劉 龍

（中核核電運行管理有限公司）

秦山核電廠發(fā)生過多次發(fā)電機氫氣泄漏事件，由于干預及時，避免了氫爆、燃燒的嚴重工業(yè)安全事故。氫氣泄漏可能會給電廠帶來災難性的后果，威脅人員和設備的安全。本文闡述了發(fā)電機氫氣泄漏的危害，結(jié)合國內(nèi)外發(fā)電機氫氣泄漏事件，重點分析了發(fā)電機氫氣泄漏途徑，研究了緊急干預措施，并提出管理上和技術(shù)上的改進建議。

一、發(fā)電機氫氣泄漏的危害

發(fā)電機氫氣泄漏嚴重影響發(fā)電機的安全運行，并可能引發(fā)工業(yè)安全事故，主要危害有：

（1）氫氣泄漏造成發(fā)電機的氫氣壓力下降，發(fā)電機冷卻不足，內(nèi)部構(gòu)件局部過熱，影響發(fā)電機正常運行。

（2）氫氣壓力低可能導致發(fā)電機氫氣與定子冷卻水壓差降低、氫氣與密封油壓差增加，進而導致發(fā)電機進水、進油，發(fā)生發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子繞組絕緣損壞的事故，嚴重時還會造成相間或?qū)Φ囟搪肥鹿省?/p>

（3）氫氣屬易燃易爆的氣體，空氣中含氫量達到4%—74%（體積比），遇明火或溫度700 ℃以上時，會發(fā)生爆炸、燃燒。

（4）氫氣泄漏會造成機組耗氫量增加，發(fā)電機需頻繁補氫，機組運行成本提高。

二、秦山核電廠發(fā)電機氫氣泄漏事件和改進措施

（一）發(fā)電機氫氣泄漏事件

秦山核電發(fā)生過多起發(fā)電機氫氣泄漏事件，由于干預及時，避免了發(fā)生氫氣爆炸、燃燒的嚴重工業(yè)安全事故，以秦山核電二廠4號機組一起氫氣泄漏事件為例。

2013年3月17日，汽輪發(fā)電機打閘惰轉(zhuǎn)至623rpm，主控室突發(fā)氫氣與密封油壓差低報警，汽輪發(fā)電機9瓦處有油噴出，且伴有煙霧，立即對發(fā)電機緊急排氫。密封油壓恢復正常后，停止緊急排氫。本次氫氣泄漏原因為氫氣密封油系統(tǒng)過濾器堵塞，導致密封油壓降低、密封功能喪失。整個過程歷時10分鐘左右，大量氫氣從發(fā)電機軸承處泄漏，險些釀成嚴重的工業(yè)安全事故。

（二）改進措施

針對歷次發(fā)電機氫氣泄漏事件，秦山核電采取了以下改進措施：

（1）拆除發(fā)電機排污閥的手柄，防止誤碰或誤操作導致氫氣泄漏，并在排污管口增加管帽，防止閥門內(nèi)漏。

（2）每班執(zhí)行密封油系統(tǒng)過濾器刮污操作，避免過濾器堵塞，密封功能喪失。

（3）在值班室門口和發(fā)電機平臺增加緊急排氫操作文件，確保第一時間拿到操作文件，進行緊急排氫。

（4）在原設計基礎上另增加一條應急排氫管線，新增管線更便于第一時間緊急排氫。

（5）所有涉氫區(qū)域增加氫氣泄漏監(jiān)測裝置。

三、發(fā)電機氫氣泄漏分析

根據(jù)氫氣冷卻型發(fā)電機設計、安裝情況，并結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)驗，本文將會分析發(fā)電機氫氣泄漏易發(fā)生部位，研究干預措施，并提出管理和技術(shù)上的改進建議。

根據(jù)泄漏的途徑的不同，氫氣泄漏可分為內(nèi)漏和外漏，氫氣直接漏到環(huán)境中稱為外漏，外漏部位比較直觀，容易查找和處理；氫氣通過其他介質(zhì)或系統(tǒng)泄漏到環(huán)境中稱為內(nèi)漏，內(nèi)漏不易查找和處理。

（一）氫氣外漏

1.氫氣外漏的部位

外漏主要發(fā)生在以下幾個部位：（1）發(fā)電機端罩與機座的結(jié)合面；（2）發(fā)電機本體的入孔門；（3）定子引出線或中性點套管；（4）氫氣冷卻器上、下法蘭與機殼結(jié)合面處的橡膠墊；（5）設備的焊縫；（6）氫氣供給系統(tǒng)管道、閥門、法蘭。

2.氫氣外漏的干預措施

（1）監(jiān)測發(fā)動機定子和轉(zhuǎn)子溫度，降低發(fā)電機出力或者打閘停機，避免發(fā)生燃燒、氫爆，導致人員受傷或發(fā)電機等重要設備損壞。

（2）停止所有汽輪機廠房的檢修活動，通知無關人員撤離。

（3）加強廠房通風，避免氫氣積聚。

（4）確認氫氣泄漏率在安全可控范圍內(nèi)后，展開查漏工作：①首先查看氫氣泄漏監(jiān)測裝置，確認是否監(jiān)測到氫氣泄漏部位。②發(fā)電機本體查漏，一般由專業(yè)人員通過涂抹檢漏液和使用氫氣檢測儀相結(jié)合的方法查漏。需要特別注意的是，查漏人員需嚴格使用防爆工具，隨身不能攜帶電子產(chǎn)品，以免產(chǎn)生火花。③氫氣供給系統(tǒng)管道、閥門、法蘭等處查漏，可使用部分隔離與涂抹檢漏液相結(jié)合的方法查漏。如氫氣干燥器、濕度儀、發(fā)電機絕緣監(jiān)測儀等，可以通過分步隔離的方法判斷漏點。④如發(fā)電機軸承處存在氫氣外漏，則檢查發(fā)電機密封油系統(tǒng)運行情況，盡快恢復封油系統(tǒng)至正常運行。

（5）如漏點無法短時間確定及消除，果斷打閘停機，并執(zhí)行緊急排氫操作。

3.針對氫氣外漏的改進建議

（1）制定或完善氫氣外漏檢查及干預導則。嚴格按照導則處理不但有據(jù)可依，而且處理思路清晰，減少分析、查漏及干預時間，為故障處理爭取寶貴的時間。

（2）制定或完善緊急排氫操作文件。完善的緊急排氫操作文件可以指導值班人員盡快采取緩解措施，如立即啟動風機或開啟發(fā)電機周邊窗戶，加快廠房內(nèi)空氣置換，避免氫氣局部積聚、爆炸；執(zhí)行緊急排氫操作，避免氫氣漏入廠房內(nèi)。

（3）涉氫區(qū)域配備凡士林或黃油。氫氣泄漏檢查、處理過程中防火花措施尤其重要，金屬工具上涂抹凡士林和黃油是一種簡易、快速的防火花措施。大面積查漏過程中，值班室內(nèi)防火花銅質(zhì)工具不夠用時，金屬工具上涂抹凡士林或者黃油是一個很好的安全措施。

（4）實施針對性的技術(shù)改進方案。針對氫氣泄漏事件，應盡快制定、實施技術(shù)改進方案，避免相同事件重復發(fā)生。如秦山核電廠發(fā)電機氫氣純度儀的流量調(diào)節(jié)閥先后發(fā)生兩次閥門開度異常開大，導致氫氣外漏事件。建議在該調(diào)節(jié)閥上增設固定卡銷或者閥門換型，避免由于管線震動等原因?qū)е麻y門開度異常開大的現(xiàn)象。

H2：產(chǎn)業(yè)發(fā)展對新疆農(nóng)產(chǎn)品品牌競爭力有正向影響，即產(chǎn)業(yè)競爭力越高，產(chǎn)業(yè)的帶動作用越強，發(fā)展前景越廣闊，新疆農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域品牌競爭力越強。

圖1 氫氣純度儀取樣調(diào)節(jié)閥增設固定卡銷

（5）對發(fā)電機氫氣管道中的易破碎儀表進行換型。田灣核電廠發(fā)生過因為玻璃流量計破碎導致氫氣泄漏的事件，國內(nèi)外許多發(fā)電廠的氫氣純度儀流量計和氫氣濕度儀流量計均為塑料或玻璃材質(zhì)，有老化、破損導致氫氣泄漏的風險。建議將涉氫管道中的玻璃、塑料材質(zhì)的表計更換為金屬式數(shù)字指示儀。

（6）發(fā)電機區(qū)域增加專用鼓風機?？偨Y(jié)國內(nèi)外電廠的經(jīng)驗，氫氣泄漏事故下，使用大風量風機鼓風、避免氫氣積聚的方法效果較好。建議在發(fā)電機區(qū)域增加專用鼓風機，在緊急排氫操作文件中增加事故時值班人員啟動鼓風機的指令。

（二）氫氣內(nèi)漏

1.氫氣內(nèi)漏的途徑

發(fā)電機內(nèi)氫氣與閉式冷卻水系統(tǒng)、密封油系統(tǒng)、定子冷卻水系統(tǒng)相接觸，氫氣壓力邊界的密封性變差或密封面損壞都會導致氫氣向上述系統(tǒng)泄漏，再經(jīng)上述系統(tǒng)向環(huán)境泄漏。

2.氫氣內(nèi)漏的干預措施

（1）經(jīng)閉式冷卻水系統(tǒng)向環(huán)境泄漏的干預措施。閉式冷卻水通過冷卻盤管對發(fā)電機內(nèi)氫氣進行冷卻，冷卻盤管內(nèi)壁及盤管的接口處易發(fā)生氫氣泄漏，漏向閉式冷卻水系統(tǒng)中，再經(jīng)閉式冷卻水系統(tǒng)漏向環(huán)境。冷卻盤管處的氫氣泄漏一般是一個緩慢且逐漸增大的過程，留有一定查漏時間。

①氫氣泄漏較小且在可控范圍時，可利用氫濃度檢測儀在冷卻盤管的水側(cè)各個排氣口檢測氫濃度的方法確定漏氫的冷卻盤管。上述方法無法確定漏點時，則采取逐一隔離冷卻盤管的方法，比較隔離前后發(fā)電機氫氣泄漏速率的變化，若氫氣泄漏速率減小，則可判斷為該冷卻盤管泄漏。泄漏的冷卻盤管在隔離狀態(tài)下，發(fā)電機可通過降低功率保持長期運行。

圖2 冷卻盤管查漏示意圖

（2）經(jīng)密封油系統(tǒng)向環(huán)境泄漏的干預措施。發(fā)電機密封油系統(tǒng)是提供氫氣密封功能，一旦密封油系統(tǒng)油壓下降或喪失，氫氣會通過密封油并沿著發(fā)電機軸承向外泄漏。

①氫氣泄漏較小且在可接受范圍時，檢查密封油壓是否正常、調(diào)節(jié)閥和平衡閥的調(diào)節(jié)功能是否正常、過濾器是否堵塞、密封油管路是否存在漏油等。條件允許下緊急搶修，否則打閘停機后處理。

②如果密封瓦磨損或者密封油壓完全喪失，此時會發(fā)生大量氫氣泄漏，發(fā)電機軸承處可能發(fā)生燃燒、爆炸，應立即執(zhí)行緊急排氫操作，同時打閘停機。

③如泄漏率大，且無法短時確定漏點，應立即執(zhí)行緊急排氫操作，并打閘停機，再做檢查、處理。

（3）經(jīng)定子冷卻水系統(tǒng)向環(huán)境泄漏的干預措施。正常運行時，定子冷卻冷水壓低于氫壓，由于氫氣滲透力特強，有微量氫氣通過空心銅管管壁進入定子冷卻水系統(tǒng)屬于設計上允許的情況。一旦定子冷卻冷水系統(tǒng)密封不良就有可能導致超設計量的氫氣漏入定子冷卻冷水中，再經(jīng)定子冷卻水系統(tǒng)漏向環(huán)境。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，空心銅管和聚四氟乙烯引水管接頭處發(fā)生氫氣泄漏概率較高。

①泄漏率小時，可通過取樣檢查定子冷卻水箱上部覆蓋氮氣中的氫含量，氫含量有異常上漲趨勢，可判斷為定子冷卻水系統(tǒng)存在氫氣泄漏。密切監(jiān)測氫氣泄漏率變化情況，根據(jù)定子冷卻水系統(tǒng)設計說明書控制機組運行情況。

②泄漏率較大時，定子冷卻水箱上部氣壓會明顯增加，壓力達到定值時，安全閥會動作，將水箱上部氮氣、氫氣混合氣體排至室外。氫氣泄漏率一旦達到發(fā)電機運行限值，立即打閘停機，并進行冷卻水管的解體、修復。

圖3 定子冷卻水箱示意圖

3.針對氫氣內(nèi)漏的改進建議

（1）增加或完善氫氣內(nèi)漏檢查及干預導則。內(nèi)漏比外漏更加隱蔽，需更多時間分析、排查，尤其能體現(xiàn)出查漏及干預導則的優(yōu)越性。導則中詳細描述與發(fā)電機相連系統(tǒng)的查漏及干預措施，指導電廠人員條理清晰地處理發(fā)電機氫氣內(nèi)漏事件，避免臨時忙亂，錯過最佳處理時機，甚至事態(tài)惡化。

（2）改進密封油溫控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能。國內(nèi)外多次出現(xiàn)密封油溫變化導致密封瓦損壞，進而導致發(fā)電機氫氣泄漏，改善密封油溫控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能是保持油溫穩(wěn)定的根本方法。如：秦山核電廠的密封油的冷卻水流量調(diào)節(jié)閥的自動調(diào)節(jié)性能差，冬季時基本在全關位置，流量——開度線性較差。建議增加旁路小管徑冷卻水管線及自動調(diào)節(jié)閥，控制回路進行相應改進（大小管徑的調(diào)節(jié)閥線性疊加控制，溫度低時，用小管徑的調(diào)節(jié)閥控制冷卻水流量，溫度高時，大小管徑的調(diào)節(jié)閥同時控制冷卻水流量），工藝管線及調(diào)節(jié)閥函數(shù)曲線示意圖如下。

圖4 密封油溫控制的調(diào)節(jié)性能改進示意圖

f1(x)：小閥自動調(diào)節(jié)閥動作函數(shù)；f2(x)：大閥自動調(diào)節(jié)閥動作函數(shù)。

小、大調(diào)節(jié)閥先后動作，設置調(diào)節(jié)重疊區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)密封油溫的線性調(diào)節(jié)。

（3）閉式冷卻水系統(tǒng)、發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)增加在線測氫表計。閉式冷卻水系統(tǒng)發(fā)生氫氣內(nèi)漏時，只能在冷卻器排氣口用便攜式氫濃度檢測儀表測量，便攜式便攜式氫濃度檢測儀表可靠性差，而且測量過程中如發(fā)生氫氣燃燒、爆炸，會危及人員安全。

發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)發(fā)生氫氣內(nèi)漏時，電廠都是通過手動取樣確定發(fā)電機定子冷卻水箱上部氮氣中的氫含量，同樣，取樣過程中有人員受傷風險。

建議在閉式冷卻水系統(tǒng)氫氣冷卻盤管進出口管處、發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)水箱氣體取樣管處中增加在線測氫表，改進后不僅可以實時監(jiān)測氫氣向閉式冷卻水系統(tǒng)、定子冷卻水內(nèi)漏情況，及時發(fā)現(xiàn)缺陷，而且降低了手動測量、取樣過程中發(fā)生氫氣燃燒、爆炸的工業(yè)安全風險。

四、總結(jié)

技術(shù)方面，根本上杜絕發(fā)電機氫氣泄漏問題，還需從檢修質(zhì)量和系統(tǒng)設計上入手。高水平的檢修質(zhì)量，不僅能夠處理已存缺陷，還能通過預防性檢修消除潛在的缺陷。系統(tǒng)設計上需充分采納國內(nèi)外經(jīng)驗，提高系統(tǒng)設計安全性。并結(jié)合各廠實際狀況，及時采取技術(shù)改進措施，可以避免相同事件的發(fā)生。

管理方面，為隔離發(fā)電機氫氣泄漏的漏點或?qū)⒑蠊麥p小到最小，需制定一套詳細、可執(zhí)行性強的發(fā)電機氫氣泄漏干預文件，指導電廠人員條理清晰地處理發(fā)電機氫氣泄漏事件。