水轮发电机冷却介质安全管理

李永祥，袁 博，任 翔

(中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

0 引言

水轮发电机的冷却方式有全空冷和介质内冷两大类。其中介质内冷方式按冷却介质不同，分为水内冷和蒸发冷却两种。在我国，自循环蒸发冷却技术经过10 MW，50 MW 和400 MW 工业机组的运行实践，已经发展成为一种成熟的水轮发电机定子绕组冷却方式。目前，蒸发冷却水轮发电机所使用的冷却介质主要有CFC-113 和HFC-4310 两种。通过对冷却介质臭氧耗减潜能值(ODP)和全球变暖潜能值(GWP)的对比，综合考虑介质的传热性能和环境影响，HFC-4310 成为较优选择，开始逐步在新投产蒸发冷却水轮发电机中应用。通常情况下，大型机组的冷却介质单台使用量2 000～3 000 kg，一般情况下，还需储备一台机组备用量。一座电站若按投产3 ～4 台蒸发冷却水轮发电机计算，水电厂管理的冷却介质总量将超过10 000 kg。在仓储、运输、生产等活动中违章作业、管理不善、安全措施不到位，极有可能造成冷却介质的大量泄漏或其他事故，对环境和人员造成伤害并产生直接经济损失。因此，冷却介质的安全管理，是水电厂安全生产活动的重要组成部分。有效和可靠的管理体系和措施，才能实现企业安全生产的目标。

1 冷却介质特性

HFC-4310 化学名称为2,3-二氢十氟戊烷，分子式C5H2F10。是ODP 值为零，GWP 值较低的无色透明液体。具有不燃性、化学稳定性、热稳定性和低毒性，还有蒸馏的易复原性。广泛应用于清洗和传热领域。所以，在通常情况下，HFC-4310是一种安全的化学品。其与CFC-113 的物理及化学特性对比如表1 所示。

但是HFC-4310 作为一种化学品，如果在生产活动中疏于管理，无序、不谨慎、不规范地使用，也会造成巨大的危险和损失。其潜在危害性主要表现在以下两方面。

(1) HFC-4310 是极易挥发的液体，其蒸气比空气重8 倍。如果在使用过程中发生大量泄漏，液体喷溅到工作人员脸部或脸部附近时，局部口鼻处高浓度的蒸气会排挤空气，造成窒息。

(2) HFC-4310 在300 ℃以下时，是热学稳定的。但是如果运行机组或者存储仓库发生爆炸、火灾等极端灾害时，在温度超过500 ℃时，HFC-4310 将分解成剧毒、强腐蚀性的氟化氢(HF)和碳酰氟(COF2)等物质，对人员和环境造成极大危害。

表1 物理及化学特性

因此，冷却介质的管理水平，既关系到水轮发电机设备的安全、稳定、经济运行，又关系到水电厂工作人员的人身安全，还涉及对周围环境的影响。

2 冷却介质安全管理原则

冷却介质的安全生产管理，必须依照国家法律和标准规定的管理程序和措施，必须结合水电厂设备管理和安全生产的要求，做到“设备责任到岗，安全责任到人”。使得冷却介质最大限度减少其危害性的一面，最大限度发挥其应用性的一面。保证冷却介质的质量得到保障，保证工作人员不受冷却介质的伤害，保证发电设备不因冷却介质的泄漏等发生损失。因此，冷却介质的安全管理原则主要有以项：

(1) 建立完善的冷却介质管理规章制度，明确安全责任；

(2) 建立严格的冷却介质监督机制及操作规程；

(3) 提高工作人员安全意识，做好冷却介质相关培训工作；

(4) 编制冷却介质相关应急预案，提高事故应急能力。

3 冷却介质安全管理措施

3.1 建立健全冷却介质安全管理制度

根据国家相关法律和标准，结合水电厂自身设备运行管理和安全生产规定，建立和健全适用于水电厂的冷却介质安全管理制度。加强对冷却介质存储、运输、使用和废弃环节的管理，做到每个环节都有章可循，有据可查，严格规范员工的操作行为。

针对冷却介质HFC-4310，水电厂在水轮发电机蒸发冷却系统检修规程及运行规程中，应明确规定其验收、运输、存储、使用等环节的标准、程序、安全措施等相关要求。尤其在对设备的检修维护和技术改造过程中，涉及到冷却介质的加注和排出，以及吊装、动火等特殊作业时，要做到有方案、有计划、有安全保障措施，并严格执行特殊作业的安全审批制度。在现场作业过程中，做到有专人监护作业行为及质量控制，确保安全措施到位且风险识别准确，保证冷却介质的安全管理制度落实到位。

3.2 建立冷却介质监督管理台账

3.2.1 建立冷却介质质量监督台账

质量监督台账，是冷却介质可以在水轮发电机蒸发冷却系统安全运行的重要依据。其主要内容包括冷却介质新液入库检验、检修过程中对系统内冷却介质的抽样检验以及运行过程中对冷却介质的抽样检验。新购买的冷却介质，必须符合冷却介质新液检验标准方可入库。对系统内冷却介质必须定期进行抽样检验，符合冷却介质工作液检验标准方可继续使用。

3.2.2 建立冷却介质泄漏监督台账

冷却介质泄漏监督台账主要监测机组运行时冷却介质的液位及压力变化情况，根据介质液位和压力的变化趋势分析泄漏情况。在蒸发冷却系统最开始运行的两年内，冷却介质泄漏监督台账按周度记录。蒸发冷却系统运行稳定之后，冷却介质泄漏监督台账可按月度或者季度记录。每年定期对泄漏监督台账进行专项分析，获得蒸发冷却系统及冷却介质的安全运行数据。每周记录水轮发电机组在开机或者停机状态下的冷却介质液位及压力数据，可以分析冷却介质的液位及压力的上升或下降趋势，从而对冷却介质的运行情况进行分析管理。

3.3 完善生产现场安全警示设备和标识

在冷却介质使用现场，必须安装介质泄漏监测报警装置，监测冷却介质泄漏量和氧气含量两个值。在冷却介质可能泄漏的场所，设置醒目的警示标识，提醒相关工作人员冷却介质泄漏风险，并注明泄漏可能导致的伤害后果；放置氧气呼吸器、防化服等防护设备，供现场人员在紧急情况下使用。严格限制在储存冷却介质的仓库、区域和设备上进行动火作业，划出动火作业安全区。

水电厂在蒸发冷却发电机风洞内应设置冷却介质泄漏监测报警装置。根据人体在HFC-4310中的适用暴露极限浓度值，需设置200 mg/L 和400 mg/L 两级报警，并实时监控风洞内氧气含量。针对HFC-4310 的特性，对参与运行和检修工作的员工设置以下警示：

(1) 严禁将头伸入HFC-4310 储存罐体内或是暴露在HFC-4310 气体中(防止缺氧或者窒息)；

(2) 严禁未穿戴任何防护装置进入低洼的有HFC-4310 泄露情况的封闭工作场所；

(3) 严禁液态的或者气态的HFC-4310 接近开放性的火源或者高温的金属(防止其分解成为有毒的HF 与COF2)。

3.4 加强工作人员冷却介质性能和安全生产培训

冷却介质作为一种化学品，拥有较为特殊的物理及化学性能。针对现场工作人员，特别是厂外人员的知识培训和安全培训就显得尤为重要。另外，冷却介质的培训工作是一个长期的、不断提升的过程，要分期分批进行，做到“不漏掉一个人员，不放过任何盲点”。尤其是在机组蒸发冷却系统大修期间，由于厂外人员较多，他们对冷却介质的性能和潜在危害了解不够深刻，化学品安全生产意识较为淡薄，因此在大修前对工作人员进行冷却介质知识和安全强化培训是非常必要的。

针对冷却介质HFC-4310 的潜在危害性，水电厂应对参与检修人员提出明确的要求并进行专业培训：

(1) 熟悉水轮发电机蒸发冷却系统图纸及技术文件；

(2) 熟悉蒸发冷却系统动力/控制柜、介质加排液装置、介质回收装置的使用方法和操作步骤；

(3) 了解HFC-4310 的物理、化学特性及其可能带来的危害，掌握HFC-4310 的使用、存储、回收、保管方法；

(4) 熟知HFC-4310 监测报警装置报警后的应对方法和措施。

3.5 编制冷却介质大量泄漏和极端灾害预案

在化学品的安全管理中，发生事故时的应急处置能力是非常关键的一环。冷却介质作为水电厂大规模使用的化学品，其发生安全事故时的应急处置是对电厂管理层和安全监管的重大考验。因此，未雨绸缪是一个必然选择。预想冷却介质安全事故的发生，编制冷却介质安全事故应急处置预案，是对冷却介质安全管理的基本要求。

冷却介质安全事故预想，主要有大量泄漏事故和极端灾害(火灾、爆炸等)事故。冷却介质大量泄漏事故应急处置预案，应包括冷却介质大量泄漏后机组停机处置、人员撤离方式方法、现场工作(如焊接)停工撤离、泄漏场所排气换气措施、受伤害人员紧急救治、事故后的环境修复等主要内容。冷却介质极端灾害应急处置预案，则需要预想更加危险的情况，包括灾害导致的介质泄漏处置、灾害现场的人员撤离、灾害中受伤人员救治、介质分解导致的有毒物质处置等内容。

只有编制了科学、详细、可行的事故预案，才能在安全事故发生时，及时、合理的指挥事故的处置，避免出现更大的事故。

4 结束语

蒸发冷却作为一种新型的发电机内冷方式，已经逐步应用于巨型水轮发电机组。蒸发冷却系统冷却介质的安全管理成为电厂安全生产的重要组成部分。以冷却介质HFC-4310 为例，作为一种特殊应用的化学品，冷却介质安全管理至少应做到以下3 点。

(1) 完善的冷却介质管理规章制度和严格的冷却介质监督机制。编写冷却介质使用规程，建立冷却介质管理台账。

(2) 针对工作人员的冷却介质使用安全培训。强化工作人员的化学品使用安全意识，明确告知其冷却介质的潜在危害可能。

(3) 醒目的危险警示标识和科学的事故处置预案。危险警示标识可以提醒工作人员加强安全生产意识，编制预案则能提高水电厂事故应急处置能力。