一起发电机氢冷器泄漏异常诊断及处理

2023年4月初，某发电公司#1发电机组氢压下降明显变快，为维持发电机氢压在正常范围内每日需补氢两次，日补氢量已达到40Nm³/d，远高于发电机说明书规定的允许氢气泄漏量11.3Nm³/d。在机组正常运行期间，发电机漏氢量大一方面会导致发电机壳内氢压的降低，造成发电机冷却效果下降，导致发电机内部部件温度升高，影响发电机的使用寿命，严重时还会限制发电机的出力状况；另一方面，漏氢严重还存在氢气爆炸风险，甚至可能造成发电机破坏性损坏和人员伤亡事故，如不能及时消除，将对机组运行构成重大安全隐患。1、设备介绍该发电公司建设有2台650MW超临界发电机组，分别于2007年3月和7月投产。配套发电机为上海汽轮发电机有限公司提供的西门子公司制造的三相同步汽轮发电机，型号为THDF118/56。发电机额定容量667MVA，额定功率因数0.9，最大连续输出容量733MVA，最大连续输出功率660MW。发电机采用水-氢-氢冷却方式：定子线圈水内冷，转子线圈直接氢冷，转子本体及定子铁芯氢冷，定子出线氢冷。为防止运行中氢气沿转子轴向外漏，引起火灾或爆炸，机组配置了密封油系统，向转轴与端盖交接处的密封瓦循环供应高于氢压的密封油。本机组的密封油采用双流环式密封油系统，分别进入汽轮机侧和励磁机侧的密封瓦，经中间油孔沿轴向间隙流向空气侧和氢气侧，形成了油膜，起到了密封润滑作用，然后分两路（氢侧、空气侧）回油。发电机设计机内压力为0.414MPa，一般控制在0.38～0.4MPa。在机组正常运行中，氢气会通过密封油系统及其他不严密部分泄漏出去，为维持气体压力在规定值，就要不断进行补充操作，补充氢气来自制氢站。本机组补氢为手动操作，由汽机零米处的双回路系统进行补充。2、原因排查发电机补氢量异常增大时，一方面要利用氢气检漏仪对发电机氢气系统所有密封面进行全面检漏，找到氢气系统的外漏点，及时联系检修人员封堵漏点；另一方面要对发电机整个冷却系统运行参数进行检查分析，找出参数异常情况，分析发电机内部漏氢点，根据具体情况采取隔离处理或停机处理方式消除漏点[1-8]。2.1

氢气系统外漏排查发电机氢气系统较为简单，主要由供补氢管路、排氢管路、氢气干燥器设备及管路、氢气系统取样信号管路、绝缘过热在线监测装置管路、发电机检漏仪、氢气纯度仪、H2控制装置、氢气循环风机等设备构成。采用涂肥皂液、高灵敏度可燃气体检测仪等手段对上述设备的所有管路、阀门、法兰进行检测，发现#1机补氢调门接头轻微漏氢、B氢气干燥器排污门阀门轻微内漏，均联系检修及时消除了漏点，但发电机补氢量没有明显下降，氢气系统管路漏氢原因排除。发电机本体部位的密封面较少，主要有励端大端盖、汽端大端盖、上下端盖水平结合面、端盖螺栓孔、进出风温度计的结合面、发电机温度测点引出线、密封瓦、发电机补排氢管焊口、发电机人孔、氢冷器大端盖等。对上述设备进行全面检测，也没有发现漏点，发电机本体漏氢原因排除。2.2

氢气系统内漏排查发电机冷却系统主要包括密封油、定子冷却水、氢气冷却水系统，这些系统设备较多，都与氢气有直接或间接的接触，都存在发生氢气泄漏的可能。发电机出口封闭母线与发电机相连，虽采取了隔离措施，但也有隔离不严漏氢到封母腔体的可能。这些系统的漏氢不能直接检测到，可归结为内漏的范畴，可通过运行参数分析和间接检测来排查。如果是氢气漏入发电机出口封闭母线，发电机三相封闭母线内均装有漏氢在线监测点，可以对其进行检查，结果显示漏氢量均为0.1%，趋势为一条直线不变。由于封母空间有限，如果氢气泄漏进入，充满以后发电机氢压就不会继续下降，而发电机氢压是持续下降的，故发电机封母漏氢的可能排除。发电机定子冷却水压力维持在0.25MPa左右，发电机内氢压正常维持在0.4MPa，氢水存在较大的差压，发电机定子线圈管路有漏点时，氢气会漏入定冷水系统。检查定子冷却水漏氢在线监测点，显示定冷水箱上部含氢量稳定在0.1%，没有达到1%报警值。为防止在线仪表显示不准，现场对定冷水箱顶部排氢管进行含氢量测量，测得的含氢量为0%，低于二十五项反措技术要求及制造厂标准，故氢气内漏至定冷水系统的可能被排除。发电机内部的氢气主要是靠端部略高于氢压的密封油路封堵，当密封油系统运行异常，密封油压力偏低时，氢气漏入密封油系统，随密封油空侧排烟风机排出或溶入密封油中，随着密封油循环流动。检查密封油系统参数，密封油主差压阀调节密封油压力稳定，油氢压差为100～110kPa，平衡阀调节空氢侧差压在±0.5kPa以内，符合厂家设计要求。检查在线氢气泄漏装置，未发现密封油系统漏氢报警，含量为0.1%。通过以上检查，判断密封油系统运行正常，不存在漏氢可能。发电机氢气冷却器由闭式冷却水冷却，闭式冷却水母管压力维持在0.4MPa左右，与发电机内氢压基本持平，由于闭式水到氢冷器管路存在沿程阻力损失，氢冷器安装在13.7m层，闭式水泵安装在0m层，氢冷器处冷却水实际压力只有0.25MPa左右，如果氢气冷却器冷却管束有泄漏，因氢压高于水压，会造成氢气进入闭式冷却水系统。DCS检查发电机氢气泄漏检测装置，显示闭式水监测点含氢量在1%以内，没有报警。为防止仪表检测误差，4月18日晚班，现场对#1机闭式水箱顶部排气口处测氢气含量，结果含氢量达到1%以上，测氢仪发出报警；打开闭式水系统排空气门，用测氢仪在出水口上方测量，测氢仪也发出报警。检测结果表明，闭式水系统漏入了大量氢气并溶解在水中，初步判断氢冷器存在泄漏。3、氢冷器漏点排查发电机组设计有两组四台氢冷器，每台氢冷器单独通闭式冷却水冷却，机组运行中四台氢冷器均维持运行，确定氢冷器存在泄漏以后，还要排查是哪台氢冷器泄漏，以便进一步查明具体漏点。3.1

氢冷器水侧排空门测量排查为了查明是哪台氢冷器泄漏，机组运行中先采用逐台开启氢冷器水侧排空门测量含氢量大小的方式来判断，结果发现每台氢冷器水侧排空门出口测量的含氢量均达到仪表的上限。由于氢气溶于闭式水，整个闭式水系统的水中溶氢量均达到了饱和，四台氢冷器冷却水侧的含氢量基本上相同，无法确定哪台氢冷器泄漏。3.2

氢冷器水侧隔离排查查阅发电机厂家说明书发现，在发电机满足额定氢压0.40MPa的条件下，氢气冷却器有1/4组退出时，允许带80%额定负荷。此时运行人员应连续监视冷氢温度使之不超过48℃，加强对机组振动的监视，必要时降负荷运行，调整机组负荷使氢温恢复到报警值以下；加强对氢压及定子铁芯温度的监视，若氢温升高，应视铁芯温度情况，联系值长，机组相应减负荷。发电机说明书允许退出单台氢冷器运行。专业决定采取逐台退出氢冷器水侧观察氢压下降趋势的方法来判断哪台氢冷器泄漏，如果氢冷器水侧进、出水隔离门能关闭严密，隔离泄漏的氢冷器水侧后，氢冷器氢侧的压力高于水侧，氢气继续泄漏至水侧，到水侧压力等于氢侧压力后氢气将不再泄漏，发电机氢压将稳定下来，逐台隔离四台氢冷器观察发电机氢压变化趋势即可判断哪台氢冷器泄漏。在电网负荷低谷阶段，专业对#1发电机氢冷器逐台隔离观察，发现A氢冷器水侧隔离一段时间后发电机氢压下降趋势明显变慢，B、C、D氢冷器隔离后发电机内氢压持续下降，由此可以判断A氢冷器存在泄漏。3.3

氢冷器退出一台试验为掌握发电机退出一台氢冷器后的带负荷能力，专业开展了一次三台氢冷器运行带负荷能力试验，在隔离#1发电机A氢冷器水侧的情况下，机组带80%额定负荷运行1h，观察发电机定、转子各项参数均无明显上升，发电机两侧冷氢温度在48℃以内。分阶段逐步提高机组负荷做试验，最高升至额定负荷650MW运行，检查闭式水温36℃，发电机汽侧定子铁芯温度最高72.7℃，冷氢温度45.7℃，热氢温度64.2℃，发电机各部位温度均在正常范围。试验表明，隔离A氢冷器后机组能够正常带负荷运行，可以待调停机会再消除氢冷器漏点。4、氢冷器漏点治理2023年6月初，#1机组调停，电气专业制定详细的A氢冷器检修方案，提前准备好备件和工器具，积极协调厂家人员到场指导工作并携带专用工器具，检修作业按“两班倒”排班，24h不间断作业，电气专业安排专人全程跟踪监督，经过为期7天的日夜奋战，安全高效地完成了#1发电机A氢冷器检修工作。4.1

氢冷器拆除#1机停机6h后发电机内温度降至略高于环境温度，开始发电机气体置换工作，发电机气体置换完成后将发电机机内气体缓慢排出直至压力为零，泄压过程中监视密封油系统和盘车运行正常，发电机各浮子检漏计及密封油消泡箱无液位高报警。发电机机内降压至零，观察密封油系统运行稳定1h后许可氢冷器检修工作票。退出发电机断水保护压板，停运发电机定冷水系统。在第一次切割A氢冷器水管时，保证漏到里面的氢气排尽，防止出现动火作业风险。先从发电机取样管取二氧化碳气体，向冷却器放水管中充入二氧化碳，吹扫1h后再与CO2一起排气，作业前在排水管、排空管处检测氢气含量合格。4.2

氢冷器漏点查找A氢冷器拆下来先进行水侧充水打压整体查漏，打压到200kPa时发现A氢冷器氢水箱边缘有水漏出（图1），确定A氢冷器管束内确实存在泄漏点，运行中的判断是准确的。然后采用厂家专用工具器对A氢冷器每根管子（每个支路135根管子，管子外径φ20、内径φ18）逐步查漏，最后发现具体漏点在氢冷器进水箱A支路第2根管口（图2），其他水管没有泄漏。4.3

氢冷器漏点封堵具体泄漏的管子找到后，根据厂家意见，采用传统胀接堵管的方式进行处理，在泄漏管段两端用紫铜堵头胀接封堵住（图3）。4.4

氢冷器打压试验为检验A氢冷器泄漏管子封堵效果，检修结束后进行了A氢冷器水侧的水压试验（图4）。水压试验按工作压力的2倍进行，本次试验压力为0.5MPa，在试验压力下全面检查A氢冷器没有发现泄漏点，水压试验合格。5检修效果及防范措施#1发电机A氢冷器泄漏处理好后，对发电机重新进行整体气密性试验，试验结果合格，机组启动后恢复A氢冷器运行，发电机漏氢量降至7Nm³/d以内，治理效果良好，#1发电机漏氢量大的重大安全隐患得到了根本解决。针对此次氢冷器泄漏后闭式水侧氢气检测仪测量不准问题，现场检查发电机氢冷器闭式水侧漏氢检测仪安装在氢冷器闭式水回水母管上，由于闭式水回水管一直充满水，检漏仪取样管里面也充满了水，氢气无法逸出到检漏仪测量触头，无法检测到氢冷