fā)電機(jī)內(nèi)部的氫氣主要是靠端部略高于氫壓的密封油路封堵，當(dāng)密封油系統(tǒng)運(yùn)行異常，密封油壓力偏低時(shí)，氫氣漏入密封油系統(tǒng)，隨密封油空側(cè)排煙風(fēng)機(jī)排出或溶入密封油中，隨著密封油循環(huán)流動(dòng)。檢查密封油系統(tǒng)參數(shù)，密封油主差壓閥調(diào)節(jié)密封油壓力穩(wěn)定，油氫壓差為100～110 kPa，平衡閥調(diào)節(jié)空氫側(cè)差壓在±0.5 kPa以內(nèi)，符合廠家設(shè)計(jì)要求。檢查在線氫氣泄漏裝置，未發(fā)現(xiàn)密封油系統(tǒng)漏氫報(bào)警，含量為0.1%。通過(guò)以上檢查，判斷密封油系統(tǒng)運(yùn)行正常，不存在漏氫可能。

發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器由閉式冷卻水冷卻，閉式冷卻水母管壓力維持在0.4 MPa左右，與發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓基本持平，由于閉式水到氫冷器管路存在沿程阻力損失，氫冷器安裝在13.7 m層，閉式水泵安裝在0 m層，氫冷器處冷卻水實(shí)際壓力只有0.25 MPa左右，如果氫氣冷卻器冷卻管束有泄漏，因氫壓高于水壓，會(huì)造成氫氣進(jìn)入閉式冷卻水系統(tǒng)。DCS檢查發(fā)電機(jī)氫氣泄漏檢測(cè)裝置，顯示閉式水監(jiān)測(cè)點(diǎn)含氫量在1%以內(nèi)，沒有報(bào)警。為防止儀表檢測(cè)誤差，4月18日晚班，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)#1機(jī)閉式水箱頂部排氣口處測(cè)氫氣含量，結(jié)果含氫量達(dá)到1%以上，測(cè)氫儀發(fā)出報(bào)警；打開閉式水系統(tǒng)排空氣門，用測(cè)氫儀在出水口上方測(cè)量，測(cè)氫儀也發(fā)出報(bào)警。檢測(cè)結(jié)果表明，閉式水系統(tǒng)漏入了大量氫氣并溶解在水中，初步判斷氫冷器存在泄漏。

3" " 氫冷器漏點(diǎn)排查

發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)有兩組四臺(tái)氫冷器，每臺(tái)氫冷器單獨(dú)通閉式冷卻水冷卻，機(jī)組運(yùn)行中四臺(tái)氫冷器均維持運(yùn)行，確定氫冷器存在泄漏以后，還要排查是哪臺(tái)氫冷器泄漏，以便進(jìn)一步查明具體漏點(diǎn)。

3.1" " 氫冷器水側(cè)排空門測(cè)量排查

為了查明是哪臺(tái)氫冷器泄漏，機(jī)組運(yùn)行中先采用逐臺(tái)開啟氫冷器水側(cè)排空門測(cè)量含氫量大小的方式來(lái)判斷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每臺(tái)氫冷器水側(cè)排空門出口測(cè)量的含氫量均達(dá)到儀表的上限。由于氫氣溶于閉式水，整個(gè)閉式水系統(tǒng)的水中溶氫量均達(dá)到了飽和，四臺(tái)氫冷器冷卻水側(cè)的含氫量基本上相同，無(wú)法確定哪臺(tái)氫冷器泄漏。

3.2" " 氫冷器水側(cè)隔離排查

查閱發(fā)電機(jī)廠家說(shuō)明書發(fā)現(xiàn)，在發(fā)電機(jī)滿足額定氫壓0.40 MPa的條件下，氫氣冷卻器有1/4組退出時(shí)，允許帶80%額定負(fù)荷。此時(shí)運(yùn)行人員應(yīng)連續(xù)監(jiān)視冷氫溫度使之不超過(guò)48 ℃，加強(qiáng)對(duì)機(jī)組振動(dòng)的監(jiān)視，必要時(shí)降負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)整機(jī)組負(fù)荷使氫溫恢復(fù)到報(bào)警值以下；加強(qiáng)對(duì)氫壓及定子鐵芯溫度的監(jiān)視，若氫溫升高，應(yīng)視鐵芯溫度情況，聯(lián)系值長(zhǎng)，機(jī)組相應(yīng)減負(fù)荷。發(fā)電機(jī)說(shuō)明書允許退出單臺(tái)氫冷器運(yùn)行。

專業(yè)決定采取逐臺(tái)退出氫冷器水側(cè)觀察氫壓下降趨勢(shì)的方法來(lái)判斷哪臺(tái)氫冷器泄漏，如果氫冷器水側(cè)進(jìn)、出水隔離門能關(guān)閉嚴(yán)密，隔離泄漏的氫冷器水側(cè)后，氫冷器氫側(cè)的壓力高于水側(cè)，氫氣繼續(xù)泄漏至水側(cè)，到水側(cè)壓力等于氫側(cè)壓力后氫氣將不再泄漏，發(fā)電機(jī)氫壓將穩(wěn)定下來(lái)，逐臺(tái)隔離四臺(tái)氫冷器觀察發(fā)電機(jī)氫壓變化趨勢(shì)即可判斷哪臺(tái)氫冷器泄漏。

在電網(wǎng)負(fù)荷低谷階段，專業(yè)對(duì)#1發(fā)電機(jī)氫冷器逐臺(tái)隔離觀察，發(fā)現(xiàn)A氫冷器水側(cè)隔離一段時(shí)間后發(fā)電機(jī)氫壓下降趨勢(shì)明顯變慢，B、C、D氫冷器隔離后發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓持續(xù)下降，由此可以判斷A氫冷器存在泄漏。

3.3" " 氫冷器退出一臺(tái)試驗(yàn)

為掌握發(fā)電機(jī)退出一臺(tái)氫冷器后的帶負(fù)荷能力，專業(yè)開展了一次三臺(tái)氫冷器運(yùn)行帶負(fù)荷能力試驗(yàn)，在隔離#1發(fā)電機(jī)A氫冷器水側(cè)的情況下，機(jī)組帶80%額定負(fù)荷運(yùn)行1 h，觀察發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子各項(xiàng)參數(shù)均無(wú)明顯上升，發(fā)電機(jī)兩側(cè)冷氫溫度在48 ℃以內(nèi)。分階段逐步提高機(jī)組負(fù)荷做試驗(yàn)，最高升至額定負(fù)荷650 MW運(yùn)行，檢查閉式水溫36 ℃，發(fā)電機(jī)汽側(cè)定子鐵芯溫度最高72.7 ℃，冷氫溫度45.7 ℃，熱氫溫度64.2 ℃，發(fā)電機(jī)各部位溫度均在正常范圍。試驗(yàn)表明，隔離A氫冷器后機(jī)組能夠正常帶負(fù)荷運(yùn)行，可以待調(diào)停機(jī)會(huì)再消除氫冷器漏點(diǎn)。

4" " 氫冷器漏點(diǎn)治理

2023年6月初，#1機(jī)組調(diào)停，電氣專業(yè)制定詳細(xì)的A氫冷器檢修方案，提前準(zhǔn)備好備件和工器具，積極協(xié)調(diào)廠家人員到場(chǎng)指導(dǎo)工作并攜帶專用工器具，檢修作業(yè)按“兩班倒”排班，24 h不間斷作業(yè)，電氣專業(yè)安排專人全程跟蹤監(jiān)督，經(jīng)過(guò)為期7天的日夜奮戰(zhàn)，安全高效地完成了#1發(fā)電機(jī)A氫冷器檢修工作。

4.1" " 氫冷器拆除

#1機(jī)停機(jī)6 h后發(fā)電機(jī)內(nèi)溫度降至略高于環(huán)境溫度，開始發(fā)電機(jī)氣體置換工作，發(fā)電機(jī)氣體置換完成后將發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)氣體緩慢排出直至壓力為零，泄壓過(guò)程中監(jiān)視密封油系統(tǒng)和盤車運(yùn)行正常，發(fā)電機(jī)各浮子檢漏計(jì)及密封油消泡箱無(wú)液位高報(bào)警。發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)降壓至零，觀察密封油系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定1 h后許可氫冷器檢修工作票。退出發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)壓板，停運(yùn)發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)。在第一次切割A(yù)氫冷器水管時(shí)，保證漏到里面的氫氣排盡，防止出現(xiàn)動(dòng)火作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。先從發(fā)電機(jī)取樣管取二氧化碳?xì)怏w，向冷卻器放水管中充入二氧化碳，吹掃1 h后再與CO2一起排氣，作業(yè)前在排水管、排空管處檢測(cè)氫氣含量合格。

4.2" " 氫冷器漏點(diǎn)查找

A氫冷器拆下來(lái)先進(jìn)行水側(cè)充水打壓整體查漏，打壓到200 kPa時(shí)發(fā)現(xiàn)A氫冷器氫水箱邊緣有水漏出（圖1），確定A氫冷器管束內(nèi)確實(shí)存在泄漏點(diǎn)，運(yùn)行中的判斷是準(zhǔn)確的。

然后采用廠家專用工具器對(duì)A氫冷器每根管子（每個(gè)支路135根管子，管子外徑？準(zhǔn)20、內(nèi)徑？準(zhǔn)18）逐步查漏，最后發(fā)現(xiàn)具體漏點(diǎn)在氫冷器進(jìn)水箱A支路第2根管口（圖2），其他水管沒有泄漏。

4.3" " 氫冷器漏點(diǎn)封堵

具體泄漏的管子找到后，根據(jù)廠家意見，采用傳統(tǒng)脹接堵管的方式進(jìn)行處理，在泄漏管段兩端用紫銅堵頭脹接封堵?。▓D3）。

4.4" " 氫冷器打壓試驗(yàn)

為檢驗(yàn)A氫冷器泄漏管子封堵效果，檢修結(jié)束后進(jìn)行了A氫冷器水側(cè)的水壓試驗(yàn)（圖4）。水壓試驗(yàn)按工作壓力的2倍進(jìn)行，本次試驗(yàn)壓力為0.5 MPa，在試驗(yàn)壓力下全面檢查A氫冷器沒有發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)，水壓試驗(yàn)合格。

5" " 檢修效果及防范措施

#1發(fā)電機(jī)A氫冷器泄漏處理好后，對(duì)發(fā)電機(jī)重新進(jìn)行整體氣密性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格，機(jī)組啟動(dòng)后恢復(fù)A氫冷器運(yùn)行，發(fā)電機(jī)漏氫量降至7 Nm3/d以內(nèi)，治理效果良好，#1發(fā)電機(jī)漏氫量大的重大安全隱患得到了根本解決。

針對(duì)此次氫冷器泄漏后閉式水側(cè)氫氣檢測(cè)儀測(cè)量不準(zhǔn)問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)電機(jī)氫冷器閉式水側(cè)漏氫檢測(cè)儀安裝在氫冷器閉式水回水母管上，由于閉式水回水管一直充滿水，檢漏儀取樣管里面也充滿了水，氫氣無(wú)法逸出到檢漏儀測(cè)量觸頭，無(wú)法檢測(cè)到氫冷器的泄漏，該處的氫氣泄漏檢測(cè)不能準(zhǔn)確反映實(shí)際泄漏量。建議熱工專業(yè)將發(fā)電機(jī)氫冷器閉式水出水管氫氣檢漏儀移裝到閉式水箱排氣口處，確保氫冷器閉式水側(cè)漏氫量測(cè)量準(zhǔn)確。

6" " 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)電機(jī)漏氫超標(biāo)對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行危害極大[9-11]，發(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)較為復(fù)雜，牽涉到汽機(jī)、電氣、熱工等多個(gè)專業(yè)，一旦發(fā)生漏氫量超標(biāo)，技術(shù)管理部門要組織各相關(guān)專業(yè)進(jìn)行專題分析，對(duì)發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫量大的原因進(jìn)行逐項(xiàng)分析、逐項(xiàng)排查，發(fā)揮集體智慧，及時(shí)排查出發(fā)電機(jī)的漏氫點(diǎn)，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

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收稿日期：2024-10-18

作者簡(jiǎn)介：張俊?。?978—），男，江西萬(wàn)安人，工程師，研究方向：火電廠優(yōu)化運(yùn)行。