海上平臺(tái)火焰探頭大范圍頻繁報(bào)故障原因及解決辦法

吳高波

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

某海上平臺(tái)隸屬于中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，平臺(tái)投產(chǎn)兩年后，在下雨天時(shí)，火氣系統(tǒng)開始出現(xiàn)大范圍的火焰探頭報(bào)斷線故障的情況。報(bào)故障的火焰探頭布置在各層甲板，危險(xiǎn)區(qū)、安全區(qū)、高處、低處各個(gè)位置都有，無明顯分布規(guī)律。所有火焰探頭為同一批次同一進(jìn)口品牌，同一工程建造階段安裝和調(diào)試，總數(shù)量為81臺(tái)，曾出現(xiàn)過故障報(bào)警的有20多臺(tái)，其中14臺(tái)頻繁報(bào)故障。火焰探頭的正常工作關(guān)系到現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)安全，亟需立即解決問題。

1 火焰探頭簡(jiǎn)介

物質(zhì)燃燒時(shí)，在產(chǎn)生煙霧和放出熱量的同時(shí)，也產(chǎn)生可見或不可見的光輻射。通過對(duì)光輻射的特定波長(zhǎng)的紫外光和紅外光的檢測(cè)，從而檢測(cè)出火災(zāi)的產(chǎn)生。火焰探頭又稱感光式火災(zāi)探測(cè)器，它是用于響應(yīng)火災(zāi)的光特性即擴(kuò)散火焰燃燒的光照強(qiáng)度和火焰的閃爍頻率的一種火災(zāi)探測(cè)器。根據(jù)火焰的光特性，目前使用的火焰探測(cè)器有兩種：一種是對(duì)波長(zhǎng)較短的光輻射敏感的紫外探測(cè)器，另一種是對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光輻射敏感的紅外探測(cè)器。

平臺(tái)火焰探頭型號(hào)為X3301，是一種三頻譜紅外火焰探測(cè)器，每個(gè)探測(cè)器有3個(gè)傳感器，探測(cè)器通過內(nèi)嵌的32位微處理器，采用多種信號(hào)處理算法，即便在有誤報(bào)警源和環(huán)境中有紅外輻射體存在的情況下依然能提供連續(xù)的火焰探測(cè)保護(hù)。探測(cè)器具有自動(dòng)光學(xué)完整性校準(zhǔn)檢查，每個(gè)傳感器內(nèi)的測(cè)試燈每分鐘發(fā)出一次特定波長(zhǎng)的光以檢驗(yàn)探測(cè)器工作是否正常，也可以采用磁棒、手動(dòng)外接按鈕以及使用模擬火焰信號(hào)燈對(duì)探頭進(jìn)行測(cè)試。多頻紅外火焰探測(cè)器對(duì)碳?xì)浠鹧婢哂懈L(zhǎng)的探測(cè)距離，有很高的防誤報(bào)能力，具有智能光路自動(dòng)加熱防止潮氣和冰水集聚。

圖1 火焰探頭X3301前視圖

2 故障現(xiàn)象

火焰探頭開始出現(xiàn)大范圍報(bào)斷線故障的情況，典型的故障現(xiàn)象主要有：

（1）零星且反復(fù)報(bào)故障：在中控畫面上，偶爾有火焰探頭報(bào)故障的情況，因探頭在高處，采用伸縮桿包裹布片配合清洗液的方式擦拭后，探頭恢復(fù)正常，但過幾天后又重復(fù)報(bào)故障。

（2）大范圍報(bào)故障：下雨天時(shí)，約有25%以上數(shù)量的火焰探頭在中控畫面上持續(xù)報(bào)故障，等雨停一段時(shí)間后，探頭又自動(dòng)恢復(fù)正常。

3故障原因排查

3.1中控系統(tǒng)排查

（1）中控系統(tǒng)卡件故障。在線檢查中控系統(tǒng)，確認(rèn)硬件組態(tài)、程序、參數(shù)設(shè)置正確，所有冗余卡件運(yùn)行正常，排除了卡件的問題。

（2）中控系統(tǒng)軟件設(shè)置問題。在組態(tài)軟件中，設(shè)定當(dāng)火焰探頭傳感器輸出信號(hào)電流值小于3.5mA時(shí)為斷線故障，但未設(shè)置更低電流輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的故障報(bào)警，所以導(dǎo)致探頭故障的具體原因無法查詢，中控故障報(bào)警為斷線故障與設(shè)備實(shí)際故障報(bào)警不一定相符。

（3）接線問題。檢查中控控制柜、中間接線箱、火焰探頭等接線都正確，各點(diǎn)接觸良好，排除了接線問題。

（4）通訊問題?，F(xiàn)場(chǎng)所有火焰探頭采用的都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，并非現(xiàn)場(chǎng)總線等串聯(lián)方式，探頭之間互不干擾，探頭輸出4-20mA電流信號(hào)至中控，不同電流代表不同狀態(tài)。分別從接線柜端子排上和現(xiàn)場(chǎng)探頭處用毫安信號(hào)發(fā)生器模擬輸入電流信號(hào)，中控顯示正常，報(bào)警正確。

3.2 環(huán)境因素排查

（1）安裝位置?；鹧嫣筋^一般安裝在各層甲板的立柱、支架、防火墻上，安裝牢固，無振動(dòng)影響；安裝位置高于各設(shè)備撬塊，低于上一層甲板面1到2米。所有安裝位置依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙施工，未見異常。

（2）溫濕度影響。海上平臺(tái)位于南海，常年濕度較高，空氣中鹽分大，長(zhǎng)時(shí)間累積可能造成探頭表面臟污。夏天溫度高，太陽直射時(shí)探頭表面溫度可達(dá)60℃以上，但實(shí)際檢查發(fā)現(xiàn)，溫度高可能會(huì)造成電子元器件老化加快，但短時(shí)間內(nèi)影響不大。

（3）背景光等影響。現(xiàn)場(chǎng)照明燈具為熒光燈具，發(fā)出白色可見光，通過調(diào)整火焰探頭朝向等確認(rèn)對(duì)探頭檢測(cè)無直接影響。部分罐體和管線包裹保溫鐵皮，在強(qiáng)烈陽光反射下，偶爾會(huì)出現(xiàn)火焰探頭報(bào)警的情況，但平臺(tái)有多層甲板，僅有個(gè)別位置受陽光直射，影響范圍很小，調(diào)整探頭朝向后問題得以解決，非主要原因。

（4）電磁干擾。火焰探頭安裝位置遠(yuǎn)離設(shè)備撬塊，未直接受設(shè)備運(yùn)行影響，所有電纜走線符合相關(guān)規(guī)范要求；中控及探頭屏蔽接地方式為中控集中接地，接地電阻正常，屏蔽完好；所有電纜經(jīng)檢測(cè)絕緣良好。

3.3 火焰探頭自身因素排查

（1）火焰探頭本身質(zhì)量問題。此類火焰探頭技術(shù)成熟，質(zhì)量可靠，在中海油范圍內(nèi)有大量運(yùn)用，未出現(xiàn)過此類大范圍火焰探頭報(bào)故障的情況。經(jīng)咨詢廠家，同批次其他探頭也未出現(xiàn)此類情況。

（2）探頭測(cè)試?；鹧嫣筋^有2種測(cè)試方法，一種為火焰燈模擬火焰信號(hào)照射探頭，另一種方式為用磁棒吸合探頭本體上的磁性開關(guān)。用模擬火焰燈照射時(shí)，部分探頭能報(bào)警，部分無法報(bào)警；用磁棒吸合時(shí)，所有探頭都能報(bào)警。

（3）探頭自加熱功能。探頭用于檢測(cè)的鏡面帶自加熱功能，當(dāng)有雨霧時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)去除水霧，經(jīng)測(cè)試，自動(dòng)加熱功能正常。

（4）探頭拆檢。火焰探頭總體分為2個(gè)部分，前半部分主要包括3個(gè)觀察孔及感光元器件等，后半部分主要為電源及變送部分；將報(bào)故障的火焰探頭前半部分更換新的后，問題未再次出現(xiàn)。對(duì)探頭前半部分進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)所有電路板狀態(tài)良好，工作正常，但探頭鏡面模糊不清，存在大面積的銹蝕金屬粉塵、鹽霧、水垢等痕跡，并且鏡面上的涂層變花，存在多處斑點(diǎn)。

（5）探頭檢測(cè)。將故障的火焰探頭使用專用數(shù)據(jù)線連接至電腦，并用檢測(cè)軟件進(jìn)行檢測(cè)。調(diào)整探頭靈敏度等參數(shù)，對(duì)報(bào)故障問題無影響；讀取探頭存儲(chǔ)日志信息，探頭的歷史故障為“Auto Oi Fault ”和“ Reduced Oi Signal ”兩種，均為探頭自檢未通過，設(shè)備會(huì)發(fā)出2mA信號(hào)輸出；讀取報(bào)故障探頭的3個(gè)傳感器狀態(tài)數(shù)值，僅為20左右，遠(yuǎn)低于最優(yōu)狀態(tài)值100。

4 問題原因分析

綜上排查結(jié)果所述，火焰探頭大范圍報(bào)斷線故障的主要原因?yàn)椋涸谄脚_(tái)建造及日常防腐的過程中產(chǎn)生了大量金屬粉塵，這些粉塵吸附和集聚在火焰探頭表面，未能得到及時(shí)清理，與水霧和鹽分作用產(chǎn)生銹蝕，長(zhǎng)期累積下，形成大量銹跡、水垢等痕跡覆蓋在鏡面上，并堵塞反射孔、Oi自檢孔等；在下雨時(shí)，大量水霧噴灑在探頭鏡面上，進(jìn)一步加劇了鏡面模糊程度，導(dǎo)致探頭無法正常工作和自檢從而頻繁報(bào)故障；同時(shí)中控系統(tǒng)軟件中僅設(shè)置了電流低于3.5mA的斷線故障報(bào)警，未設(shè)置更低電流所對(duì)應(yīng)的報(bào)警，因此最終反應(yīng)在中控畫面中出現(xiàn)火焰探頭大范圍報(bào)斷線故障的現(xiàn)象。

5 解決方法分析

針對(duì)火焰探頭存在的問題，采取如下處理措施：

（1）總體清洗標(biāo)定和校準(zhǔn)

①將所有探頭從現(xiàn)場(chǎng)安裝處拆回工作間，觀察到探頭反射孔鏡面模糊不清，存在大量不明污垢粘附，透光性很差。將探頭連接電源，并使用專用調(diào)試工具連接至電腦，通過專用軟件讀取探頭狀態(tài)信息。

圖2 探頭初始狀態(tài)

②探頭上電后，探頭狀態(tài)燈為綠色，顯示工作正常；通過專用軟件讀取探測(cè)器存儲(chǔ)日志，發(fā)現(xiàn)存在多次自檢故障信息；檢查各項(xiàng)實(shí)時(shí)參數(shù)信息，確認(rèn)無其他報(bào)錯(cuò)情況，工作電壓24V，電流輸出為4mA；觀察3個(gè)探測(cè)器窗口初始狀態(tài)值為20左右，遠(yuǎn)低于100，實(shí)際工作狀態(tài)不理想，很可能存在無法正常檢測(cè)到火焰的情況，存在較大的安全隱患。

圖3 專用軟件檢測(cè)的初始狀態(tài)結(jié)果

③在未拆解探頭的情況下，直接從探頭表面對(duì)3個(gè)窗口進(jìn)行清潔，采用清洗液配合抹布、紙巾等方式清潔，有一定效果，但無法完全清除污垢。觀察探測(cè)器窗口數(shù)值變化為40到80之間。

④將探頭拆解，將整個(gè)鏡面拆卸后清洗，發(fā)現(xiàn)清洗液、精密電器清潔劑、洗潔精等常規(guī)清潔方式效果不理想，最后采用牙膏和牙刷清潔的方式，效果很好，所有污垢都被清除；清洗時(shí)確認(rèn)鏡面涂層上存在很多斑點(diǎn)，有一定的變性損壞情況；再對(duì)反射孔清理完后，重新回裝探頭并進(jìn)行測(cè)試，觀察探測(cè)器數(shù)值變化為70至90。

圖4 Oi板及反射孔清潔

⑤存儲(chǔ)備份探頭歷史報(bào)警后，清理復(fù)位報(bào)警信息；操作專用軟件，對(duì)探頭進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定后，3個(gè)窗口數(shù)值變?yōu)?00，探頭工作在正常狀態(tài)，報(bào)警測(cè)試正常。

圖5 重新標(biāo)定后探頭狀態(tài)檢測(cè)

⑥將探頭回裝到現(xiàn)場(chǎng)原安裝位置并用磁棒和火焰模擬等進(jìn)行測(cè)試，確認(rèn)探頭工作正常，報(bào)警和復(fù)位功能正確。對(duì)所有火焰探頭進(jìn)行同樣的拆裝、清洗、校準(zhǔn)標(biāo)定和測(cè)試工作，確保探頭恢復(fù)正常。

（2）定期測(cè)試和維護(hù)

每季度對(duì)所有火焰探頭進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，清洗探頭表面和3個(gè)觀察孔等，有必要時(shí)拆下探頭，對(duì)鏡面即Oi板進(jìn)行清潔。為降低工作量，提高便利性，專門設(shè)計(jì)了一種高處探頭清洗工具，帶旋轉(zhuǎn)清洗頭、清洗劑和水霧噴灑、氣體吹掃等功能。探頭清洗時(shí)，先將伸縮桿縮放到位，接上清洗液，通過氣壓從噴嘴處噴灑到探頭正面，再使用氣動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)頭清洗，然后噴灑清水除去殘留清洗液，最后使用工廠風(fēng)吹掃，確保探頭清洗到位，減少金屬粉塵及鹽分等殘留。清洗完成后使用模擬火焰燈和磁棒進(jìn)行測(cè)試，確認(rèn)探頭工作正常。

（3）完善報(bào)警信息

在中控軟件中，根據(jù)表1所示，設(shè)置不同電流對(duì)應(yīng)的4種故障報(bào)警、1種正常工作狀態(tài)和預(yù)報(bào)警及報(bào)警2種狀態(tài)，確保所有探頭狀態(tài)都能得到準(zhǔn)確識(shí)別，并及時(shí)采取針對(duì)性的處理措施。此外，需定期使用火焰探頭專用調(diào)試工具連接探頭進(jìn)行測(cè)試，以保證探頭始終工作在最優(yōu)狀態(tài)。

表1 輸出電流大小代表的探頭狀態(tài)

6 結(jié)束語

本文從海上平臺(tái)案例出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)排查，分析得出火焰探頭大范圍報(bào)斷線故障的具體原因，并給出了詳細(xì)的解決辦法。但受制于探頭數(shù)量多及分布位置復(fù)雜的因素，維護(hù)工作量大且成本高，定期維護(hù)需配合專門設(shè)計(jì)的清洗工具。此外，此次拆洗Oi板時(shí)發(fā)現(xiàn)鏡面涂層部分位置變花，存在斑點(diǎn)的情況，初步判斷為光學(xué)污染或老化所致，還需要繼續(xù)深入分析原因并采取相應(yīng)處理措施，確?；鹧嫣筋^工作正常，保障現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)安全。