燃機(jī)電廠可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)故障分析及對策

趙現(xiàn)晶，吳曉堯

（浙江浙能長興發(fā)電有限公司，浙江湖州 313000）

0 引言

浙能長興天然氣熱電有限公司（以下簡稱為“公司”）為2×435 MW 的單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。燃?xì)廨啓C(jī)采用西門子SGT5-4000F（X）型，燃料為天然氣。燃?xì)廨啓C(jī)主要由壓氣機(jī)、透平和燃燒室組成。天然氣來自上游的門站，在調(diào)壓站內(nèi)進(jìn)行凈化、加熱、調(diào)壓等過程后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，與經(jīng)壓氣機(jī)壓縮后的空氣充分混合，在燃燒室燃燒，燃燒產(chǎn)生煙氣推動透平葉片做功。燃機(jī)本體及天然氣控制閥組件設(shè)置在封閉的燃機(jī)罩殼內(nèi)，配置罩殼通風(fēng)系統(tǒng)維持溫度和及時排出泄漏的天然氣。由于天然氣屬于易燃易爆氣體，若天然氣閥組以及管道法蘭發(fā)生泄漏，可能引起燃?xì)獗ㄊ鹿剩虼伺鋫淇扇继綔y系統(tǒng)是保障安全的重要一環(huán)。公司2 臺天然氣機(jī)組自投入生產(chǎn)以來，可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)曾多次出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響機(jī)組的運行安全。

1 可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)配置

機(jī)組采用北京MINIMAX 美力馬消防設(shè)備有限公司提供的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)的可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)（GAS DETECTION SYSTEM）主要用于檢測燃機(jī)本體泄漏的天然氣濃度。可燃?xì)怏w探測探頭Searchpoint Optima Plus 是一種用于危險區(qū)域的紅外碳?xì)浠衔餁怏w探測器。該探測器使用紅外吸收原理來檢測不同濃度范圍的碳?xì)浠衔餁怏w和蒸汽?？扇?xì)怏w檢測探頭經(jīng)接線盒、中間電纜送至就地控制柜內(nèi)接線端子連接至卡件，將4～20 mA 電流信號轉(zhuǎn)換為檢測可燃?xì)怏w濃度0～100%，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑C(jī)柜卡件。卡件顯示氣體讀數(shù)和通道狀態(tài)，為連接的天然氣檢測探頭提供控制、顯示和報警功能。

2 可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)保護(hù)邏輯

燃?xì)廨啓C(jī)罩殼內(nèi)有8 個可燃?xì)怏w探測器。2 個布置在燃?xì)忾y組間（2 取2 保護(hù)邏輯），一級報警的可燃?xì)怏w濃度為10%、二級報警為20%。4 個布置在燃燒器上方（4 取2 保護(hù)邏輯），一級報警的可燃?xì)怏w濃度為10%、二級報警為20%。2 個布置在燃機(jī)排氣段（2 取2 保護(hù)邏輯），一級報警的可燃?xì)怏w濃度為5%、二級報警為10%。

（1）當(dāng)可燃?xì)怏w探頭探測到泄漏氣體，且可燃?xì)怏w裝置沒有閉鎖時，在燃燒室出口外部左側(cè)、天然氣閥組模塊、燃然燒室外部右側(cè)及控制柜上閃燈和喇叭啟動，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出“可燃?xì)怏w泄漏”報警。

（2）當(dāng)可燃?xì)怏w檢測探頭檢測到天然氣含量超過氣體爆炸極限值，即二級報警信號啟動，送到燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，信號正常為“1”，3 路天然氣檢測信號丟失3 取2，燃機(jī)硬接線回路跳閘，同時TCS 系統(tǒng)邏輯自動關(guān)閉前置模塊的天然氣緊急切斷閥、打開放散閥、切斷燃料、機(jī)組緊急停機(jī)，具體控制邏輯設(shè)置如圖1 所示。

圖1 可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)保護(hù)邏輯設(shè)置

3 可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)故障分析

可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)故障表現(xiàn)為：卡件上氣體讀數(shù)顯示為負(fù)值，卡件通道顯示黃色故障報警，測量回路電壓正常為24 V，電流信號＜4 mA，現(xiàn)場實際無可燃?xì)怏w濃度泄漏情況，卡件運行正常且探頭安裝符合要求，排除誤報可能，分析為可燃?xì)怏w探頭故障和回路故障。

3.1 氣體檢測探頭故障

3.1.1 探頭發(fā)生零點漂移

氣體檢測探頭布置在燃機(jī)罩殼內(nèi)，機(jī)組運行過程中，罩殼內(nèi)溫度較高，在高溫環(huán)境下氣體檢測探頭會發(fā)生零點漂移。氣體檢測探頭標(biāo)定時間間隔過長，探頭超出使用壽命等情況，也會發(fā)生零點漂移。當(dāng)探頭發(fā)生零點漂移，輸出電流值低于4 mA，探頭組件處于中止程序，卡件會一直故障報警，需專門手操器進(jìn)行軟復(fù)位后才可再次投入運行。

3.1.2 探頭內(nèi)光學(xué)元件積聚污染物

罩殼內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)運行時會產(chǎn)生氣流，進(jìn)氣管道內(nèi)有細(xì)微的灰塵顆粒，細(xì)小灰塵進(jìn)入探頭內(nèi)部，造成探頭內(nèi)光學(xué)元件積聚污染物。探頭采用雙波長紅外檢測原理，如果光學(xué)元件受到污染，探頭組件對測試氣體不能做出預(yù)期的響應(yīng)，輸出氣體讀數(shù)就會出現(xiàn)偏差，造成測量不靈敏。

探頭安裝至今，還未對其進(jìn)行過拆解，也未對探頭內(nèi)光學(xué)元件進(jìn)行過清潔。在故障處理過程中，發(fā)現(xiàn)探頭表面積灰嚴(yán)重，將排氣段的2 個就地探頭取回，進(jìn)行拆解，內(nèi)部防塵罩手摸有積灰，氣體測量通道兩側(cè)反學(xué)元件能看到灰塵成膜，內(nèi)部光學(xué)元件污染嚴(yán)重。

3.2 回路故障

可燃?xì)怏w檢測探頭經(jīng)接線盒、中間電纜送至就地控制柜內(nèi)接線端子連接至卡件，連接回路如圖2 所示。

圖2 可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)保護(hù)連接回路

在故障處理過程中對接線盒及就地控制柜內(nèi)的接線端子進(jìn)行檢查，未出現(xiàn)松動異常情況。故障位置鎖定在中間傳輸線路上。傳輸電纜溝布置在燃機(jī)排氣段后，燃機(jī)排氣段溫度較高，可達(dá)500 ℃，外壁區(qū)域環(huán)境溫度也相對較高，最高實測值可達(dá)140 ℃。在機(jī)組小修期間對排氣段可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)的中間傳輸電纜進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)電纜橋架內(nèi)的電纜表皮有破損，燒焦現(xiàn)象明顯（圖3），引起回路故障，造成系統(tǒng)誤報。

圖3 電纜橋架內(nèi)電纜明顯燒焦

4 可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)故障處理

4.1 氣體探頭定期維護(hù)

對可燃?xì)怏w探頭的定期維護(hù)和檢查工作包括以下內(nèi)容。

4.1.1 清潔

定期清潔探測器的表面組件，以去除灰塵、沉積物和其他雜質(zhì)。對使用年限較長的探頭還應(yīng)進(jìn)行拆解，對其內(nèi)部進(jìn)氣管道及光學(xué)元件進(jìn)行清潔。操作時應(yīng)注意清潔劑與清潔方法的選用。

4.1.2 校準(zhǔn)

定期校準(zhǔn)探測器以確保其準(zhǔn)確測量。校準(zhǔn)過程應(yīng)該由專業(yè)人員使用專門工具來完成。校準(zhǔn)及更換的探頭需用SHC1 手操器對操作過程中產(chǎn)生的故障或警告進(jìn)行Soft Reset（軟復(fù)位），重新進(jìn)行4～20 mA 標(biāo)定后方可投入使用。

4.1.3 更換探頭

對超過使用壽命年限的探頭，應(yīng)及時進(jìn)行更換。

4.1.4 檢查連接

定期檢查探頭的接線端子，確保端子接觸穩(wěn)固，沒有松動或損壞。

4.1.5 完善設(shè)備臺賬

完善設(shè)備臺賬，記錄所有定期檢查和維護(hù)的操作和結(jié)果。及時更新檢測探頭的維護(hù)、保養(yǎng)、檢測等臺賬信息，為檢測問題原因提供可追溯的參考數(shù)據(jù)。

4.2 回路中間傳輸電纜更換

由于中間電纜所處位置溫度較高，出現(xiàn)燒焦現(xiàn)象，引起回路故障。由專業(yè)組進(jìn)行電纜類型更換，選擇合適的電纜規(guī)格和型號，在符合工作電壓和電流等參數(shù)要求的前提下，能夠耐受200 ℃高溫。更換的新電纜用絕緣膠帶、絕緣套管等物料對接線柱或接頭進(jìn)行絕緣保護(hù)，確認(rèn)沒有裸露的金屬部分和絕緣破損等情況。通電測試，確認(rèn)新電纜連接正常，各項指標(biāo)符合要求。同時制定電纜檢查周期計劃，確保電纜無異常。

5 結(jié)束語

燃機(jī)可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)是監(jiān)測燃機(jī)電廠天然氣泄漏的重要保護(hù)系統(tǒng)，其故障主要集中在氣體檢測探頭和回路上，對氣體探頭進(jìn)行定期維護(hù)檢查，并解決環(huán)境因素對回路的影響，可以有效減少燃機(jī)可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)的故障，避免可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)誤動，降低停機(jī)維修成本，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運行。