CN103940552A - 一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法，其包括采集与发电机氢气泄漏相关运行参数，氢气泄漏的超声波检测仪、氢质谱检漏仪和快速吸枪以及相关的检测方法。首先利用发电机运行参数分析氢气泄漏检测方向，通过采用超声波检测仪缩小发电机氢气泄漏部位检测范围，然后采用氢质谱检漏仪快速吸枪对缩小的氢气泄漏范围进行精确定位，该方法比电力标准DL607-1996介绍的涂抹肥皂水法和卤素检漏法快近3倍，极大缩短了检测发电机氢气泄漏部位所需时间，及时排除了机组安全隐患，为机组安全经济运行提供了保障。

Description

一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法

技术领域

本发明涉及一种氢气泄露检测方法，具体涉及一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法。

背景技术

汽轮发电机一般采用水一氢冷却方式。即定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁芯及其它构件氢冷。氢气具有密度小、传热快和散热快的特点，其散热能力是空气的8倍，所以，一般发电机采用氢气作为换热介质。氢气同时也是一种极易爆炸的危险品，如果氢气中氧的质量分数大于3％ 的话，遇火立即产生爆炸。

透平发电机中旋转的转子与定子之间属于滑动接触，采用氢气冷却，要实施对氢气的密封十分困难。通常采用流动注油的方式来封堵氢气的外泄，由于安装工艺不到位、部套老化等问题，基建及投运机组大量存在氢气泄漏超标的问题，严重影响了机组的安全与经济运行。

因此迫切需要一种操作简便，快速准确确定泄漏部位的检测方法来解决目前的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简便，快速准确确定泄漏部位的大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法，其具体包括以下步骤：

步骤一、首先采集发电机氢气泄漏相关运行参数，利用发电机运行参数分析氢气泄漏诊断方向；

步骤二、在步骤一诊断的方向范围内，采用超声波检测仪检测，获得发电机缩小后的氢气泄漏部位诊断范围；

步骤三、采用氢质谱检漏仪和快速吸枪对在步骤二缩小的氢气泄漏诊断范围进行精确定位。

进一步的，步骤一所述的相关运行参数包括氢气压力和温度、密封油空侧密封油压、密封油氢侧密封油压、汽端和励端密油温，氢油压差，氢气器冷却水压，内冷水电导率变化和内冷水pH值。

进一步的，步骤一种所述利用发电机运行参数分析氢气泄漏诊断方向，具体如下：

分析利用上述参数的历史运行数据，找出可疑参数，针对可疑参数，对可能的发电机氢气泄漏部位进行分析，找出诊断方向。

进一步的，所述可能的发电机氢气泄漏部位包括：氢冷发电机内部本体结构部件的漏氢或发电机外部附属系统的漏氢；

所述的氢冷发电机内部本体结构部件的漏氢涉及四个部分，包括：水电连接管和发电机线棒的水内冷系统；发电机密封瓦及氢侧回油管接头的油系统；发电机氢气冷却器的循环水系统；发电机人孔、端盖、手孔、二次测量引出线端口、出线套管法兰及瓷套管内部密封、出线罩、氢冷器法兰、转子导电杆等的氢密封部件；

所述的发电机外部附属系统的漏氢包括氢管路阀门及表计、空、氢油压调节系统、氢油分离器、氢器干燥装置、氢湿度监测装置、绝缘过热检测装置。

进一步的，所述步骤二采用超声波检测仪检测的具体方法如下：

先选定固定频段20～100 kHz，灵敏度调整到最大模式进行扫描，根据干扰信号，逐渐降低灵敏度，观察仪表并收听冲击音，跟随声音到最响点，仪表将显示出更高的读数，降低灵敏度设置并移动仪器靠近被怀疑的泄漏部位，初步确定发电机氢气泄漏部位。

进一步的，所述步骤三采用氢质谱检漏仪和快速吸枪进行精确定位的方法如下：

首先将快速吸枪连接至氢质谱检漏仪，开启氢质谱检漏仪，然后调整快速吸枪灵敏度，对步骤二用超声波检测仪初步宽范围定位的发电机氢气泄漏部位进行氢气检测，根据仪器的响应时间和恢复时间，以及检测漏点漏率数值的大小，准确确定泄漏部位。

进一步的，所述检测漏点漏率数值的大小，准确确定泄漏部位的判断如下：

漏率数值＞1×10^-6（Pa·m³)/s为严重泄漏；1×10^-7＜漏率数值＜1×10^-6（Pa·m³)/s，为大漏；1×10^-8（Pa·m³)/s＜漏率数值＜1×10^-7（Pa·m³)/s，为中漏；其中漏率为10^-6（Pa·m³)/s的泄漏部位是发电机泄漏氢气最为严重部位。

进一步的，上述超声波检测仪型号为：ULTRAPROBE2000。

进一步的，上述氢质谱检漏仪型号为：HELIOT711W1-F220CSP。

进一步的，上述快速吸枪型号为：INFICONQT100。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：

本发明专利采用超声和质谱检测结合方式，主要是通过采集与发电机氢气泄漏相关运行参数确定诊断方向，采用超声波检测仪对发电机氢气泄漏部位进行宽范围状态信息参数采集分析，缩小诊断发电机氢气泄漏部位的泄漏范围，然后采用氢质谱检漏仪快速吸枪对前期初步诊断的泄漏范围进行相关的状态信息参数测试分析，最终快速准确确定发电机氢气泄漏部位。

该方法比电力标准DL607-1996介绍的涂抹肥皂水法和卤素检漏法快近3倍，极大缩短了检测发电机氢气泄漏部位检测时间，及时排除了机组安全隐患，为机组安全经济运行提供了保障。

本发明专利对所使用的超声检漏仪和氢质谱仪要求不高，机组运行状态下即可实施，操作简便，检测全面，便于推广应用。

附图说明

图1是本发明的框图；

图2是本发明的测试点分布的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图1和2对本发明进行进一步详细的说明。

参看图1和图2，本发明涉及采集与发电机氢气泄漏相关运行参数，氢气泄漏的超声波检测仪、氢质谱检漏仪和快速吸枪以及相关的检测方法。

利用发电机运行参数分析氢气泄漏诊断方向，通过采用超声波检测仪缩小发电机氢气泄漏部位诊断范围，然后采用氢质谱检漏仪和快速吸枪对缩小的氢气泄漏范围进行精确定位，该方法极大缩短了检测发电机氢气泄漏部位检测时间，及时排除了机组安全隐患，为机组安全经济运行提供了保障。

采用本发明专利进行发电机氢气泄漏检测的步骤如下：

步骤一、采集发电机氢气泄漏相关运行参数确定检测方向

(1)发电机氢气相关参数的采集分析

氢气是发电机转子及定子铁蕊冷却介质，因此发电机氢气参数(包括氢压、氢温、氢气湿度、氢气纯度等)是发电机正常运行重要的监视参数，同时为了保证发电机不发生氢气泄漏，发电机密封油系统必须运行正常。

发电机密封油系统主要由空侧密封油泵、氢侧密封油泵、氢侧回油箱、环形回油箱、平衡阀、差压阀与排油烟机等组成。

为了防止发电机内的氢气外漏，发电机采用了双环双流式密封瓦装置，该装置在密封瓦的氢气侧和空气侧各设独立的油路，通过密封瓦与轴颈之间的油膜来阻止氢气外漏，并采用平衡阀使2路油压维持在均衡状态，严格地控制2路油流的串流量。发电机空侧密封油压以氢压作为调节依据，通过压差调节阀使其比氢压高0.085MPa，而氢侧密封油压则通过平衡阀跟踪空侧密封油压，两者差压保持在±490 Pa内。通过密封油系统的压差调节阀对密封油压进行调整，使密封油在密封瓦和转子轴颈之间的间隙中形成并维持高于机内氢气0.085MPa的密封油流，从而保证机内氢气与机外的空气隔绝。通过消泡箱和氢侧回油箱释放出溶于密封油中的饱和氢气，还利用空侧密封油箱的排烟风机保证空侧回油畅通并及时排走油烟及溶于油中的氢气，与u形管一同控制了氢气进入主机润滑油系统，同时还提供了闭式水对油源进行冷却，带走因密封瓦与轴之间的摩擦损耗而产生的热量，实现发电机汽、励端密封瓦的冷却和润滑，确保瓦温与油温控制在要求的范围之内。

通过采集氢气压力和温度，密封油空侧、氢侧密封油压，汽、励端密封油温，氢油压差，氢冷器水压力和温度，内冷水电导率变化和内冷水pH值参数的历史运行数据，分析确定发电机氢气泄漏的检测方向。

上述参数是发电机系统及其附属设备的相关参数总体体现，如氢气压力和温度主要监视发电机本体内部的氢气压力和氢气温度变化情况，可以初步判断发电机本体存在氢气泄漏可能，并且也证实发电机系统及其附属设备确实存在泄漏；又如密封油空侧密封油压、密封油氢侧密封油压、汽和励端密封瓦温、油温、氢油压差参数变化情况，可以初步判定发电机本体轴端是否存在油压偏低，无法密封发电机内部氢气，而造成氢气外漏的可能；在排油烟机口检测是否存在氢气泄漏，可以证实发电机系统及其附属设备确实存在泄漏。

(2).发电机氢气泄漏部位

发电机氢气泄漏部位有两部分：一是氢冷发电机本体结构部件的漏氢，二是发电机外部附属系统的漏氢。

氢冷发电机本体结构部件的漏氢涉及四个部分；包括：水电连接管和发电机线棒的水内冷系统，发电机密封瓦及氢侧回油管接头的油系统，发电机氢气冷却器的循环水系统，发电机人孔、端盖、手孔、二次测量引出线端口、出线套管法兰及瓷套管内部密封、出线罩、氢冷器法兰、转子导电杆等的氢密封部件。发电机外部附属系统的漏氢包括氢管路阀门及表计、空、氢油压调节系统、氢油分离器、氢器干燥装置、氢湿度监测装置、绝缘过热检测装置等。

(3).发电机氢气泄漏部位判别

发电机运行状态的好坏，直接与发电机密封油系统、发电机氢气冷却器循环水系统和发电机定子内冷水系统运行状况密切相关，通过采集分析运行系统相关参数变化情况，初步确定发电机本体结构部件可能存在漏氢方向，同时在排除了发电机本体结构部件漏氢后，为发电机外部附属系统漏氢检测提供帮助。

A 发电机氢气冷却器循环水系统

（1）检查发电机在相同负荷运行时段的漏氢量受发电机内氢压及氢气冷却水压变化影响，有时漏氢量有逐渐增大的趋势。

（2）在停机后停止氢气冷却器冷却水运行时，漏氢量有明显增大的现象。

（3）在刚启动机组时出现的发电机漏氢，一般是氢气冷却器漏氢。这主要是重新起动冷却器水系统后，水对冷却器钢管的冲刷引起的。

B发电机密封油系统

（1）    密封油系统中氢侧密封油压和空侧密封油压偏差太大，油氢差压过高，平衡阀工作失常。

（2）    密封瓦间隙不合格。

（3）    平衡信号管路不正常等引起的空氢侧密封油相互串流。

C定子内冷水系统

（1）    内冷水电导率变化，内冷水pH值不易控制时应及时检测是否漏氢。

（2）    检测发电机内冷水箱中的含氢量。 

步骤二、宽范围超声波检测发电机设备氢气泄漏

(1).检漏原理

一个系统中存在泄漏，无论内部压强大于外部压强(压力系统)，还是外部压强大于内部压强(真空系统)，气体就会穿过漏孔形成湍流，当漏孔很小时，湍流在漏孔附近产生频率大于20 kHz的超声波，超声波检漏仪使用独特外差法将微弱信号准确地转换成音频信号，通过频率调谐耳机听到泄漏声音，指针上看到泄漏的强度大小，同时减少背景噪音的干扰，选择实时响应调整和平均响应调整准确定位泄漏部位，便于故障分析。

(2).检测方法

超声波检测仪是由一个基本的手枪单元并附带一个耳机、一个仪表、一个灵敏度调谐器和模式转换的模块组成。测试开始前选定固定频段（20～100 kHz），灵敏度调整到最大模式，通过扫描模块开始对测试区进行扫描，如果有太多的背景噪音，采取一些屏蔽的方法。如果在该区域有太多的超声波干扰, 降低灵敏度设置并且继续扫描。如果由于干扰信号而难以分离泄漏信号，放置橡胶聚焦探头在扫描模块上并扫描测试区，观察仪表并收听冲击音，跟随声音到最响点，仪表将显示出更高的读数，降低灵敏度设置并移动仪器靠近被怀疑的泄漏部位，初步确定发电机氢气泄漏部位。

步骤三、氢质谱检漏仪快速吸枪快速准确定位氢气泄漏部位

(1).检漏原理

氢质谱检漏技术以氢气作为示踪气体，对测量本底影响小，机组可在运行状态下进行检漏，检漏速度快，从喷氢气到检漏仪响应的时间需2～3s。

氢质谱检漏仪主要由质谱室、真空系统组件和电子学控制元件三大部分组成。质谱室接在分子泵的高真空端，入口接在分子泵和机械泵之间，利用分子泵对不同气体具有不同压缩比的特点，氢气逆着分子泵的抽气方向进入质谱室，在质谱室中将气体电离，利用不同荷质比的气体具有不同电磁学特性的原理，带正电的氢离子允许到达氢检漏仪的收集板，单位时间到达收集板的氢离子对应于一个电流信号，这个电流信号与进入并到达收集板的氢离子数量成正比，电流信号显示在质谱仪的显示面板上，反映了漏点泄漏的程度。

(2).测试方法

首先将快速吸枪连接至氢质谱检漏仪，开启氢质谱检漏仪，然后调整快速吸枪灵敏度，对前期用超声波检测仪初步宽范围定位的发电机氢气泄漏部位进行氢气检测，根据仪器的响应时间和恢复时间，以及检测漏点漏率数值的大小，准确确定泄漏部位。漏率大小与泄漏部位泄漏严重程度的判断原则:漏率数值＞1×10^-6（Pa·m³)/s为严重泄漏；1×10^-7＜漏率数值＜1×10^-6（Pa·m³)/s，为大漏；1×10^-8（Pa·m³)/s＜漏率数值＜1×10^-7（Pa·m³)/s，为中漏；其中漏率为10^-6（Pa·m³)/s的泄漏部位是发电机泄漏氢气最为严重部位。

实施例 1

某电厂发电机及其附属系统存在氢气泄漏，我们采用本发明方法进行检测最终确定泄漏部位，具体步骤如下：

步骤一、采集发电机氢气泄漏相关运行参数确定检测方向

发电机氢气泄漏部位有两部分：一是氢冷发电机本体结构部件的漏氢，二是发电机外部附属系统的漏氢。氢冷发电机本体结构部件部分的发电机密封油系统运行异常，直接影响发电机的氢气泄漏程度。

通过采集氢气压力和温度，密封油空侧和氢侧油压，汽端和励端密封油温，氢油压差等见下表：

名称	单位	运行值	合格范围
				机组负荷	MW	298
氢气压力	MPa	0.3	0.3±0.02
				氢气纯度	%	96.8%	＞96%
氢气温度	℃	40	40±1
				定子冷却水压力	MPa	0.2	0.2～0.25
定子冷却水温度	℃	41	40～45
				氢冷器入口水压	MPa	0.2	最大0.25MPa
20℃时导电率	υs/cm	1.3	0.5—1.5υs/cm
				20℃时PH值	PH	7	7～8
密封油空侧油压	MPa	0.388	0.385±0.01
				密封油氢侧油压	MPa	0.387	0.385±0.01
氢油压差	MPa	0.088	0.085±0.01
				汽端密封油温	℃	45.5	43～52
励端密封油温	℃	45.7	43～52

从查询的运行数据看，运行数据均在合格范围内，发电机氢气冷却器系统、密封油系统和定子冷却水系统运行正常，不存在异常现象，但是通过向运行技术人员了解到，该机组时常发生空侧密封油压力和氢侧密封油压力调整不平衡，氢侧密封油油压大于空侧密封油油压现象。 

为此，我们确定首先对该机组的发电机本体实施检测。

步骤二、宽范围超声波检测发电机设备氢气泄漏

将ULTRAPROBE2000超声波检测仪与耳机、模式转换模块和聚焦探头连接。测试开始前选定测量模式LOG，测量频段40 kHz，灵敏度调整到最大模式，通过扫描模块开始对发电机端盖测试区进行扫描，如果有太多的背景噪音，采取一些屏蔽的方法。如果在该区域有太多的超声波干扰, 降低灵敏度设置并且继续扫描。如果由于干扰信号而难以分离泄漏信号，放置橡胶聚焦探头在扫描模块上并扫描测试区，观察仪表盘0-100变化情况，跟随声音的响亮程度，仪表盘显示数值从20升高到60，继续降低灵敏度设置并移动仪器靠近被怀疑的泄漏方位，仪表盘显示数值从60升高到99，检测声音达到最响点，初步确定发电机端盖大致氢气泄漏部位。

步骤三、氢质谱检漏仪快速吸枪快速准确定位氢气泄漏部位

首先将快速吸枪连接至氢质谱检漏仪，开启氢质谱检漏仪，然后调整快速吸枪灵敏度，对前期用超声波检测仪初步宽范围定位的发电机端盖氢气泄漏部位进行氢气检测，根据仪器的响应时间和恢复时间，以及检测漏点漏率数值的从6.2×10^-8，逐渐增大到4.04×10^-6（Pa·m³)/s，漏率为10^-6（Pa·m³)/s的泄漏部位是最为严重部位，此泄漏部位为发电机端盖法兰螺丝。

机组停机检查发现平衡阀卡涩，致使空侧密封油压力和氢侧密封油压力调整不平衡，携带大量氢气的氢侧密封油油压大于空侧密封油油压，而空侧密封油向外界分离并排出氢气，并从发电机端盖法兰螺丝泄漏，采用承压能力和流动性的液态密封胶堵漏处理，发电机日平均补氢量由原的19m³/d降到8m³/d，到达合格标准。

该种方法节省了检测发电机氢气泄漏部位所需时间，及时排除了机组安全隐患，为机组安全经济运行提供了保障。

本实施例中超声波检测仪型号为：ULTRAPROBE2000。

本实施例中氢质谱检漏仪型号为：HELIOT711W1-F220CSP。

本实施例中快速吸枪型号为：INFICONQT100。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：

步骤一、首先采集发电机氢气泄露相关运行参数，利用发电机运行参数分析氢气泄漏诊断方向；

步骤二、在步骤一诊断的方向范围内，采用超声波检测仪检测，获得发电机缩小后的氢气泄漏部位诊断范围；

步骤三、采用氢质谱检漏仪和快速吸枪对在步骤二缩小的氢气泄漏诊断范围进行精确定位。

2.根据权利要求1所述的一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法，其特征在于：步骤一所述的相关运行参数包括氢气压力和温度、密封油空侧密封油压、密封油氢侧密封油压、汽和励端密封油温，氢油压差，氢气器冷却水压，内冷水电导率变化和内冷水pH值。

3.根据权利要求2所述的一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法，其特征在于：步骤一种所述利用发电机运行参数分析氢气泄漏诊断方向，具体如下：

分析利用上述参数的历史运行数据，找出可疑参数，针对可疑参数，对可能的发电机氢气泄漏部位进行分析，找出诊断方向。

4.根据权利要求3所述的一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法，其特征在于：所述可能的发电机氢气泄漏部位包括：氢冷发电机内部本体结构部件的漏氢或发电机外部附属系统的漏氢；

所述的氢冷发电机内部本体结构部件的漏氢涉及四个部分，包括：水电连接管和发电机线棒的水内冷系统；发电机密封瓦及氢侧回油管接头的油系统；发电机氢气冷却器的循环水系统；发电机人孔、端盖、手孔、二次测量引出线端口、出线套管法兰及瓷套管内部密封、出线罩、氢冷器法兰、转子导电杆等的氢密封部件；

所述的发电机外部附属系统的漏氢包括氢管路阀门及表计、空、氢油压调节系统、氢油分离器、氢器干燥装置、氢湿度监测装置、绝缘过热检测装置。

5.根据权利要求1所述的一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法，其特征在于：所述步骤二采用超声波检测仪检测的具体方法如下：

先选定固定频段20～100 kHz，灵敏度调整到最大模式进行扫描，根据干扰信号，逐渐降低灵敏度，观察仪表并收听冲击音，跟随声音到最响点，仪表将显示出更高的读数，降低灵敏度设置并移动仪器靠近被怀疑的泄漏部位，初步确定发电机氢气泄漏部位。

6.根据权利要求1所述的一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法，其特征在于：所述步骤三采用氢质谱检漏仪和快速吸枪进行精确定位的方法如下：

首先将快速吸枪连接至氢质谱检漏仪，开启氢质谱检漏仪，然后调整快速吸枪灵敏度，对步骤二用超声波检测仪初步宽范围定位的发电机氢气泄漏部位进行氢气检测，根据仪器的响应时间和恢复时间，以及检测漏点漏率数值的大小，准确确定泄漏部位。

7.根据权利要求6所述的一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法，其特征在于：所述检测漏点漏率数值的大小，准确确定泄漏部位的判断如下：

漏率数值＞1×10^-6（Pa·m³)/s为严重泄漏；1×10^-7＜漏率数值＜1×10^-6（Pa·m³)/s，为大漏；1×10^-8（Pa·m³)/s＜漏率数值＜1×10^-7（Pa·m³)/s，为中漏；其中漏率为10^-6（Pa·m³)/s的泄漏部位是发电机泄漏氢气最为严重部位。

8.根据权利要求1所述的一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法，其特征在于：所述超声波检测仪型号为：ULTRAPROBE2000。

9.根据权利要求1所述的一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法，其特征在于：所述氢质谱检漏仪型号为：HELIOT711W1-F220CSP。

10.根据权利要求1所述的一种大型汽轮发电机氢气泄漏检测方法，其特征在于：所述快速吸枪型号为：INFICONQT100。