燃機電廠天然氣泄漏檢測技術(shù)研究

寧波，姜建

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東惠州516005）

1 項目背景

廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司一期3 臺390MW 的三菱M710F3 型機組投產(chǎn)12 年來，天然氣管道法蘭破裂泄漏事件4 次；天然氣安全閥誤動或內(nèi)漏30 次；天然氣排空閥泄漏21次；天然氣閥門儀表接口微小泄漏156 次。針對燃機電廠的天然氣泄漏的特點和方式，該廠對天然氣泄漏的檢測技術(shù)進行了優(yōu)化研究，增加了實時監(jiān)測的準確性，提高了檢測的可靠性，為安全生產(chǎn)提供了保障措施。

2 燃機電廠針對不同設(shè)備采用的檢測技術(shù)

2.1 燃機本體天然氣泄漏檢測

燃機本體、天然氣流量控制閥以及天然氣壓力控制閥等相關(guān)閥門統(tǒng)一設(shè)置在一個封閉的燃機罩殼中，在燃機罩殼頂部的前、中、后3 個位置各設(shè)置1 個通風管，在每個通風管尾端設(shè)置罩殼風機給罩殼通風，在每個罩殼風機出口管道設(shè)置可燃氣體檢測裝置，以實時檢測泄漏的天然氣含量。當燃機罩殼風機的可燃氣體含量檢測儀發(fā)現(xiàn)可燃氣體含量超過天然氣爆炸極限最低值的5%時，發(fā)出報警；可燃氣體含量檢測儀發(fā)現(xiàn)可燃氣體含量超過天然氣爆炸下限的25%時（3 選2），燃機自動跳機。

2.2 燃機排氣段和余熱鍋爐內(nèi)的天然氣泄漏檢測

三菱原設(shè)計只在燃機排氣段設(shè)置1 個可燃氣體含量檢測裝置，當出現(xiàn)排氣段可燃氣體含量檢測儀發(fā)現(xiàn)可燃氣體含量超過天然氣爆炸極限最低值的5%時，發(fā)出報警，并強制燃機下次啟動時吹掃事件超過550s，并且排氣段可燃氣體含量檢測儀報警復位后才能點火。經(jīng)過多年經(jīng)驗總結(jié)，發(fā)現(xiàn)1 個可燃氣體檢測裝置可靠性不足，導致三菱在每次燃機啟動后為了防止出現(xiàn)泄漏天然氣積存燃燒爆炸風險，強制吹掃550s，造成大量的能源和時間浪費。經(jīng)優(yōu)化，在燃機排氣段增加了3 個可燃氣體泄露檢測裝置數(shù)量，分布在燃機排氣段不同位置，提高了燃氣排期段天然氣泄漏泄露檢測裝置報警的準確性和可靠性。如果有天然氣泄漏報警，燃機吹掃時間設(shè)置為550s，避免泄漏天然氣燃燒爆炸；如果沒有報警，則將燃機每次啟動的吹掃時間由550s 減少到300s，降低了燃機吹掃階段的電能消耗和余熱鍋爐的余熱損失，聯(lián)合循環(huán)機組啟動時間減少約4min，每次啟動增加利潤約5000 元。

因燃機排氣段和余熱鍋爐聯(lián)通，泄漏的天然氣必須經(jīng)過燃氣排氣段后才能進入余熱鍋爐，所以，余熱鍋爐內(nèi)不用設(shè)置天然氣泄漏檢測裝置。

2.3 電廠主廠房天然氣泄漏檢測

在每臺機組主廠房的可燃氣體管道附近，均勻布置了26個可燃氣體報警裝置，當可燃氣體檢測到含量超限時，發(fā)出報警。為了節(jié)省投資，天然氣和氫氣等可燃氣體檢測裝置合并檢測。當可燃氣體檢測儀發(fā)現(xiàn)可燃氣體含量超標后，立刻通知消防系統(tǒng)，并指示相關(guān)報警位置。

2.4 天然氣安全閥誤動和排空閥泄漏的引起的天然氣泄漏檢測

因燃機電廠生產(chǎn)和檢修需要，在天然氣管道上安裝了大量的安全閥和排空閥，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，天然氣安全閥誤動或內(nèi)漏和天然氣排空閥內(nèi)漏經(jīng)常出現(xiàn)。但原始設(shè)計人員未考慮相關(guān)檢測，經(jīng)過多年經(jīng)驗總結(jié)，將天然氣安全閥和天然氣排空閥的排空管匯集在一起，在排空管的末端加裝天然氣含量檢測裝置，當排空管的末端檢測到天氣含量超過爆炸下限的5%時，發(fā)出天然氣輕微泄漏報警至電廠DCS 系統(tǒng)，當排空管的末端檢測到天氣含量超過爆炸下限的20%時，發(fā)出天然氣大量泄漏報警至電廠DCS 系統(tǒng)，提醒運行人員及時到現(xiàn)場檢查。

2.5 天然氣長距離管道的泄漏檢測

因原設(shè)計人員未考慮相關(guān)檢測，所以，早期出現(xiàn)天然氣長距離管道泄漏時，無法通過在線系統(tǒng)檢測。經(jīng)過多年運行經(jīng)驗總結(jié)，使用天然氣供氣系統(tǒng)的已安裝流量計作為天然氣長距離管道的泄漏實時檢測檢測方法，同時，該閥門還能發(fā)現(xiàn)天然氣安全閥誤動等較大的天然氣泄漏，而且沒有增加任何硬件成本。具體邏輯如圖1 所示。

圖1 天然氣長距離管道的泄漏檢測邏輯圖

根據(jù)歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)，總結(jié)出每臺燃機各負荷段對應的機組天然氣流量，在電廠DCS 根據(jù)機組流量計信號設(shè)置天然氣泄漏檢測程序。但機組停運后，機組天然氣流量超過500m3/h（標準狀態(tài)），則認為出現(xiàn)該段長管道天然氣泄漏；但機組運行時，機組天然氣流量超過經(jīng)驗數(shù)據(jù)3000m3/h（標準狀態(tài)），則認為該段長管道天然氣泄漏；出現(xiàn)以上2 種情況，立刻報警通知運行人員現(xiàn)場檢查。通過該方法檢測到天然氣長距離管道泄漏2 次，預防了重大安全隱患，挽回經(jīng)濟損失20 萬元以上。

2.6 調(diào)壓站管道的天然氣泄漏檢測

調(diào)壓站管道的天然氣泄漏檢測技術(shù)也利用天然氣流量計數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析作為天然氣泄漏檢測的主要手段。利用管道體積平衡法進行實時檢測，其公式為：

式中，L總為調(diào)壓站進口天然氣流量計讀數(shù)；L1為1#機組天然氣流量計讀數(shù)；L2為2#機組天然氣流量計讀數(shù)；L3為3#機組天然氣流量計讀數(shù)。

根據(jù)多年經(jīng)驗數(shù)據(jù)和流量計誤差考慮，當L大于2000m3/h（標準狀態(tài)），且持續(xù)時間超過5min，則可以認為調(diào)壓站管道出現(xiàn)大量天然氣泄漏，電廠DCS 會立刻發(fā)出相關(guān)報警，通知運行人員到現(xiàn)場檢查。同時，天然氣調(diào)壓站還裝設(shè)了16 組可燃氣體報警器作為補充檢測手動，在排空管末端裝設(shè)可燃氣體含量檢測裝置檢測安全閥誤動內(nèi)漏和排空管內(nèi)漏。

3 燃機電廠現(xiàn)場手動檢測天然氣泄漏技術(shù)

3.1 紅外線成像法

天然氣管道發(fā)生泄漏時，泄漏點周圍空氣或土壤的溫度場會發(fā)生變化。通過紅外線遙感攝像裝置可以記錄輸氣管道周圍的地熱輻射效應，再利用光譜分析可以檢測出泄漏位置。這種方法可以較精確地定位泄漏點，靈敏度也較高，但不適用埋設(shè)較深的管道檢漏。運行人員利用手持式的紅外線成像儀，可以方便迅速檢測出微小的泄漏點。

3.2 泡沫檢測法

用洗潔精少許，稍加些水稀釋，使起泡效果更好。用毛刷均勻涂于需要檢測的管道接頭處及周邊，觀察管道表面與接頭處是否有新氣泡形成，并不斷破裂，則說明有天然氣逃逸，是漏氣的；如果沒有變化，則表明不漏氣。

3.3 手持式可燃氣體探測儀檢測法

運行人員利用手持式可燃氣體探測儀在現(xiàn)場檢查泄漏點，該方法準確性不高，對輕微泄漏無法有效檢測。

3.4 天然氣管道定期做嚴密性試驗檢測法

由于廠內(nèi)是兩班制調(diào)閥機組，存在大量停機檢修時間，可以定期分段開展天然氣管道嚴密性試驗。嚴密性試驗穩(wěn)壓的持續(xù)時間應為24h，每小時記錄不應少于1 次，當修正壓力降小于133Pa 時為合格。

4 結(jié)語

泄漏是燃機電廠天然氣管道安全輸送的主要隱患，廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司針對電廠天然氣泄漏的檢測技術(shù)開展了深入的優(yōu)化改進，提高了燃機電廠使用天然氣過程中的可靠性，降低了潛在天然氣爆炸燃燒的風險。同時，能夠及時發(fā)現(xiàn)天然氣的泄漏，幫助電廠避免不必要的損失，帶來明顯的經(jīng)濟效益。