Приложение А (обязательное). Необходимые меры предосторожности при использовании турбогенераторов с водородным охлаждением

Приложение А
(обязательное)

Необходимые меры
предосторожности при использовании турбогенераторов с водородным охлаждением

А.1 Общие положения

Это приложение является руководством по особенностям конструкции и работы генератора, позволяющие избежать происшествий или воспламенения горючей смеси водорода с воздухом внутри генератора или внутри и вне сопутствующего оборудования. Это приложение не является исчерпывающим перечнем мероприятий или практических наставлений, достаточных для обеспечения безопасной конструкции и работы установки. Ответственность за безопасность генератора и вспомогательного оборудования обеспечивается в первую очередь производителем. Ответственность за безопасность конструкции генератора и других частей установки должна согласовываться между участвующими сторонами.

Производитель отвечает за официальные инструкции по эксплуатации. Любое изменение этих инструкций для конкретной установки может быть внесено только после его проверки производителем.

Ответственность за безопасную работу ложится на пользователя оборудования.

А.2 Чистота водорода

Чистота водорода должна быть не менее 99% объемных.

А.3 Нормальные рабочие операции

Нормальными рабочими операциями являются:

- заполнение генератора водородом,

- работа генератора, заполненного водородом,

- запуск, отключение и неподвижное положение генератора в заполненном водородом состоянии,

- очистка генератора от газа.

А.4 Меры по защите контактных колец и возбудителя

Если возбудитель или контактные кольца расположены в оболочке, в которую может проникнуть водород, следует предотвратить накопления взрывоопасной смеси воздуха с водородом. Например, путем продувки воздуха через эту оболочку, как показано в разделе А.7.

Продувку легко осуществить при вращении вала с номинальной скоростью. Дополнительные меры следует предпринять, если вал неподвижен или вращается с низкой скоростью. В оболочке могут быть предусмотрены входной и выходной каналы для вентиляции утечек водорода путем естественной конвекции и вытеснения. Если для вентиляции используются местные вентиляторы, то их двигатели должны иметь взрывозащищенное исполнение в соответствии с соответствующим разделом стандарта IEC 60079. Вентиляторы не должны откачивать воздух. Они должны обеспечивать форсированный приток от источника чистого воздуха.

А.5 Вспомогательное оборудование

А.5.1 Общие положения

Если используется вспомогательное оборудование, то оно должно удовлетворять требованиям пп. А.5.2 - А.5.8.

А.5.2 Дегазационные емкости

Дегазационные емкости для водорода и масла для уплотнений должны выдерживать испытательное давление, равное 1,5 максимального абсолютного рабочего давления или абсолютное давление 900 кПа, что еще больше.

Хрупкие и возможно пористые материалы, такие как чугун, не должны применяться для деталей, подверженных давлению водорода или масла.

А.5.3 Осушитель газа

Осушители газа должны выдерживать испытательное давление, равное 1,5 максимального абсолютного рабочего давления или абсолютное давление 900 кПа, что еще больше.

Для обеспечения малой влажности могут быть использованы различные системы, установленные в корпусе генератора. Это оборудование, носящее название "осушители газа". Это оборудование должно быть выполнено при соблюдении следующих общих правил безопасности:

- если осушающий агент в осушителе требует периодической реактивации, то это оборудование должно показывать, когда реактивация необходима и когда она полностью завершена;

- если в процессе реактивации используется воздух, то оборудование должно исключать возможность его попадания в корпус генератора. Это требует применения запорного крана или легко удаляемого патрубка специального типа;

- если для осушения газа используется нагреватель, он должен работать при температурах, гораздо меньших, чем температура возгорания любой возможной водородно-воздушной смеси. Типичный разрешенный предел равен 300°С. Более низкий предел возможен для предотвращения порчи осушающего агента, такого как окись алюминия. Нагреватель может быть устроен так, например, что его выключатель жестко связан с запорными кранами, так что он работает только во время регенерации;

- если оборудование допускает вытекание конденсата из камеры осушителя, которая подвержена давлению водорода, оно должно предотвращать любую значительную утечку водорода;

- измерительные и контрольные устройства, имеющие электрические цепи и могущие содержать внутри смесь горючего газа, должны противостоять его возможному взрыву.

Примечание - Требования к измерительным и контрольным устройствам, не связанным с осушителем газа, могут быть нормированы в отдельном разделе будущего издания этого стандарта.

Подходящими типами являются, например, "пожаробезопасная оболочка" или "внутренне безопасные" устройства в соответствии с IEC 60079. Они применяются, например, для следующих устройств: электрические устройства, контролирующие чистоту водорода, контактные электрические манометры или термометры, снабженные системой дистанционной передачи данных.

А.5.4 Электрические соединения

Соединения между отдельными элементами электрических цепей должны быть выполнены так, чтобы их превышения температуры во время работы, вибрации или старение изоляционных материалов не вызывали нарушения контактов. Соответствующие примеры приведены в IEC 60079. Электрические соединения должны быть выполнены так, чтобы предотвратить их ослабление, которое может вызывать искрение.

А.5.5 Система хранения водорода

Во избежание случайного высвобождения большого объема водорода либо внутрь корпуса генератора из-за неисправности контрольного клапана, либо в окружающую среду в случае его утечки следует придерживаться следующих правил.

А.5.5.1 Трубопроводы должны быть изготовлены и поддерживаться в состоянии, позволяющем защитить их насколько возможно от случайных повреждений. Если любой водородный трубопровод размещен в оболочке или под землей, он должен позволять выявить утечку водорода и безопасно устранить ее.

А.5.5.2 Если генератор имеет индивидуальную систему снабжения водородом от батареи баллонов с водородом, расположенной внутри корпуса генератора (каждый имеет емкость от 6 до 10  при нормальном давлении и температуре), батарея должна содержать только такое число баллонов, которые в сумме содержат при нормальном давлении и температуре около 80  водорода. Только два или три из них (соответственно около 20 ) используется одновременно.

А.5.5.3 Более крупная установка, от которой питается один или несколько генераторов, располагается вне корпуса генератора. Если происходит непрерывная подача водорода, то рабочее давление поддерживается с помощью контрольного водородного клапана, а соединительные трубы, расположенные вне корпуса генератора, должны иметь

a) автоматический запорный клапан (срабатывает, например, при чрезмерном потоке газа) или

b) магнитный клапан, который может быть закрыт вручную из диспетчерского пункта в случае аварии.

Таким образом, при значительной утечке основной источник водорода может быть отключен. Возможная схема питания согласно А.5.5.3,а# приведена на рисунке А.1.

Если водородная станция имеет ручное управление открытием запорных клапанов, водород подается на контролирующий давление водородный клапан периодически для поддержания давления в заданных пределах.

А.5.5.4 Как расположенные внутри, так и снаружи корпуса источники водорода требуют установки предохранительного клапана на стороне низкого давления.

На практике обычно снижение давления от источника водорода до генератора осуществляется в два этапа.

На стороне низкого давления, на каждой ступени снижения давления должен быть установлен предохранительный клапан, который должен выпускать газ в безопасное место (см. А.5.7).

А.5.5.5 Особое внимание должно быть обращено национальным стандартам хранения водорода и инертного газа, баллоны и их соединение, уменьшение давления и предохранительные клапаны, объединение в газовую систему.

А.5.6 Скопление водородно-воздушной смеси

Должно быть предотвращено скопление воспламеняемой водородно-воздушной смеси в масляной системе смазки подшипников и системе масляных уплотнений (включая, естественно, сами подшипники). Для этого в соответствующих местах должны быть установлены устройства по выпуску смеси.

Коробка выводов генератора, присоединенные к ним устройства и любые замкнутые объемы должны быть спроектированы так, чтобы не допускать скопления в них водорода в случае его утечки.

Если используется система изолированных фазных шин, то конструкция последней не должна допускать скопления в ней водорода.

А.5.7 Вентиляционные трубы

Вентиляционные трубы, отводящие водород или смесь водорода с воздухом должны предотвращать любое скопление водородной смеси в тех местах, где возможно ее образование. В этих местах не должно быть окон или притока воздуха, а также источников воспламенения. Например, открытого пламени, источников коронного разряда или электрического искрения.

А.5.8 Прилегающая зона

Все зоны внутри и вокруг фундамента генератора и любые полости, в которые может произойти утечка водорода (включая проходы для обслуживающего персонала и шкафы с контрольноизмерительной аппаратурой) должны иметь конструкцию и/или адекватную вентиляцию, чтобы не допустить в них опасной концентрации водорода.

В некоторых случаях необходимо применение принудительной вентиляции (см. 5.6). В этом случае следует применять вытяжные не искрящие вентиляторы или, если используется сжатый воздух, выходной патрубок должен быть заземлен.

Особое внимание следует уделить любой зоне, работа в которой происходит при высокой температуре или в которой возможно возникновение искрения.

А.6 Работа генератора и вспомогательного оборудования

А.6.1 Источники воспламенения

Вблизи от генератора и его вспомогательного оборудования недопустимо курение, наличие открытого огня, сварки или других источников воспламенения.

А.6.2 Водородно-воздушная смесь

Внутри генератора недопустимо наличие водородно-воздушной смеси. В нормальных рабочих условиях степень чистоты водорода должна быть не менее 95% объемных. Если она становится менее 90% и ее невозможно быстро увеличить, установка должна быть отключена быстрее, чем степень чистоты достигнет значения 85% и генератор нужно будет очистить от водорода.

Необходимо иметь, по крайней мере, две независимые системы определения степени чистоты водорода. Если все измерительные системы отказали, генератор должен быть отключен и очищен от водорода.

А.6.3 Замещение воздуха или водорода

Отсутствуют методы прямой замены воздуха водородом или обратное замещение. В обоих случаях очистка генератора проводится с помощью инертного газа, например, диоксида углерода . Очистка продолжается до тех пор, пока концентрация вытесняемого газа не достигнет безопасного уровня при контроле его на выходе вентиляционной трубы.

Примечание - Согласно установившейся международной практике этот уровень считается достигнутым, когда содержание контролируемого инертного газа равно 75 - 90% объемных.

Во время очистки запрещается проведение любых электрических испытаний генератора, пока не достигнуты окончательные результаты вытеснения водорода или воздуха.

Если для вытеснения инертного газа используется сжатый воздух, соединение с источником воздуха не должно допускать попадания его в генератор кроме как для этой цели. Это осуществляется путем соответствующей блокировки между вентилями, обеспечивающими подачу воздуха, инертного газа или водорода или путем применения легко отсоединяемого воздушного патрубка. Этот патрубок присоединяется только на время вытеснения инертного газа и удаляется сразу после этого.

Чтобы люди, работающие в зонах, расположенных ниже генератора, не задохнулись оболочки, дающие доступ к генератору, подшипниковые щиты и другие элементы не снимаются, пока содержание инертного газа не уменьшится до 5% и давление в генераторе не упадет до атмосферного.

Чтобы любой человек при входе в генератор не задохнулся, любые полости с инертным газом внизу генератора должны быть проветрены с помощью местной вентиляции с использованием сжатого газа или не искрящего вентилятора.

Генератор не предназначен для работы в среде инертного газа, поэтому он не должен работать в этой среде при скорости и давлении, большими максимальных рекомендуемых производителем.

При аварийном отключении, когда требуется очистка генератора от водорода, инертный газ может подаваться только при скорости, ниже предельной, рекомендуемой производителем. Эта процедура может применяться только когда количество доступного инертного газа достаточно для покрытия увеличенных потерь в вентиляционной трубе, вызванных наличием смеси двух газов.

А.6.4 Питание масляных уплотнений и давление водорода

Система масляных уплотнений нормально находится в рабочем состоянии и имеет ряд резервных насосов.

Генератор не должен работать при давлении водорода, большем давления, развиваемого насосами масляных уплотнений.

Генератор должен быть отключен и очищен от водорода, если все поддерживающие давление в масляных уплотнениях насосы не доступны.

А.6.5 Газовые уплотнения

Газовые уплотнения генератора должны постоянно контролироваться путем записи уровня содержания водорода. Если содержание водорода существенно возросло относительно нормально принятого уровня для генератора, находящегося в хорошем состоянии, причину возросших потерь идентифицируют без задержки.

Если утечку не удается быстро обнаружить и устранить, следует проверить зоны возможного скопления водорода на предмет его опасной концентрации. Если утечки видны, следует принять меры по их безопасному устранению. Если утечка существует и не может быть существенно уменьшена путем понижения давления водорода и нагрузки, генератор должен быть отключен для более полной проверки зон (например, около выводов), недоступных во время его работы. После этого генератор должен быть очищен от водорода для возможности проведения ремонтных работ.

Абсолютная утечка не должна превышать уровень 18  (при нормальном давлении и температуре) в сутки. Потери водорода, которые могут измеряться и отводиться через вентиляционные трубы без повреждений, могут быть снижены путем измерения общих потерь газа, прежде чем достигнут указанный предельный уровень.

Примечание 1 - В крупных генераторах, работающих при повышенном давлении водорода, может быть превышен указанный уровень утечки. В этом случае рекомендуется пользоваться потреблением водорода, заданным производителем, как референтным.

Примечание 2 - Когда отсутствует разница в потреблении водорода (газ, поступающий в генератор) и его утечкой (газ, выходящий из генератора по неопределенным путям утечки), потребление водорода может превышать утечку из-за, например, потерь газа в масляных уплотнениях.

Ремонтные работы выполняются после объявления о том, что зона очищена от газа.

А.6.6 Система водоснабжения

Если давление водорода в генераторе больше, чем давление воды в охладителях или, в случае водяного охлаждения обмоток, давления воды в обмотках, водород может проникать в систему водоснабжения и переноситься на значительное от генератора расстояние. При высоком потреблении водорода в системе водоснабжения должен быть предусмотрен контроль за такой возможностью.

Должно быть предусмотрено безопасное удаление газа.

А.7 Инструкция по правильному применению вентиляции

Если объем утечки водорода L () тщательно смешать с объемом воздуха 100L/р (), то концентрация водорода будет равна р (%) и она может быть снижена до безопасного уровня путем соответствующего притока воздуха в полости, где может скапливаться водород.

Например, если общая допустимая утечка водорода в данное пространство равна 18  в сутки, то прокачка воздуха, равная 125  в час обеспечит концентрацию водорода в нем р = 0,6%, что гораздо меньше минимальной взрывоопасной концентрации, равной 4%.

В терминах, привычных специалистам по вентиляции, если полость имеет объем V (), то воздух внутри нее должен сменяться раз в час, так чтобы V = 125 .

V,	1	5		25	125	500
, 1/час	125	25	5		1	0,25

Рисунок А.1 - Пример крупной водородной установки, от которой питаются один или несколько генераторов (упрощенная схема)