热电厂氢气泄漏事故分析及预防措施

王智勇，冯书军

(河北省消防总队，河北 石家庄 050035)



热电厂氢气泄漏事故分析及预防措施

王智勇，冯书军

(河北省消防总队，河北 石家庄 050035)

在大中城市中，热电厂是主要供热供电供汽源，其发电机组氢冷却系统中使用了大量易燃易爆的氢气，一旦泄漏与空气混合，遇到点火源极易引发爆炸事故。以“3·13”华能北京热电厂爆炸事故为例，分析发电机组氢冷却系统的利弊，从工艺技术、自动监测控制系统及消防安全管理等方面提出了预防措施。

热电厂；氢气泄漏；爆炸

近年来,随着大型氢冷却发电机组的应用越来越广，全国发生了多起氢冷却发电机组氢气泄漏爆炸事故。事故轻则导致密封油系统管道、发电机内风挡的损坏，重则导致发电机定子、转子线圈的损坏甚至造成重大人身伤亡事故，给人民的生产生活造成重大影响。因此，将大型氢冷却发电机内冷所用介质(氢气)的安全运行作为一个重要课题来研究具有现实意义。

一、事故概况

华能北京热电厂1999年建成投产，共四台机组，总装机容量84.5万千瓦，担负着北京市10%的供电、50%的供汽和30%的供热任务，是北京市重要的电源汽源热源支撑点。其中2号机组是国内首次引进的目前世界上效率最高的F级燃气轮机，于2011年12月4日成功并网发电。

2015年3月13日14时50分许，警用直升机首先发现华能电厂上空有黑烟并报警，119消防指挥中心接到报警后，随即调集20个消防中队、91部消防车及属地公安、交管警力赶赴现场处置。经过消防官兵全力扑救，大火于16时左右被扑灭，未造成人员伤亡。该起氢气泄漏爆炸事故的原因为2号机组叶轮轮缘断裂与叶片脱落，机组轴系发生剧烈振动，导致轴与轴瓦严重磨损，氢气密封系统失效发生大量泄漏，与励磁系统火花接触后发生爆炸。由于2号机组位于彩钢板厂房内，氢气爆炸引燃了周围彩钢板，致使火势持续发展，现场形成大量浓烟。公安消防部队接警后，及时出动，有力处置，很快将大火扑灭，此次爆炸火灾事故未造成严重后果。可见，预防热电厂氢泄漏事故极其重要。

二、氢冷却系统利弊分析

热电厂发电机组在运行中绕组和铁芯会产生大量的热能，需有效冷却降温，才能保证系统正常工作。为了及时将热能导出，通常采用空气、氢气、水、氟里昂等冷却剂进行冷却，其中以定子绕组为水内冷，转子绕组和定子铁芯为氢气冷却的发电机(通常称作“水氢氢”冷却机组)应用最为广泛[1]。

(一)有利方面

热电厂发电机组氢冷却系统有利方面为：(1)氢气密度小，导热系数大，在降低了发电机风扇和通风系统摩擦损耗产热的同时，提高了发电机的单机容量，缩小了发电机的体积。(2)氢气的绝缘性能好，电离现象微弱，可以延长线圈的使用寿命。(3)由于氢气采用密闭循环系统，可降低机组噪音，减少氢气损耗[2]。

(二)不利方面

热电厂发电机组氢冷却系统不利方面为：(1)氢气属于易燃易爆的甲类气体，比空气轻，与空气混合后爆炸下限为4.1%，爆炸上限为74.2%，在此范围内均可发生爆炸。因此，为防止氢气泄漏，对发电机组的密封性要求很高。(2)氢气与空气所形成的混合气体的爆炸点火能量小，氢气的最小点火能量仅为0.02 mJ，在发电机运行过程中励磁系统的火花或氢气高速流动产生的静电放电火花就可以引发爆炸事故。(3)在运行过程中，由于不可避免出现氢气外渗，需要设计一套补氢系统，以满足不断补充氢气的需要。(4)发电机充氢、排氢时，过程复杂且缓慢，技术要求很严格，火灾危险性大。

三、火灾预防措施

(一)工艺技术防火措施

为防止发电机氢气泄漏后爆炸，必须严格控制氢气的浓度、压力及可能引发爆炸的点火能量，做好发电机充氢、运行、排氢等全过程的控制和管理。(1)氢冷却发电机内、外应安装可燃气体探测报警装置，使其在运行过程或充排氢检修过程中，遇有氢气泄漏时可以及时报警。(2)发电机在CO2置换氢气、氢气置换CO2等充氢或排氢过程中，为防止摩擦产生火花而引起爆炸，盘车等机械设备要停止运行。在充、排氢过程中，惰性保护介质CO2的浓度应不低于98%，含水量应不高于0.1%。发电机内送入的压缩氢气、CO2等气体，应经干燥器充分干燥，并保持发电机内空气绝对湿度低于15 g·m-3。(3)发电机内充入及排出CO2最好在6 h内完成，最多不得超过24 h，主要是防止气态CO2在发电机内产生结露，不能保持干燥，从而降低线圈的绝缘性能。(4)在发电机充入氢气置换CO2时，必须遵从以下操作规程：一是通向发电机的所有管道、阀门要确保隔离；二是在氢气纯度控制盘(如图1所示)显示纯度高于90%时，方可投入气体分析器；三是在发电机内氢气纯度高于98%、空气含量低于1.5%时，方可认为置换结束，停止排出混合气体，并升高氢气压力达到要求的数值。在提升氢气压力过程中，应加强对氢气压力的监视，防止因氢、油压差阀故障造成氢气泄漏或发电机进油[3]。(5)氢冷发电机厂房地面应采用不发火地面，进入防爆区工作的人员必须着防静电工作服，穿不带铁掌的胶鞋，开关氢气系统阀门等作业时戴防静电手套或者使用不发火的铜制或木制工具操作。(6)输送氢气的管道在法兰等连接处应采用防静电跨接措施，及时导出氢气在管道中高速流动时产生的静电。同时，在氢置换过程中还应控制好氢气的流速且整个置换过程要连续、缓慢地进行，并保持充、排气的压力稳定。(7)氢冷发电机厂房应采用无死角的平屋顶结构，并在其最高处设置氢气浓度探测器及自然排气孔，保证一旦有氢气泄漏至屋顶能够及时报警并导出氢气。(8)在存储密封油的主油箱内应安装灵敏的氢气探测器，如果发现主油箱内有氢气出现，应及时检查发电机的密封油系统[4]。(9)发电机内外应安装良好的干燥气体吹扫系统并与可燃气体探测报警系统联动，如果发现氢气残存量超标应及时启动吹走残存氢气，防止因碳刷等冒出火花，引起混合气体爆炸。(10)氢冷发电机周围及密封油系统区域应划定为防爆区，所有电气设备应采用本质安全型或阻隔型防爆电器。禁止可能产生明火及静电火花的作业，如果必须动火作业时，应进行氢冷发电机的排氢操作并确保没有爆炸危险后实施。

图1 氢气纯度控制盘

(二)发挥自动监测控制系统的作用

氢气纯度在线监测装置是消除发电机内氢气泄漏爆炸的关键设备，要确保该装置的有效性，能真实地反映发电机内的氢气纯度。目前所制造的氢冷却发电机组，均配置有氢气取样点和氢气纯度在线监测装置，使用这套系统可随时、连续监测到发电机内氢气的纯度值[5]。但目前氢气纯度在线监测装置只用于监测机组内部的氢气浓度，建议在检测内部氢气浓度的同时，可在发电机组易发生氢气泄漏的位置设置氢气浓度监测报警器，并与消防自动控制系统联动。同时，在易发生氢气泄漏的位置，建议安装水蒸气或氮气等气体喷射惰化保护装置。当监测报警器检测到发电机外部的氢气超标时，监测报警装置立即给消防自动控制系统发送信号，启动报警装置，通知消防值班人员。同时消防联动控制系统给出信号，联动氢气进气阀门自动关闭，自动启动气体喷射惰化保护装置工作，喷出水蒸气或氮气，以降低发生氢气爆炸的概率。

(三)加强消防安全管理

首先，在发电厂建设初期应进行全面的安全设计及评价，并经安监、消防等主管部门验收备案后再投入运行，从源头上控制火灾爆炸事故的发生。发电厂要成立消防安全工作领导小组，强化内部消防安全的管理力度。建立健全各项安全生产及消防安全组织制度，定期组织检查、巡查和安全评估，使各级各部门认真履行消防安全责任[6]。其次，强化消防安全设施的维护保养，发电厂要聘请有资质的消防设施维保公司并与之签订维保合同，加大对消防设施维护保养的力度。建立消防安全的奖惩机制，使消防安全人人记在心上，抓在手上。第三，每月组织一次消防安全培训，重点是对新入职的员工进行安全知识的培训。结合企业实际制定切实可行的消防演练方案，每季度开展一次消防安全演练，不断增强“检查消除隐患的能力、扑救初起火灾的能力、组织人员疏散逃生的能力、安全培训教育的能力”的建设，全面提升员工的消防安全素质，确保发电厂消防安全。

四、结束语

引起发电机组氢气泄漏事故的因素很多，在制造过程中要保证发电机各部位选用合格的材料，各项试验符合要求；运行中要注意调整氢冷却器气压、定冷水压及密封油压等参数符合规定，并应随时跟踪发电机的风温，使其控制在正常范围内。此起华能北京热电厂的爆炸事故虽未造成大的经济损失，也没有人员伤亡，但为热电厂发电机组氢冷却系统的氢气泄漏事故预防敲响了警钟。希望其他使用氢冷却系统的热电厂以此为戒，做好安全防范工作，预防此类事故的发生。

[1] 杜志英,鞠凤元,娄智勇,等.热电厂氢冷发电机漏氢故障诊断[J].科技传播,2011(19):72.

[2] 卫政.新丰热电厂2#发电机漏氢问题的分析与处理[J].内蒙古石油化工,2013,39(16):68-69.

[3] 刘红彬,姜彩生.氢冷发电机氢爆原因分析及防范措施[J].电力学报,2007,22(1):102-105.

[4] 颜阳.发电机组漏氢治理[J].科技传播,2012(13):112-113.

[5] 孟君艳,苑永太,刘钊.热电厂内消防报警系统的改进[J].热电技术,2014(2):35-38.

[6] 杜楠.工业企业火灾和爆炸事故的预防[J].铁道劳动安全卫生与环保,2003,30(4):164-166.

(责任编辑 李 蕾)

Analysis and Prevention of Hydrogen Leakage Explosions in Thermal Power Plants

WANG Zhiyong, FENG Shujun

(FireCorpsofHebeiProvince,Shijiazhuang050035,China)

The heating of large and medium-sized cities is mainly supplied by thermal power plants, whose hydrogen generator cooling system contains a large amount of flammable and explosive hydrogen gas. When it leaks, mixes with air and meets the ignition source, it may explode. This paper analyzes the advantages and disadvantages of the hydrogen generator cooling system with Huaneng Beijing Thermal Power Plant explosion on March 13 as an example, and puts forward the prevention measures of the process engineering, automatic monitoring and control system, and fire safety management.

thermal power plant; hydrogen leakage; explosion

2017-02-06

王智勇(1972— )，男，河北卢龙人，高级工程师； 冯书军(1975— )，男，河北邢台人，工程师。

TU998.12；TM611

A

1008-2077(2017)06-0070-03