水輪發(fā)電機冷卻介質(zhì)安全管理

李永祥，袁 博，任 翔

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

0 引言

水輪發(fā)電機的冷卻方式有全空冷和介質(zhì)內(nèi)冷兩大類。其中介質(zhì)內(nèi)冷方式按冷卻介質(zhì)不同，分為水內(nèi)冷和蒸發(fā)冷卻兩種。在我國，自循環(huán)蒸發(fā)冷卻技術(shù)經(jīng)過10 MW，50 MW 和400 MW 工業(yè)機組的運行實踐，已經(jīng)發(fā)展成為一種成熟的水輪發(fā)電機定子繞組冷卻方式。目前，蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機所使用的冷卻介質(zhì)主要有CFC-113 和HFC-4310 兩種。通過對冷卻介質(zhì)臭氧耗減潛能值(ODP)和全球變暖潛能值(GWP)的對比，綜合考慮介質(zhì)的傳熱性能和環(huán)境影響，HFC-4310 成為較優(yōu)選擇，開始逐步在新投產(chǎn)蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機中應(yīng)用。通常情況下，大型機組的冷卻介質(zhì)單臺使用量2 000～3 000 kg，一般情況下，還需儲備一臺機組備用量。一座電站若按投產(chǎn)3 ～4 臺蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機計算，水電廠管理的冷卻介質(zhì)總量將超過10 000 kg。在倉儲、運輸、生產(chǎn)等活動中違章作業(yè)、管理不善、安全措施不到位，極有可能造成冷卻介質(zhì)的大量泄漏或其他事故，對環(huán)境和人員造成傷害并產(chǎn)生直接經(jīng)濟損失。因此，冷卻介質(zhì)的安全管理，是水電廠安全生產(chǎn)活動的重要組成部分。有效和可靠的管理體系和措施，才能實現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn)的目標(biāo)。

1 冷卻介質(zhì)特性

HFC-4310 化學(xué)名稱為2,3-二氫十氟戊烷，分子式C5H2F10。是ODP 值為零，GWP 值較低的無色透明液體。具有不燃性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和低毒性，還有蒸餾的易復(fù)原性。廣泛應(yīng)用于清洗和傳熱領(lǐng)域。所以，在通常情況下，HFC-4310是一種安全的化學(xué)品。其與CFC-113 的物理及化學(xué)特性對比如表1 所示。

但是HFC-4310 作為一種化學(xué)品，如果在生產(chǎn)活動中疏于管理，無序、不謹慎、不規(guī)范地使用，也會造成巨大的危險和損失。其潛在危害性主要表現(xiàn)在以下兩方面。

(1) HFC-4310 是極易揮發(fā)的液體，其蒸氣比空氣重8 倍。如果在使用過程中發(fā)生大量泄漏，液體噴濺到工作人員臉部或臉部附近時，局部口鼻處高濃度的蒸氣會排擠空氣，造成窒息。

(2) HFC-4310 在300 ℃以下時，是熱學(xué)穩(wěn)定的。但是如果運行機組或者存儲倉庫發(fā)生爆炸、火災(zāi)等極端災(zāi)害時，在溫度超過500 ℃時，HFC-4310 將分解成劇毒、強腐蝕性的氟化氫(HF)和碳酰氟(COF2)等物質(zhì)，對人員和環(huán)境造成極大危害。

表1 物理及化學(xué)特性

因此，冷卻介質(zhì)的管理水平，既關(guān)系到水輪發(fā)電機設(shè)備的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，又關(guān)系到水電廠工作人員的人身安全，還涉及對周圍環(huán)境的影響。

2 冷卻介質(zhì)安全管理原則

冷卻介質(zhì)的安全生產(chǎn)管理，必須依照國家法律和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的管理程序和措施，必須結(jié)合水電廠設(shè)備管理和安全生產(chǎn)的要求，做到“設(shè)備責(zé)任到崗，安全責(zé)任到人”。使得冷卻介質(zhì)最大限度減少其危害性的一面，最大限度發(fā)揮其應(yīng)用性的一面。保證冷卻介質(zhì)的質(zhì)量得到保障，保證工作人員不受冷卻介質(zhì)的傷害，保證發(fā)電設(shè)備不因冷卻介質(zhì)的泄漏等發(fā)生損失。因此，冷卻介質(zhì)的安全管理原則主要有以項：

(1) 建立完善的冷卻介質(zhì)管理規(guī)章制度，明確安全責(zé)任；

(2) 建立嚴(yán)格的冷卻介質(zhì)監(jiān)督機制及操作規(guī)程；

(3) 提高工作人員安全意識，做好冷卻介質(zhì)相關(guān)培訓(xùn)工作；

(4) 編制冷卻介質(zhì)相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，提高事故應(yīng)急能力。

3 冷卻介質(zhì)安全管理措施

3.1 建立健全冷卻介質(zhì)安全管理制度

根據(jù)國家相關(guān)法律和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合水電廠自身設(shè)備運行管理和安全生產(chǎn)規(guī)定，建立和健全適用于水電廠的冷卻介質(zhì)安全管理制度。加強對冷卻介質(zhì)存儲、運輸、使用和廢棄環(huán)節(jié)的管理，做到每個環(huán)節(jié)都有章可循，有據(jù)可查，嚴(yán)格規(guī)范員工的操作行為。

針對冷卻介質(zhì)HFC-4310，水電廠在水輪發(fā)電機蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)檢修規(guī)程及運行規(guī)程中，應(yīng)明確規(guī)定其驗收、運輸、存儲、使用等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)、程序、安全措施等相關(guān)要求。尤其在對設(shè)備的檢修維護和技術(shù)改造過程中，涉及到冷卻介質(zhì)的加注和排出，以及吊裝、動火等特殊作業(yè)時，要做到有方案、有計劃、有安全保障措施，并嚴(yán)格執(zhí)行特殊作業(yè)的安全審批制度。在現(xiàn)場作業(yè)過程中，做到有專人監(jiān)護作業(yè)行為及質(zhì)量控制，確保安全措施到位且風(fēng)險識別準(zhǔn)確，保證冷卻介質(zhì)的安全管理制度落實到位。

3.2 建立冷卻介質(zhì)監(jiān)督管理臺賬

3.2.1 建立冷卻介質(zhì)質(zhì)量監(jiān)督臺賬

質(zhì)量監(jiān)督臺賬，是冷卻介質(zhì)可以在水輪發(fā)電機蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)安全運行的重要依據(jù)。其主要內(nèi)容包括冷卻介質(zhì)新液入庫檢驗、檢修過程中對系統(tǒng)內(nèi)冷卻介質(zhì)的抽樣檢驗以及運行過程中對冷卻介質(zhì)的抽樣檢驗。新購買的冷卻介質(zhì)，必須符合冷卻介質(zhì)新液檢驗標(biāo)準(zhǔn)方可入庫。對系統(tǒng)內(nèi)冷卻介質(zhì)必須定期進行抽樣檢驗，符合冷卻介質(zhì)工作液檢驗標(biāo)準(zhǔn)方可繼續(xù)使用。

3.2.2 建立冷卻介質(zhì)泄漏監(jiān)督臺賬

冷卻介質(zhì)泄漏監(jiān)督臺賬主要監(jiān)測機組運行時冷卻介質(zhì)的液位及壓力變化情況，根據(jù)介質(zhì)液位和壓力的變化趨勢分析泄漏情況。在蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)最開始運行的兩年內(nèi)，冷卻介質(zhì)泄漏監(jiān)督臺賬按周度記錄。蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)運行穩(wěn)定之后，冷卻介質(zhì)泄漏監(jiān)督臺賬可按月度或者季度記錄。每年定期對泄漏監(jiān)督臺賬進行專項分析，獲得蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)及冷卻介質(zhì)的安全運行數(shù)據(jù)。每周記錄水輪發(fā)電機組在開機或者停機狀態(tài)下的冷卻介質(zhì)液位及壓力數(shù)據(jù)，可以分析冷卻介質(zhì)的液位及壓力的上升或下降趨勢，從而對冷卻介質(zhì)的運行情況進行分析管理。

3.3 完善生產(chǎn)現(xiàn)場安全警示設(shè)備和標(biāo)識

在冷卻介質(zhì)使用現(xiàn)場，必須安裝介質(zhì)泄漏監(jiān)測報警裝置，監(jiān)測冷卻介質(zhì)泄漏量和氧氣含量兩個值。在冷卻介質(zhì)可能泄漏的場所，設(shè)置醒目的警示標(biāo)識，提醒相關(guān)工作人員冷卻介質(zhì)泄漏風(fēng)險，并注明泄漏可能導(dǎo)致的傷害后果；放置氧氣呼吸器、防化服等防護設(shè)備，供現(xiàn)場人員在緊急情況下使用。嚴(yán)格限制在儲存冷卻介質(zhì)的倉庫、區(qū)域和設(shè)備上進行動火作業(yè)，劃出動火作業(yè)安全區(qū)。

水電廠在蒸發(fā)冷卻發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)應(yīng)設(shè)置冷卻介質(zhì)泄漏監(jiān)測報警裝置。根據(jù)人體在HFC-4310中的適用暴露極限濃度值，需設(shè)置200 mg/L 和400 mg/L 兩級報警，并實時監(jiān)控風(fēng)洞內(nèi)氧氣含量。針對HFC-4310 的特性，對參與運行和檢修工作的員工設(shè)置以下警示：

(1) 嚴(yán)禁將頭伸入HFC-4310 儲存罐體內(nèi)或是暴露在HFC-4310 氣體中(防止缺氧或者窒息)；

(2) 嚴(yán)禁未穿戴任何防護裝置進入低洼的有HFC-4310 泄露情況的封閉工作場所；

(3) 嚴(yán)禁液態(tài)的或者氣態(tài)的HFC-4310 接近開放性的火源或者高溫的金屬(防止其分解成為有毒的HF 與COF2)。

3.4 加強工作人員冷卻介質(zhì)性能和安全生產(chǎn)培訓(xùn)

冷卻介質(zhì)作為一種化學(xué)品，擁有較為特殊的物理及化學(xué)性能。針對現(xiàn)場工作人員，特別是廠外人員的知識培訓(xùn)和安全培訓(xùn)就顯得尤為重要。另外，冷卻介質(zhì)的培訓(xùn)工作是一個長期的、不斷提升的過程，要分期分批進行，做到“不漏掉一個人員，不放過任何盲點”。尤其是在機組蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)大修期間，由于廠外人員較多，他們對冷卻介質(zhì)的性能和潛在危害了解不夠深刻，化學(xué)品安全生產(chǎn)意識較為淡薄，因此在大修前對工作人員進行冷卻介質(zhì)知識和安全強化培訓(xùn)是非常必要的。

針對冷卻介質(zhì)HFC-4310 的潛在危害性，水電廠應(yīng)對參與檢修人員提出明確的要求并進行專業(yè)培訓(xùn)：

(1) 熟悉水輪發(fā)電機蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)圖紙及技術(shù)文件；

(2) 熟悉蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)動力/控制柜、介質(zhì)加排液裝置、介質(zhì)回收裝置的使用方法和操作步驟；

(3) 了解HFC-4310 的物理、化學(xué)特性及其可能帶來的危害，掌握HFC-4310 的使用、存儲、回收、保管方法；

(4) 熟知HFC-4310 監(jiān)測報警裝置報警后的應(yīng)對方法和措施。

3.5 編制冷卻介質(zhì)大量泄漏和極端災(zāi)害預(yù)案

在化學(xué)品的安全管理中，發(fā)生事故時的應(yīng)急處置能力是非常關(guān)鍵的一環(huán)。冷卻介質(zhì)作為水電廠大規(guī)模使用的化學(xué)品，其發(fā)生安全事故時的應(yīng)急處置是對電廠管理層和安全監(jiān)管的重大考驗。因此，未雨綢繆是一個必然選擇。預(yù)想冷卻介質(zhì)安全事故的發(fā)生，編制冷卻介質(zhì)安全事故應(yīng)急處置預(yù)案，是對冷卻介質(zhì)安全管理的基本要求。

冷卻介質(zhì)安全事故預(yù)想，主要有大量泄漏事故和極端災(zāi)害(火災(zāi)、爆炸等)事故。冷卻介質(zhì)大量泄漏事故應(yīng)急處置預(yù)案，應(yīng)包括冷卻介質(zhì)大量泄漏后機組停機處置、人員撤離方式方法、現(xiàn)場工作(如焊接)停工撤離、泄漏場所排氣換氣措施、受傷害人員緊急救治、事故后的環(huán)境修復(fù)等主要內(nèi)容。冷卻介質(zhì)極端災(zāi)害應(yīng)急處置預(yù)案，則需要預(yù)想更加危險的情況，包括災(zāi)害導(dǎo)致的介質(zhì)泄漏處置、災(zāi)害現(xiàn)場的人員撤離、災(zāi)害中受傷人員救治、介質(zhì)分解導(dǎo)致的有毒物質(zhì)處置等內(nèi)容。

只有編制了科學(xué)、詳細、可行的事故預(yù)案，才能在安全事故發(fā)生時，及時、合理的指揮事故的處置，避免出現(xiàn)更大的事故。

4 結(jié)束語

蒸發(fā)冷卻作為一種新型的發(fā)電機內(nèi)冷方式，已經(jīng)逐步應(yīng)用于巨型水輪發(fā)電機組。蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)冷卻介質(zhì)的安全管理成為電廠安全生產(chǎn)的重要組成部分。以冷卻介質(zhì)HFC-4310 為例，作為一種特殊應(yīng)用的化學(xué)品，冷卻介質(zhì)安全管理至少應(yīng)做到以下3 點。

(1) 完善的冷卻介質(zhì)管理規(guī)章制度和嚴(yán)格的冷卻介質(zhì)監(jiān)督機制。編寫冷卻介質(zhì)使用規(guī)程，建立冷卻介質(zhì)管理臺賬。

(2) 針對工作人員的冷卻介質(zhì)使用安全培訓(xùn)。強化工作人員的化學(xué)品使用安全意識，明確告知其冷卻介質(zhì)的潛在危害可能。

(3) 醒目的危險警示標(biāo)識和科學(xué)的事故處置預(yù)案。危險警示標(biāo)識可以提醒工作人員加強安全生產(chǎn)意識，編制預(yù)案則能提高水電廠事故應(yīng)急處置能力。