利用先进的泄漏检测技术提高发电安全性

用二氧化碳作为示踪气体进行光学气体成像有助于快速精确地确定泄漏位置

概要

氢冷发电机的维护对发电站的安全高效运营至关重要。这包括查找并修复制冷系统的氢泄露，这需要彻查部件、阀门、配件或其它位置。遗憾的是，传统的氢气泄漏检测方法无法可靠地确定泄漏的真正源头。专门滤波显示二氧化碳的光学气体热像仪（OGI）能极大提高泄漏检测的效率和绩效，当使用二氧化碳作为示踪气体时，能为电力企业提供有效查找氢泄漏的机会。

蒸汽涡轮机用于发电应用

蒸汽涡轮发电机在运行时产生大量热，必须除去这些热量以维持发电机效率。尽管也有使用空气、水和油等介质制冷，气态氢的低密度、高比热和热导率使其成为出色的发电机冷却介质。由于氢资源丰富，其使用成本相对低廉。氢制冷使发电站运营商能够使用更小型的发电机发更多的电。考虑到氢原子体积微小，且发电机系统中有数百个阀门和其它接头，一定程度的氢泄漏往往被认为是无法避免而且正常的。泄漏常发生在有密封垫的接头处，例如发电机人孔盖或管道的接头处；泄漏也可能发生在氢制造、储存或循环系统的其它位置，如氢干燥器垫板上的阀门处。氢泄漏高于正常水平意味着发电机维护人员必须花额外时间加氢以维持系统中冷却所需的气压。大规模泄漏的更引发对电厂工作人员安全性的担忧。由于发电厂操作员负责监测氢消耗量，氢消耗量显著增加通常引发泄漏调查。由于氢易挥发，需要评估发电机中氢使用率的任何变化并确定泄漏位置，以确保没有安全隐患。空气和氢的混合物极易燃烧。尽可能地减少氢气在空气中的泄漏非常重要，尤其是因为氢可能泄漏到通风不良的区域——引起较高的爆炸风险。空气中氢的爆炸范围很广，需要极少能量便可点燃；即便是静电放电产生的火花在合适条件下也会点燃气态氢。

氢泄漏，无论大小，都很难发现，因为氢无色无味，肉眼无法看见。确定涡轮发电机上泄漏位置的传统方法既耗费时间又不可靠，导致意外停机或受伤的风险增加。

工业设施中阀门处的气体泄漏

传统的泄漏探测方法

对于发电机维护人员而言，将氢泄漏控制在可接受水平的第一步是找到氢泄漏。检查泄漏的技术含量低的方式之一是向疑似泄漏处喷洒Snoop检漏液（水和表面活性剂的混合物），然后寻找逃逸气体的气泡。这种泄漏探测方法往往会令人疲于奔命而且耗费时间，因为这需要维护人员了解泄漏的源头，知道应该在什么地方喷洒。维护人员也会遇到可能发生泄漏的、极难触及的接头。对于许多位置，尽可能靠近以使用Snoop或肥皂水喷雾需要安装和拆除脚手架——这是一个极其耗时、代价高昂且耗费人力的过程。专用手持式氢探测器，称作“嗅探器”，也常常被用到。嗅探器能量化气体泄漏，确定气体浓度，需要极大精度，而且它的局限性与Snoop极为相似。为了高效地工作，必须将这些手持式探测器直接置于泄露气柱位置，而气柱的尺寸可能极小，很容易被忽略。光学气体成像提供一种技术上更先进的解决方案。某些电力企业转而采用光学气体成像（OGI）技术，在计划停机期间向运营系统的氢中添加少量的六氟化硫。在正常运行期间，六氟化硫示踪气体随氢气一起加入系统，然后通过热像仪检测泄漏。这些热像仪无法检测到氢气本身，但是能检测到示踪气体，即便示踪气体浓度很低。这种方法比使用Snoop或嗅探器精确得多，并且使维护人员能够与发电机保持安全距离。但示踪气体六氟化硫是一种温室效应潜能值很高的气体（GWP 23,000），针对其使用的监管要求越来越严格。因此，它并不适合所有发电应用，而且成本效益较差。

阀门处气体泄漏的图像。FLIR GF343等光学气体热像仪可用于检测电力公用事业公司的类似泄漏。

热成像技术使采用更环保的示踪气体成为可能

幸好六氟化硫不是氢冷发电机系统泄漏检测唯一可用的示踪气体。FLIR GF343热像仪等替代性OGI技术能检测到浓度为3%至5%的二氧化碳（CO2）泄漏。二氧化碳在发电站大量存在，与六氟化硫相比，价格低廉，其温室效应潜能值要低很多，且使用限制也较少。在正常运行期间随氢一起直接加入发电机时，二氧化碳不会影响涡轮机中的氢纯度或正常制冷运行。查找现有泄漏的安全且良好的方式是在计划停机期间排净系统中的氢气并且用二氧化碳替代氢气。这样能够让二氧化碳的浓度更高，因而更易发现泄漏。FLIR GF343的热像仪采用经光谱过滤的焦平面阵列（FPA）锑化铟（InSb）探测器，对二氧化碳气体的红外吸收谱带响应灵敏。这种高度灵敏的热像仪能够从安全距离外轻松实时可视化二氧化碳泄漏，因此电厂维护人员能够找出微小泄漏和核查维修结果，同时避免停电或代价高昂的监管罚款。

利用GF343将二氧化碳作为示踪气体，检查发电设施中许多组件的氢泄漏。

光学气体成像的优势

与传统泄漏探测技术相比，光学气体热像仪为氢冷系统维护人员带来许多优势。利用这些轻巧便携的设备，检测人员无需直接接触设备，便能够从不同距离处快速扫描大片区域。此外，这些设备支持检测使用接触式测量工具难以接触的区域，如氢冷系统中成百上千的接头和配件。由于Snoop和嗅探器等传统方法带有碰运气的特点，有时在设备运行时很难检测到严重泄漏。查找泄漏可能需要计划外停机，这会对公用事业公司的盈利产生巨大影响。

利用FLIR GF343，可以在正常运行期间对设备进行检测，从而避免了这种意外停机。热像仪甚至能在发电机保持运行的情况下检测泄漏并且使系统的某些绝缘部件（如氢干燥器垫板）的快速维修成为可能。许多热像仪还收集图像或视频上的GPS数据标记。该位置信息可以归档，以供创建下次发电机计划停机时的维修作业请求。此外，对泄漏图像进行保存使维护人员能够判断泄漏情况是否随着时间推移而恶化。更重要的是，热像仪系统为维护人员提供了将泄漏水平保持在可接受水平以下所需的信息，确保发电机能够持续安全地运行。

结论

意外停机代价高昂，为发电设施带来了不必要的负担。使用灵敏度高的光学气体热像仪并将二氧化碳用作示踪气体，以此替代传统检测方法，能够实时可视化氢泄漏，监测氢泄漏随时间的变化，并制定经济高效的维护计划。光学气体热像仪能够及早检测出泄漏和热异常现象，降低维护成本，缩短停机时间，潜在避免人员严重受伤。光学气体热像仪能带来所有这些益处，与其它气体泄漏检测方法相比更具优势且省却了麻烦。