摘 要：分析了水氢氢发电机组定冷水箱排氢量检测的一般方法，提出膜式燃气表测量法是较为准确、经济的一种方法，给出了膜式燃气表的选型、安装使用建议，有助于提高发电机定冷水箱排氢量测量精度。
关键词：发电机；定冷水箱；排氢量；测量
0 引言
为防止发电机定冷水系统泄漏造成主设备严重损害，水氢氢发电机组一般会将监测定子水箱漏氢浓度变化及排氢量多少作为预防手段之一加以采用。新版《二十五项反措》明确规定，内冷水箱含氢（体积含量）超过2%时应加强发电机的监视，超过10%应立即停机消缺；内冷水系统中漏氢量达到0.3 m3/d时应在计划停机时安排消缺，漏氢量大于5 m3/d时应立即停机处理。
目前，国内电厂较多采用0～4%量程的氢敏传感器测量定子水箱漏氢浓度，不能单独为停机消缺提供依据，一般会参考定冷水漏氢量多少等其他因素综合判断是否需要停机消缺。因此，如何准确测量发电机定冷水箱排氢量显得尤为重要。
1 通过膜式燃气表测定冷水箱排氢量
水氢氢发电机定子冷却水箱一般采用微正压运行（0.035 MPa左右），当水箱内氢气积聚较多，水箱压力升高超过压力释放阀定值时，气体通过压力释放阀、排空管道、气体流量计最后排入大气。针对定冷水箱这种间歇性排氢、微差压的特点，膜式燃气表测量排氢量被电厂广泛应用，而要准确测量定冷水箱排氢量，还需做好以下几方面工作：
1.1 合理选择膜式燃气表量程
根据《二十五项反措》规定，立即停机最大漏氢量为5 m3/d，即0.208 3 m3/h，则所选膜式燃气表最小测量范围小于0.208 3 m3/d较为合适。通过查看大部分国产膜式燃气表厂家资料，发现只有型号B级G1.6满足使用要求，其主要参数如下：公称流量1.6 m3/h、最大流量2.5 m3/h、最小流量0.016 m3/h、工作压力范围0.5～30 kPa、基本误差1.5%、最小读数0.000 2 m3/h。
目前，大部分电厂采用发电机厂配套的膜式燃气表测量排氢量，一般该燃气表量程偏大，建议换型。如某电厂配套膜式燃气表型号为Elster公司的AL-425，其技术参数为：公称流量12 m3/h、最小流量0.05 m3/h、工作压力2.8～170 kPa，无论从最小流量还是从最小工作压力来看都不太适合测量定子冷却水箱排氢量。
1.2 合理选择膜式燃气表安装位置
定冷水箱通过压力释放阀释放的气体一般为氢气、空气、水蒸气的混合体，温度为45 ℃左右，水蒸气经膨胀遇冷会凝结成水，时间长了后会汇集在排气管壁内部，如膜式燃气表离压力释放阀较近，部分凝结水会凝结积聚在膜式燃气表膜盒内，不仅影响测量的准确性，还会造成皮膜加速老化，缩短燃气表使用寿命。因此，建议膜式燃气表安装在汽机平台，防止凝结水进入燃气表膜盒内部，同时方便运行人员巡检记录。另在压力释放阀前后管道装设凝结水排水管，排水管出口设计成U形水封，方便凝结水及时流出，同时防止空气进入内冷水系统（图1）。
图1 发电机定冷水箱排氢测量示意图
V1—漏氢采样隔离阀 V2—正常排氢手动阀V3—排氢旁路手动阀 V4—排氢压力释放阀V5—气体排空阀 V6—气体收集阀V7—排氢截止阀 V8—排氢至收集装置手动阀
另为确保漏氢传感器及时反映定冷水箱内部氢气浓度变化，同时防止发生误报现象，建议漏氢传感器安装在水箱顶部，通过三通与水箱排氢口和压力释放阀管道相连。部分电厂漏氢传感器单独安装在水箱顶部，因气体无法及时流通极易造成取样管道内部积聚氢气，发生传感器误报现象，同时内冷水箱补水时因水箱气体空间挤压也易发生误报现象。
1.3 日常运行维护工作注意要点
为了预防发电机定冷水系统泄漏，必须在日常运行维护中注意以下几点：首先运行人员要高度重视漏氢浓度信号的异常升高现象，及时通知检修人员确认信号准确可靠，因为漏氢浓度变化信号是内冷水系统即将泄漏的最先报警信号；二是确保内冷水箱顶部排空直排管道关闭，排氢必须经过压力释放阀及膜式燃气表排出，排氢量统计才能准确及时；三是加强压力释放阀、膜式燃气表的定期校验，使其保持在良好的工作状态；四是漏氢浓度升高后应加强排氢量的定期巡检记录，发现超过5 m3/d后应果断停机消缺处理。
2 通过检查定冷水箱压力变化测排氢量
如定冷水箱漏氢浓度发生高报警，因某种原因排氢流量计无法准确测量排氢量，可通过检测定冷水箱顶部压力变化来计算出单位时间的排氢量。
定冷水箱压力变化法测排氢量使用到的工作原理为波马定律，即对于一定质量的气体，在其温度保持不变时，它的压强和体积成反比；或者说，其压强P与它的体积V的乘积为一常量，即PV=C（常数）（T不变时）或P1V1=P2V2。在一定时间内，如果维持定冷水箱上部气体体积不变，关闭水箱所有排气阀门，一段时间后排氢量在水箱内部增加会使得水箱压力发生变化，通过检测压力变化可计算出水箱内气体体积变化。具体方法如下：
（1）首先通过调节内冷水箱补水电磁阀旁路门补偿化学测量取样用水，以确保定冷水箱水位基本不变（1 h水位变化量不超过±5 mm）。
（2）测量水箱水位、水箱半径、人孔半径和高度可计算出水箱上部气体部分体积V，计算误差一般不会超过0.01 m3。
（3）测量开始前将定冷水箱所有排气阀门关闭，通过水箱压力取样管将水箱压力释放到大气压，然后选择一块0.25级、量程不超过0.1 MPa的数字压力表接入，开始计时并记录压力变化。
（4）随着水箱内部压力升高，定冷水泵电流、出口压力肯定会发生变化，因此测量过程中密切监视其变化，发现异常应立即终止测量，打开水箱排气门，恢复正常运行。
假如测量过程为1 h，结束时水箱压力为0.03 MPa，大气压为0.1 MPa，水箱上部气体体积V为0.6 m3，则排氢量ΔV计算方法为：
通过上面计算得出，1 h的排氢量ΔV为0.18 m3，通过三次测量取平均值，可得出每小时的排氢量，进而计算出每日定冷水箱排氢量。
3 通过气体收集法测排氢量
如定冷水箱漏氢浓度发生高报警，因某种原因排氢流量计无法工作、定冷水箱顶部气体空间无法准确测量，还可以通过气体收集法测量出定冷水箱单位时间的排氢量。
气体收集法测排氢量为钟罩式气体流量标准装置的反向应用，使用到的工具有：一个规则的气体收集容器，建议使用透明塑料制作，底部装有手动阀门，尺寸为500 mm×500 mm× 1 000 mm，总容积0.25 m3，使用容积0.2 m3；敞口水箱一个，比气体收集容器稍大即可；通径10 mm压缩空气软管6 m左右；拉绳3 m左右；滑轮组2对；支架1个；砝码1组，重量为气体收集容器自重的1.5～2倍（图1）。
气体收集法测排氢量具体方法如下：
（1）将气体收集装置按图1组装，排氢收集接入点可选示意图位置，也可选择定冷水箱压力测量取样点，考虑电厂一般未预留V7和V8阀门，本文选排氢接入点为定冷水箱压力测量取样点加以说明。
（2）装置连接完成后，首先检查收集装置连接是否泄漏：关闭定冷水箱压力测量手动阀，打开V5气体排空阀，空气进入气体收集容器内，空气柱升高至100 mm左右时关闭V5气体排空阀，打开V6气体收集阀，气体收集容器会在砝码重力和大气压力互相作用下平衡下来，此时记录空气柱高度h，0.5 h内空气柱高度h不发生变化则表明收集装置连接严密，托起砝码，打开气体排空阀V5，将气体收集装置内空气排空后关闭气体排空阀V5，放开砝码。
（3）通过调节定冷水箱补水电磁阀旁路门补偿化学测量取样用水，以确保内冷水箱水位基本不变（1 h水位变化量不超过±5 mm）。
（4）测量开始前将定冷水箱压力排至大气压后关闭所有排气阀门，然后打开V6气体收集阀和定冷水箱压力测量手动阀，将定冷水箱与气体收集装置通过气管连通，气体收集装置因为砝码重力的原因上升，吸收一部分定冷水箱上部的气体进入形成气体柱，此时开始计时。计时终结时，手动缓慢抬高砝码，使气体收集装置内外液面一致，记录下此时的气柱高度h（单位为m），则这一段时间的排氢量为0.25h（单位为m3）。测量三次取平均值，可计算出定冷水箱的日排氢量。
4 结论
（1）选用膜式燃气表测发电机定冷水箱排氢量是目前最通用、最有效的一种测量方法，但必须注意燃气表的量程选择和安装方式，否则会影响使用效果。
（2）在膜式燃气表无法正常工作的条件下，可通过测量定冷水箱压力变化或使用气体收集法检测出发电机定冷水箱排氢量。在能够比较准确测量定冷水箱上部气体体积的情况下，首选定冷水箱压力变化测排氢量，否则可制作气体收集装置测量排氢量。
