發(fā)電機H2安全技術培訓

發(fā)電廠H2的安全技術山西電力科學研究院郝樹宏

第一頁，共三十三頁。培訓目的進一步熟悉發(fā)電機H2冷卻和實際應用中應掌握的理論和原理學習交流事故案例，實現(xiàn)安全生產第二頁，共三十三頁。主要內容發(fā)電機冷卻H2的性質電解制H2原理和設備發(fā)電機H2置換和運行H2的分析與測量安全事項和事故案例第三頁，共三十三頁。發(fā)電機冷卻方式冷卻方式單機容量（MW)簡稱定子繞組轉子繞組定子鐵芯25501002003006001200空外空外空空外冷空外空內空空內冷氫外氫外氫氫內冷氫外氫內氫氫內冷氫內氫內氫全氫冷水內水內空雙水內冷水內氫內氫水氫氫水內水內氫水水氫水內水內水內全水冷第四頁，共三十三頁。發(fā)電機冷卻方式目前最常見的發(fā)電機冷卻方式--水氫氫：定子繞組水內冷，轉子繞組氫內冷，定子鐵芯采用氫氣表面冷卻氫氣的冷卻：在氫氣冷卻器中進行，和工業(yè)水發(fā)生熱交換第五頁，共三十三頁。氫氣的性質

熟悉掌握和自覺應用氫氣相關性質是預防事故發(fā)生的最有效的手段。第六頁，共三十三頁。氫氣的性質氫氣是無色、無味、無毒、窒息性氣體氫氣密度0.0697g/L（標準狀態(tài)），是最輕的一種氣體在氣體中氫氣導熱能力最好與空氣混和形成爆炸性氣體氫氣微溶于水擴散性和滲透性強在自然界中絕大多數(shù)以化合物狀態(tài)存在第七頁，共三十三頁。氫氣的性質氫氣是無色、無味、無毒、窒息性氣體；氫氣微溶于水，0℃100體積水只能溶解2體積的氫氣；擴散性和滲透性強在自然界中絕大多數(shù)以化合物狀態(tài)存在第八頁，共三十三頁。氫氣的性質氣體空氣氫氣氮氣二氧化碳分子量2922844相對密度10.06970.9661.52氫氣是最輕的一種氣體幾種氣體分子量和相對密度第九頁，共三十三頁。氫氣的性質氫氣是最輕的一種氣體應用：（1）轉子表面摩擦損耗和能風損耗與冷卻介質的密度成正比，H2冷卻兩項損耗比空氣冷卻小約10倍。（2）充排氫過程：H2從發(fā)電機上部進入，CO2空氣從下部進入。（3）手工取樣：取H2樣品，出氣管口向下排氣；取CO2樣品出氣管口向上排氣。第十頁，共三十三頁。氫氣的性質氣體空氣氫氣氮氣CO2相對比熱容（按質量）114.351.0460.848相對比熱容（按體積）111.021.29相對熱導率16.961.080.638相對傳熱系數(shù)11.51.031.132在氣體中氫氣導熱能力最好幾種氣體冷卻介質熱性能對比第十一頁，共三十三頁。氫氣的性質氫氣作為發(fā)電機冷卻氣體的優(yōu)點（1）比熱容大、熱導率大（2）黏度小、密度?。?）介電強度高（4）無毒、無腐蝕性、化學穩(wěn)定（5）價廉易得第十二頁，共三十三頁。氫氣的性質易燃易爆是氫氣最主要的化學性質之一H2+O2

→H2O燃燒爆炸第十三頁，共三十三頁。氫氣的性質在空氣中燃燒范圍（體積分數(shù)%）4.0～75.0在空氣中爆轟范圍（體積分數(shù)%）18.0～59.0在氧氣中燃燒范圍（體積分數(shù)%）4.65～94.0在氧氣中爆轟范圍（體積分數(shù)%）18.3～58.9在空氣中著火溫度℃585在氧氣中著火溫度℃560著火能（mJ）0.02燃燒熱[kcal/(g.mol)]68火焰溫度℃2045氫氣燃燒和爆炸性質第十四頁，共三十三頁。氫氣的性質易燃易爆是氫氣最主要的化學性質之一爆炸范圍寬，空氣中4.0～75.0%可引起爆炸。雖然著火溫度高，在500℃以上，但著火能只有0.02mJ，有很小火源就能引起著火和爆炸。氫氣發(fā)生爆炸壓力可猛增20倍以上，當遇到障礙物時反射壓力是入射壓力的2～3倍，沖擊波是超音速的。第十五頁，共三十三頁。氫氣的性質防止氫氣爆炸的關鍵是控制濃度和杜絕明火重點在檢修過程、充排氫過程，還應注意運行過程周圍環(huán)境。第十六頁，共三十三頁。發(fā)電機內冷水pH(25℃)電導率μS/cm硬度μmol/L含銅量μg/L7.0～9.0≤2.0<2.0≤40備注：適用于全密閉式冷卻水系統(tǒng)發(fā)電機內冷水水質要求（DL/T801-2002）第十七頁，共三十三頁。電解制H2原理和設備發(fā)電機用氫的要求純度要求高，必須保證在99.5%以上不純的雜質只能是氮、二氧化碳，絕對不能含有可燃性的甲烷、一氧化碳等，也不能含有腐蝕性氣體如硫化物和氯化物。濕度要求低制備方法簡單第十八頁，共三十三頁。電解制H2原理和設備氫在自然界主要以化合物形式存在。工業(yè)制取方法不同，制取的氫氣純度也不同，工業(yè)用途也不一樣。

電解制氫法利用電解液中電離出來的H+和OH-分別在陰極和陽極進行電化學反應，析出H2和O2。由于副產物只是氧氣，沒有其它有害雜質，氫氣純度可達到99.5%以上，能滿足發(fā)電機要求，所以電廠中都用電解水來制取H2。第十九頁，共三十三頁。電解制H2原理和設備

電解就是當直流電通過電解質溶液時引起的氧化還原反應。總反應：2H2O→2H2+O2

陰極反應：4H3O++4e→2H2+4H2O陽極反應：4OH--4e→O2+2H2O第二十頁，共三十三頁。電解制H2原理和設備由于純水電阻率很大，電流很小，產氣率低，在實際應用中常采用30%左右的KOH溶液，電解溫度在80℃左右。離子放電順序：Au→Ag→Hg→Cu→H→Pb→Sn→Fe→Zn→Al→Mg→Na→Ca→K第二十一頁，共三十三頁。電解制H2原理和設備項目KOH或NaOH含量KCl或NaCl含量硫酸鹽含量碳酸鹽含量其它金屬離子含量%>87～90<0.1<0.5<0.1無氫氧化鉀（鈉）的純度補充水的純度項目外狀電阻率Ω.cm氯離子mg/L鐵離子mg/L懸浮物mg/L指標清潔透明>105<2<1<1第二十二頁，共三十三頁。電解制H2原理和設備電解液質量要求項目單位含量KOHg/L200～260全鐵mg/L<3Cl-mg/L<800Na2CO3mg/L<100電解液中常添加少量V2O5等添加劑，以便在電極表面生成一層具有緩蝕作用的保護膜，有利于防止電極板腐蝕和改變電極板表面狀態(tài)。第二十三頁，共三十三頁。電解制H2原理和設備電解制H2設備流程堿液電解槽氫分離器氧分離器冷卻過濾冷卻純水儲存排放壓力調節(jié)水泵循環(huán)泵H2O2第二十四頁，共三十三頁。電解制H2原理和設備

應注意的安全事項：檢修、啟動必須按規(guī)程置換并化驗合格重視現(xiàn)場防火防止堿液灼傷第二十五頁，共三十三頁。發(fā)電機H2置換和運行發(fā)電機運行檢修轉換時，為防止氫氣與空氣接觸形成爆炸性氣體，必須用一種中間氣體使氫氣與空氣隔開，互不接觸。常用的中間氣體是二氧化碳，因二氧化碳是一種不燃燒、不助燃的惰性氣體，價格便宜，密度比氫氣和空氣重得多，易于分離。第二十六頁，共三十三頁。發(fā)電機H2置換和運行所需氣體種類被置換氣體需要氣體容積估計時間CO2（純度＞95%）空氣180m36h氫氣（純度＞96%）CO2

320m3

4h氫氣（純度＞96%）氫氣壓力提高到0.4MPa440m3

1hCO2（純度＞95%）氫氣240m3

6h無油壓縮空氣

CO2180m34h某600MW機組氣體置換所需氣體容積和時間

第二十七頁，共三十三頁。發(fā)電機H2置換和運行密封油系統(tǒng)為防止發(fā)電機氫氣向外泄漏或漏入空氣，發(fā)電機氫冷系統(tǒng)應密封，但發(fā)電機大軸要穿過機殼兩端轉動，所以發(fā)電機的軸承部位是唯一沒有經過嚴格密封的地方，一般都采用油密封裝置。在發(fā)電機氫氣置換和運行中密封油系統(tǒng)必須投入正常運行，保持：

氫氣壓力<氫側密封油壓>空側密封油壓

第二十八頁，共三十三頁。發(fā)電機H2置換和運行安全注意事項：杜絕明火。發(fā)電機風壓試驗必須合格。密封油系統(tǒng)必須投入正常運行。整個置換過程中，發(fā)電機內保持一定的壓力（0.01～0.03MPa之間）。置換速度不能太快。第二十九頁，共三十三頁。發(fā)電機H2置換和運行安全注意事項：當發(fā)電機為氫氣冷卻運行時，補充空氣的管路必須隔斷，并加嚴密的堵板；當發(fā)電機內為空氣時，補充氫氣的管路也應隔斷，并加裝嚴密堵板。第三十頁，共三十三頁。發(fā)電機H2置換和運行安全注意事項：置換過程中氣體排出管道及氣體不易流通的死區(qū)，特別是氫干燥器，密封油箱，和發(fā)電機下液位信號器等處，應勤排放。必須進行多次分析測試，保證化驗測試結果真實可靠。第三十一頁，共三十三頁。謝謝！第三十二頁，共三十三頁。內容梗概發(fā)電廠H2的安全技術。進一步熟悉發(fā)電機H2冷卻和實際應用中應掌握的理論和原理。25501002003006001200。目前最常見的發(fā)電機冷卻方式--水氫氫：定子繞組水內冷，轉子繞組氫內冷，定子鐵芯采用氫氣表面冷卻。氫氣的冷卻：在氫氣冷卻器中進行，和工業(yè)水發(fā)生熱交換。熟悉掌握和自覺應用氫氣相關性質是預防事故發(fā)生的最有效的手段。氫氣是無色、無味、無毒、窒息性氣體。氫氣微溶于水，0℃100體積水只能溶解2體積的氫氣。（1）轉子表面摩擦損耗和能風損耗與冷卻介質的密度成正比，H2冷卻兩項損耗比空氣冷卻小約10倍。（4）無毒、無腐蝕性、化學穩(wěn)定。H2+O2→H2O。爆炸范圍寬，空氣中4.0～75.0%可引起爆炸。雖然著火溫度高，在5