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氢冷技术培训教材第一节 氢气的着火、燃烧与爆炸氢气的着火、燃烧与爆炸是氢气的一个重要特性。通过以往事故事例分析可知，大多数事故发生是因为操作者对氢气的特性了解不够，思想上不重视，麻痹大意，操作不按规程所造成的。所以只有充分认识及掌握了这些特性，工作中正确操作，就可以避免事故，保证设备及人生安全。一、氢气的着火任何物质的燃烧都有一个着火点。氢气在空气中的着火点温度是585，但还需要给它一个能量才能着火，这个能量仅为20（微焦），所以非常容易着火。化学纤维摩擦所产生静电火花的能量，都比20微焦大好几倍。所以经常在意想不到的情况下就可能引起氢气的燃烧，而且压力和温度高时更容易着火。二、氢气的燃烧氢气的燃烧是着火反应的继续，是在不可能引起爆轰、爆炸现象的安全条件下进行的。纯氢燃烧呈蓝色火焰，只是点火初期的瞬间有轻微的爆鸣声。工业中应用的氢氧焰焊接金属就是典型的氢气燃烧。三、氢气的爆炸通常所说氢气的爆炸是爆燃、爆轰的合并现象。氢气的爆燃是氢气燃烧的瞬间，由于扩散而且在扩散范围内的连锁反应，燃烧供给的氢气不继续，爆燃时有爆鸣声，爆燃时火焰速度是音速范围。氢气的爆轰是爆燃的进一步扩大，首先是氢气的量要比爆燃充足，其次环境是应使冲击波有反射的条件，在恒定体积中产生爆轰压力可猛增20倍，如氢系统运行中某些玻璃监督仪器往往在爆鸣中炸得粉碎。氢气爆炸时能量要比爆轰更大，由上可知氢气与空气、氧气混合状态的存在是危险的，尤其是在一定的绝对密闭状态下更危险。图1-2是不同温度下氢在空气中的爆炸界限。图1-2 不同温度下氢在空气中的爆炸界限图1-3是在不同压力下氢气和空气混合后的爆炸界限。图1-3 不同压力下氢在空气中的爆炸界限注 1atm=101325Pa由图1-2和图1-3可知，氢气的浓度升高，环境压力升高，环境温度升高爆炸区域都会扩大，因此实际工作中规定了安全界限：氢气加氧气： 上限 96% H2 （4%O2）下限 5% H2 （95% O2）氢气加空气： 上限 73% H2 （27% O2空气）下限 5% H2 （95% O2空气）第二节 氢气湿度的标准1、发电机内氢气在运行氢压下的允许湿度的高限，应按发电机内的最低温度由表1查得；允许湿度的低限为露点温度td=-25。表13-2 发电机内最低温度值与允许氢气湿度高限值的关系发电机内最低温度510发电机在运行氢压下的氢气允许湿度高限（露点温度td）-50注：发电机内最低温度，可按如下规定确定：稳定运行中的发电机：以冷氢温度和内冷水入口水温中的较低值，作为发电机内的最低温度值。停运和开、停机过程中的发电机：以冷氢温度、内冷水入口水温、定子线棒温度和定子铁芯温度中的最低值，作为发电机内的最低温度值。2、供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气在常压下的允许湿度：新建、扩建电厂（站）：露点温度td -50。已建电厂（站）：露点温度td-25。第三节 氢气泄漏与检测一、检测的目的由于大型发电机组结构复杂，结合面多，而且氢气渗透性很强.所以漏氢现象时有发生。检修现场常有铁的撞击、焊接、电弧发生，如有氢气存在将很危险。能否在机房和发电机周围进行动火工作，就需要检测现场是否有氢气存在，以确保设备及人生安全。检测不等于检漏，但在泄漏量大时，亦可用检测的方法大致确定泄漏的范围。被检测的气体不能取样，因为被检测的区域是开放的，有空气流动，同时氢气有很强的扩散性，因此检测仪都配有即使抽取气样的探头以方便当场检测。漏氢影响到机组的安全运行，必须引起高度重视。防止电力生产重大事故的二十五项重点要求（国电发2000589号）氢冷电机密封性要求（JB/T6227）规定，应经常监视发电机的氢气密封系统，如在24小时内漏氢量超过正常运行值的1.5倍或绝对值超过18m3/d就应考虑停机进行处理。当内冷水系统中含氢量（体积含量）超过3%时，应加强对发电机的监视，若在120小时内缺陷未能消除或超过20%时，应立即停机处理。当内冷水系统漏氢量大于0.5m3/d时，可在计划停机时安排消缺，或漏氢量超过10m3/d时，应立即停机处理。当发电机轴封油系统或主油箱内氢气体积含量超过1%时应停机处理。发电机的出线套管及其连接件以及其他密封装置的设计应使得氢气不能在该区域内积聚。如采用分相隔离母线，应使氢气不能在封闭母线外套内积聚。为防止氢气漏入封闭母线，在发电机出线套箱与封闭母线连接处，应设隔氢装置，并在合适地点设置排气孔和加装漏氢监测装置，当封闭母线外套内的氢气含量超过1%时应停机找漏。汽轮发电机漏水、漏氢检验（DL/T6071996）发电机整套氢冷系统在转子静止或盘车时，每昼夜最大空气泄漏量应合格，对于进口的大型氢冷发电机应符合厂家要求。二、发电机漏氢的薄弱环节（一）机壳的结合面漏氢大型发电机组由于机体庞大，结合面多，加工不精，光洁度和平面度差，密封垫料质量不高，施工水平差等都是造成结合面漏氢的原因。（二）密封油系统密封轴瓦和瓦座的间隙不合格，运行中氢侧密封油压调整不当，氢气漏入密封油侧随油循环泄漏，因此运行中密封油系统的各差压调整阀如何保证其正常工作，是防止密封油系统漏氢的关键。（三）氢冷却器氢冷却器装在发电机壳内，它是多管式结构，泄漏的可能性很大，所以每次大修时必须做水压试验，运行中氢压略大于水压，通常要不定期检查冷却器的排水中是否有氢气。（四）出线套管出线套管的瓷件与铜法兰之间，用水泥粘结剂结合，极易松脱漏氢，因此出线套管穿过出线台板处的密封部位也是关键处。防止国产氢冷发电机封闭母线爆破事故技术措施1、发电机各相及中性点出线套管保护箱上部应有适当孔径、适当数量的排氢孔，以利于及时排掉自出线套管漏出的氢气，为防止汽、水、油、昆虫、杂物等进入孔内，应设计完善的排氢管结构及过滤网。并提供在运行中自管口伸入测氢仪表探头进行测氢的安全和方便条件。排氢孔的位置在无连续测氢装置的条件下，应设计在保护箱顶部空气易流通处。2、发电机出线套管保护箱和封闭母线之间设计安装隔断套管，不论从隔氢以限制爆炸范围，还是从保护箱开孔后保持封闭母线封闭性能来看，都是必要的。但要求隔断套管具备同其工作条件相适应的密封性能。因此，隔断套管在出厂前和安装后均应进行密封性能的试验。3、为防止在正常运行中和系统过电压的情况下，封闭母线产生电晕，为氢气爆炸提供条件，应增加起晕电压实验项目，并达到33.5倍额定相电压时不起晕。（电晕：带电体表面在气体或液体介质中局部放电的现象，常发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内。其特征为，出现与日晕相似的光层，发出嗤嗤的声音。产生臭氧和氧化氮等。电晕引起电能损耗，并对通信和广播产生干扰。）4、机组大修时，应对发电机出线套管的漏氢情况进行检查（建议采用将套管下端以塑料袋套入并将塑料袋口扎紧于套管外壁的方法）。发现缺陷，及时处理。5、加强运行中对发电机出线套管的漏氢情况的监视，原有的连续测氢装置应加强维护管理，充分发挥应有的作用，且每周应进行一次核对性检测，没有连续测氢装置的，应使用防爆等级符合规定的便携式仪器，每昼夜检测一次保护箱排氢口处的氢含量。（五）发动机氢系统：包括管路、阀门、法兰（六）发动机氢气干燥系统：包括管路、阀门、磁力泵、冷却水、干燥罐体、流量计、湿度在线监测仪。（七）热工部分：包括接线盘、压力表、变送器等。（八）内冷水部分：定子绕组接头内冷引水管接头裂纹或螺丝松动，造成漏氢。发电机在运行中要不定期对内冷水箱进行检测，是否有氢气排出。三、气密性试验与运行监督氢冷发电机的气密性试验有两种：一种是为了查找泄露点，称查漏试验，另一种是为了测量泄漏程度或漏氢水平，称测漏试验。查漏是在大修中进行，测漏主要在大修后运行中进行。查漏试验应按计划，按部件，按系统单独进行，每个部件或系统一边查漏一边处理至合格。表14-1 发电机大修查漏点及其标准部件或系统实验压力（MPa）合格标准定子转子氢气冷却器氢及二氧化碳管路氢控制盘阀门定子内冷水系统出线套管0.35 风压0.5 风压0.5 水压0.6 风压0.6 风压0.5 水压0.4 风压漏气率1%6小时压降20%初压半小时无泄露4小时内每小平均压降5mmHg4小时内每小平均压降5mmHg4小时压力不降无泄露查漏的方法可用卤素检漏仪或肥皂液涂刷，观察有无气泡来判定是否泄漏。用肥皂液查漏是一种简便有效的方法，但使用时应注意下列事项：（1） 定子两侧端面不推荐用肥皂液查漏，若采用此方法，检漏后必须用棉布制品擦干，以防生锈，棉布制品必须保证干净。（2） 发动机和氢系统中凡是有电气信号输入、输出以及有绝缘的部位，如接线端子、出线瓷瓶、测温元件及引出线等不能用肥皂液查漏。（3） 在用硬水作溶剂时，为确保检测效果，应用洗洁精代替肥皂。（4） 用BX渗透剂（拉开粉）溶液检漏，其精度高于肥皂液，应尽量采用此方法。（5） 肥皂液查漏必须在0.1MPa和额定氢压下各做一次。（6） 查处漏点后应及时记录，以便集中修补。发电机内氢气质量标准： 氢纯度>96含氧量 2湿度 53发电机连续满负荷运行，必须保持额定氢压，一般来说低于额定氢压值0.02MPa时应及时补氢，不准以降低氢压运行来作为减少漏氢的措施。四、漏氢率和漏氢量和漏氢量的标准（一）漏氢率的定义及计算漏氢率表示泄漏到发电机充氢容积外的氢气量与发电机原有总氢量之比。氢冷机组漏氢应符合部颁标准。在额定氢压下，漏氢率不大于5%（一流标准不大于3%）。 一昼夜氢压下降值 漏氢率 = 100% 运行氢压值折合成绝对压力值漏氢量=漏氢率机组充氢容积运行氢压值折合成绝对压力值运行氢压值折合成绝对压力值=发电机运行氢压值（KPa）+100（二）漏氢量的标准国标GB7064-86汽轮发电机通用技术条件规定：交接试验项目中需测定漏氢量,在额定氢压下每昼夜整个机组转动的漏氢量,不得超过发电机氢气量的3%。五、几种便携式检漏仪介绍（一）TIF8800A型检漏仪（一部分电厂所用美国制造的）此检漏仪的特点：1、可闻的“盖革计数器”信号指示。2、可视泄露浓度的大小指示。3、可调节精度。4、电池及电源两用式操作。5、迅速预热。6、低电池指示。（二）技术指标：电池连续操作时间：4小时电源：4.8V镍镉充电电池精度：变化，PPM（汽油）操作温度范围：052（32125）工作状态： 连续、无限制响应时间：瞬间预热时间：约30秒（三）操作程序1、顺时针将控制精度旋转，旋至满。2、在无污染的空气中打开仪器，即将滑动开关扳至“ON”位置，电源指示灯亮，无任何声音。3、完全预热时间，约30秒钟，之后听到“滴答”声。4、调整精度控制旋钮直到听到加速的“滴答”声。5、“滴答”声的频率与精度的高低相对应,旋转旋扭，高精度时“滴答”声急促，低精度时“滴答”声缓慢。6、捕捉泄漏区域时，当探头顶部进入泄漏区，“滴答”声的频率将加速，同时LED指示灯也随着浓度的增加而指示灯从左至右增多。7、如果检测极微弱的泄漏，则将控制旋钮调到高精度位置。8、多数情况不需要调精度控制旋钮，然而如果在已知可能泄漏的区域听不到报警声，则表明可能空气被浓度较大的气体所污染，那么可通过顺时针旋转精度控制旋钮到低精度来调此仪器，再进行测量。（二）NA12可燃气体检漏仪：此仪器采用催化燃烧原理传感器，智能化信号处理系统。具有测量范围广、使用寿命长、准确度高、操作简便等优点，特点是体积小巧，重量轻，携带方便。技术参数：测量范围 0100%LEL或02000ppm准确度 5%F.S.响应时间 15秒（T90）工作温度 -20+50相对湿度 15%95%RH（无冷凝）LCD显示 液晶数字显示实时浓度值，日期，时间电池 可充电锂电池，可连续工作10小时以上，使用寿命2年功能测试 开机后系统自动进行自检报警 报警值任意可调，声光报警背光 用户按下按钮时背光自动打开外形尺寸及重量 1275829mm 500g“LEL”是指爆炸下限，它是针对可燃气体的一个技术词语。可燃气体在空气中遇明火爆炸的最低浓度，称为爆炸下限。LOWER（降低、下面） EXPLOSION （爆炸） LIMITED（极限）。可燃气体在空气中遇明火爆炸的最高浓度，称为爆炸上限，简称“UEL”UPPER（上限） EXPLOSION LIMITED。爆炸下限是可燃气体报警器和可燃气体检测仪的一个重要指标。如果环境中的可燃气体处于爆炸上限和下限之间，并有以下三个条件成立，就会发生爆炸。1、可燃物（燃气）。2、助燃物（氧气）。3、点火源（温度、能量）。报警浓度一般设定在爆炸下限的“25%LEL”以下。该公司生产的各种可燃气体检测仪的测量范围为“0100%LEL”。固定式可燃气体检测仪通常设有两个报警点（具体值与报警主机的型号有关）。“10%LEL”为一级报警。“25%LEL”为二级报警。便携式可燃气体检测仪通常设有一个报警点，“25%LEL”为报警点。例如：甲烷的爆炸下限为“5%”体积比，把这个“5%”体积比，一百等分，让“5%”体积比对应“100%LEL”，也就是说，当检测仪数值达“100%LEL” 报警点时，当可燃气体检测仪数值到达“25%LEL” 报警点时，相当于此时甲烷的含量为“1.25%”体积比。氢气在空气中的爆炸限值为（4%74%）。第四节 氢冷发电机运行中的注意事项一、 氢冷发电机运行要求：1、 氢冷汽轮发电机机房应在门口明显处设立“氢冷机组，严禁烟火”警示牌。2、 氢冷发电机组的氢冷系统的氢气纯度及含氧量，必须在运行中按规定要求进行化验分析，氢气的纯度应不低于96%，含氧量不得超过2%，要经常分析机组主油箱及油气分离器的气体，防止含氢量过高，引起爆炸。3、 氢冷发电机的轴封必须严密，密封油油压必须按规定大于氢压。发电机开始转动时，无论有无充氢，都必须确保密封油系统的正常供油，不得中断，以防空气窜入发电机内，引起爆炸。4、 机组应按运行规程规定的压差运行，即油压必须高于氢压，防止氢气窜入油系统主油箱，引起主油箱爆炸起火。机组不得提高氢压运行，需提高氢压时，必须经总工程师批准，并落实防爆安全措施。5、 改变氢冷系统运行方式，如置换冷却介质或提高氢压等，应按有关规定执行。必须由有关领导或工程技术人员在场监护，防止误操作。在置换过程中应认真取样和准确化验，防止错误判断，引起爆炸。6、 氢冷发电机的排气管必须接至室外，出口应远离明火作业区，并设置固定遮拦。排气管的排气能力应与汽轮机破坏真空之后的盘车时间（陡走时间）相配合。在排氢时，应缓慢开启排污门，防止排氢过快而产生静电放电，引起爆炸着火。7、 氢冷发电机运行中如发现漏氢，应降低氢压运行，并采取措施消除泄漏。当氢冷发电机发生爆炸着火时，应迅速切断电源、氢源，使发电机解列停机，并启用二氧化碳系统进行灭火。外部着火可用二氧化碳灭火器、1211灭火器、干粉灭火器进行灭火。8、 当主油箱排油烟机停止运行时，必须将主油箱上部的透气孔盖全部打开，并严密加强监视。9、 检查氢冷系统有无泄漏时，应使用仪器或肥皂水，严禁使用明火查漏。氢冷管道阀门及设备发生冻结时，应用蒸汽或热水解冻，严禁用火烤，以防发生危险。二、 氢冷发电机的运行维护：1、 确保氢气干燥器正常工作。干燥器内装有吸潮剂（硅胶或分子筛），利用转子风扇前、后压差（风机强制循环）使部分氢气流动，通过干燥器，解决氢气受潮问题。运行日久，干燥剂可能被潮解，应定期检查，发现潮解及时更换。2、 应定期检查和测试一次油水继电器监视阀门、干燥器防水阀门，发现有油水，应及时放掉，并分析原因设法消除。3、 确保发电机在额定氢压下工作，超过规定的下降值时，应立即补氢。采用手动补氢时，要注意对比观察不同位置的氢气压力表，避免由于表管堵塞或误关压力表阀门指针不动而误补氢，造成机内氢压异常升高。采用自动补氢时，应注意观察阀门动作情况，发现有卡涩或开关不灵时，及时转为手动补氢。4、 排氢机保持连续运行，并定期取样化验回油管出口和主油箱内的氢气含量，其值（按容积计）不得大于2%，否则应进行分析，查明原因，立即消除。三、 氢冷发电机、励磁机着火及氢气爆炸的特征、原因及处理方法：氢冷发电机、励磁机着火及氢气爆炸的特征：1、 发电机周围发现明火。2、 发电机定子铁芯、绕组温度急剧上升。3、 发电机巨响，有油烟喷出。4、 发电机端盖和机壳接合处、窥视孔内、出风道等部位冒烟气，有火星或闻到焦臭味。5、 发电机进、出风温突增，氢压增大，氢气纯度降低。6、 发电机振东突变、声音异常、表记摆动以及保护动作跳闸等。氢冷发电机、励磁机着火及氢气爆炸的原因：1、 发电机氢冷系统漏氢气并遇有明火。2、 定子绕组击穿，单相接地，在故障点处拉起电弧，引起绝缘物燃烧起火。3、 运行中导电接头过热。4、 发电机长期过负载，造成定子和转子绕组长期过热、绝缘老化、垫块绑线炭化、接头熔化。5、 内部匝间短路，铁芯局部高温，杂散电流引起火花。6、 机械部分碰撞及摩擦产生火花。7、 发电机内进油，氢气纯度低于标准纯度（96%），机壳内形成爆炸性混合气体。8、 达到氢气自燃温度。发电机、励磁机内部着火及氢气爆炸时，应作如下处理：1、 发电机、励磁机内部着火及氢气爆炸时，按故障停机进行处理。司机应立即破坏真空，紧急停机，立即报告有关领导并拨打119报警（指明具体着火的设备，以便消防人员携带专用消防器具）。2、 迅速关闭发电机补氢阀门，停止向发电机补氢，并打开二氧化碳进气门向发电机内充入二氧化碳进行排气灭火，在充入二氧化碳时应打开发电机排氢门进行排氢。3、 在处理倒换氢气的过程中，要防止密封瓦的油漏入发电机内引起火灾或火灾事故的扩大。4、 为避免在扑救火灾时，导致转子大轴弯曲，禁止在火熄灭前将发电机完全停下，应保持其转速为额定转速的10%（200300rmin）左右，并维持此速运行。5、 在发电机发生火灾或爆炸时，应保证密封油设备的正常运行。6、 设法使用一切能灭火的装置及时扑灭大火，但不能使用泡沫灭火器或沙子灭火。7、 平时做好防火工作，掌握消防规程的有关规定，进行消防练习，一旦发生火灾，能独立或配合消防人员迅速扑灭大火。四、 水氢氢冷发电机停用期间注意事项：1、 发电机内充满氢气时，密封油系统仍应进行常规监视维护，密封油排烟风机和轴承回油的排烟风机应维持运行，抽去可能逸入排油系统的氢气。氢气报警系统应投入运行。停机期间发电机内的氢气纯度及湿度的分析、化验应按机组运行状态进行。2、 停机期间发电机内充满空气时，需留意结露。供氢母管应切断，防止氢气进入发电机。3、 停用发电机水、氢、油系统程序为：首先，应停用内冷水，再进行氢冷却水停运，然后进行排气置换。密封油系统的停运应在氢气置换后进行。4、 如发电机暴露在冻结温度以下，氢气冷却器中的水应彻底排干，防止冻裂。5、 发电机应利用停机机会，对发电机定子水回路进行反复冲洗，以确保水回路畅通。6、 对停用时间较长的发电机，定子线圈中的水应放净吹干。7、 当发电机长期处于备用状态时，应采取适当措施防止线圈受潮，并保持线圈温度在5以上。第五节 正确使用氢气 保证安全生产一、使用氢气保证安全的重要性“安全第一”“安全为了生产，生产必须安全”这两句话在工地，厂房随处都可以看到，在电力生产中安全的重要性远大于其他行业，因为这不仅是电力工业自身的需要，而且关系到各行各业千家万户。电力生产一旦发生事故，对国民经济、国防建设、人民生活都有着直接的影响。二、正确使用氢气 保证安全生产 制氢专业是电力生产中一个很小的单元，但它的安全尤为重要。氢气是发电机的冷却气体，有它可使发电机正常满出力运行。但同时它也给设备的安全运行增加了一份潜在的不安全因素。氢气一旦与少量的氧气或空气混合，一旦遇到明火会形成破坏性极大的爆炸性气体。只要我们充分认识到安全使用氢气的重要性，加强安全教育，从理论上了解发生事故的原因，一切按规程操作，克服疏忽大意，事故是可以避免的。三、氢气爆炸的防止我们必须做到以下各项，才能保证氢气系统的安全运行。（一）执行防止氢爆的步骤（1） 正确、深刻地认识氢气的性质（2） 分析某些事故发生的过程，根源，从而得出再发生的正确措施。（3） 加强安全教育，了解事故造成的严重损失和后果。（4） 克服恐惧心理，因怕事故、怕爆炸而不敢工作、不敢操作是错误的。（二）保证氢气的纯度1、严格按电解工艺的规定进行操作，保证电解所产生氢气的纯度在99.5%以上，一旦发生氢纯度下降，必须立即找出原因，排除故障。2、在检修充氢、排氢的操作中，严格做好氢气的置换工作，充入的氢要保证纯度，排氢时务必排尽，绝对不能怕麻烦，图省事而简化操作。（三）严格按规程操作规程是科学工作的依据，是经验总结的结晶，违反规程操作就是违反自然规律，严格的说就是犯罪。首先直接接受惩罚的是违反规程者自己。主要应学习的有四大规程：1、制氢运行规程2、氢气置换（充、排）规程3、安全作业规程制氢部分4、明火作业规程特别应当提出的是安全规程中的工作票制度和动火工作票制度必须严格执行。（四）准确即时化验监督氢气的纯度1、制氢系统中必须装有能了解各有关过程中氢气纯度的仪表并保证处于正常工作状态。2、必须备有随时可以在有关部位进行人工取气化验的设备。3、决不可以图省事凭经验简化或省略任何一次应当进行的化验监督。（五）防止氢气爆炸、着火的措施1、氢气取样的位置和化验必须正确，气体置换必须在机组静止状态下进行。在置换过程中，不允许做电气试验和卸螺丝拆端盖等检修工作。在氢气置换完毕转为空气时，必须经化验合格后方可进行检修与试验工作。2、氢管道上的过滤网、电磁阀门、氢压表和表管等部件，要定期检查、不漏气、保证畅通。3、氢设备附件的电气接点压力表应采用防爆表计。若非防爆表，应装在空气流通的地方。4、排污管处应经常检查，顶部应有防雨罩，附近不应有明火或焊渣掉下。5、在氢冷发电机或氢系统附近进行明火作业时，需对附近地区的气体进行取样化验分析，空气中所含氢气在3%以下并用隔板或石棉布将氢系统与工作地点隔开后，方可动工。