燃機消防系統(tǒng)可燃氣體檢測裝置創(chuàng)新設計及可靠性研究

賀超 牛興偉 紀晨雨

作者簡介：

賀超（1983- ），男，漢族，河北保定人，碩士研究生，工程師，研究方向：自動化。

摘要：

在城市化和工業(yè)化快速發(fā)展的推動下，燃氣等可燃氣體基于其高效、清潔的特點被廣泛應用，為改善居民生活品質、促進工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供能源資源支持。本文以某西門子燃機消防系統(tǒng)為例，分析現(xiàn)有可燃氣體檢測技術的不足，并結合燃機島可燃氣體泄漏系統(tǒng)分析更新升級檢測裝置的方案，從技術要求、系統(tǒng)結構和技術服務等角度出發(fā)，探究其創(chuàng)新措施，旨在保證燃機消防系統(tǒng)安全監(jiān)控質量和力度。

關鍵詞：燃機消防系統(tǒng)；可燃氣體檢測；創(chuàng)新設計；可靠性研究

引言

燃機島可燃氣體泄漏系統(tǒng)致力于提升消防系統(tǒng)可靠性，特別聚焦控制與測量可燃氣體探測難題。針對現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，相關技術人員深入研究，優(yōu)化控制策略，可進一步提高響應速度和穩(wěn)定性，開發(fā)更精準的探測技術以降低誤報率。項目嚴格遵循工程和安全標準，為同類工程提供經(jīng)驗借鑒，推動行業(yè)進步。

一、現(xiàn)有可燃氣體檢測技術概述

可燃氣體檢測是燃氣系統(tǒng)安全監(jiān)管的核心環(huán)節(jié)，其實時、準確監(jiān)測環(huán)境中可燃氣體濃度，及時觸發(fā)預警系統(tǒng)，保證相關人員迅速采取必要的安全措施，有效預防火災和爆炸等惡性事故的發(fā)生。當前市場上，可燃氣體檢測技術多樣，主要包括催化燃燒式、電化學式、半導體式及紅外線吸收式等主流技術。其中，催化燃燒式檢測技術成熟且成本較低，在市場上占有一席之地。其工作原理是利用催化劑使可燃氣體在低溫下無焰燃燒，精確測量熱量變化以推算氣體濃度。然而，此技術易受高濃度氣體沖擊導致傳感器中毒或失效，存在對多種氣體的交叉干擾問題，需定期更換傳感器，維護成本較高［1］。相比之下，電化學式檢測技術具有高選擇性和靈敏度，受到廣泛應用。該技術壽命有限，易受環(huán)境溫濕度影響，需定期校準，使用上存在一定挑戰(zhàn)。

半導體式檢測技術因體積小、功耗低和成本低廉，在特定場景表現(xiàn)優(yōu)異。在應用中，該技術手段測量氣體吸附在半導體表面引起的電阻變化，從而推算氣體濃度，響應多種氣體。然而，其選擇性較差，易受溫濕度影響，長期穩(wěn)定性不佳，限制其更廣泛推廣應用。與此同時，紅外線吸收式檢測技術在高端市場占有一席之地，其優(yōu)勢在于不受其他氣體干擾、穩(wěn)定性好、可測量寬濃度范圍氣體［2］。四種常見的檢測技術如表1所示。

二、燃機消防系統(tǒng)可燃氣體檢測裝置存在的問題

（一）可燃氣體控制盤備件缺失問題

在燃機消防控制系統(tǒng)中，可燃氣體控制盤作為核心監(jiān)測和信號發(fā)送部件，其重要性不言而喻。在與消防設備廠家德國美力馬分公司的交流中得知，其原有5701型號控制盤的備件已無法獲得，市場上無替代品，控制盤的任何故障都將直接威脅到燃機運行。第一，設備因長時間運行而出現(xiàn)老化?？刂票P已服役十余年，電路板卡等元件老化致使故障頻發(fā)［3］。第二，技術進步帶來的產(chǎn)品升級。如今市場上的MSA8020型可燃氣體控制柜與舊有設備不兼容，使替換之路行不通。

（二）系統(tǒng)穩(wěn)定性下降問題

除備件缺失外，燃機消防控制系統(tǒng)還面臨穩(wěn)定性下降的問題?？刂乒駜?nèi)老化的板卡和電纜在溫度、濕度、振動等環(huán)境影響下頻繁誤報，既干擾系統(tǒng)正常運作，也為機組安全帶來隱患。穩(wěn)定性下降的主要原因有三個方面：一是元器件老化導致性能衰退；二是惡劣環(huán)境加速老化過程；三是疏忽維護保養(yǎng)以至于未及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。

（三）操作性下降問題

操作性下降是燃機消防控制系統(tǒng)另一問題，具體表現(xiàn)為可燃氣體泄漏盤液晶顯示屏顯示不全，給運行維護人員的正常使用帶來不便，既妨礙實時監(jiān)控機組狀態(tài)，又增加排查和故障處理難度。歸根結底有兩個方面的原因：第一，設備老化導致液晶顯示效果衰退；第二，技術更新緩慢，現(xiàn)有泄漏盤采用的顯示技術相對落后，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對高操作性的標準要求［4］。

三、燃機消防系統(tǒng)可燃氣體檢測裝置技術方案

（一）技術要求

改造前，根據(jù)控制系統(tǒng)結構圖全面評估檢查現(xiàn)場設備，為降低成本，可繼續(xù)沿用合格設備，技術性更換有缺陷或功能喪失的設備，清單式替換不兼容設備，保證火災報警控制系統(tǒng)滿足正常使用需求。燃機消防控制系統(tǒng)經(jīng)過精心設計和周密計劃，從而完成升級改造，引入MSA8020型控制盤匹配原系統(tǒng)，徹底消除技術和匹配上的隱患。升級改造包括替換和更新機組燃機消防控制柜及相關回路元件，提升系統(tǒng)穩(wěn)定運行能力。在改造中，制定詳細的部件更換清單，涵蓋可燃氣體泄漏控制盤、甲烷氣體探測器、環(huán)線模塊、輸出及輸入模塊等，提高系統(tǒng)整體性能。原Honeywell5701型可燃氣體泄漏盤被升級為性能卓越、工作穩(wěn)定的MSA8020型，同時安裝調試內(nèi)部卡件和電氣元件，從而協(xié)同配合各部件，為系統(tǒng)服務效益強化創(chuàng)造條件［5］。

為保證系統(tǒng)功能完整，在升級改造期間，必須準確接入各類傳感器信號線，嚴格編碼和調試，確保系統(tǒng)在緊急情況下仍然能夠迅速準確報警并采取有效控制措施?；馂膱缶涂扇細怏w探測系統(tǒng)設計制造形成完整體系，無縫連接各部分，避免聯(lián)動匹配問題導致的系統(tǒng)不穩(wěn)定性和不可靠性，滿足燃機機組對消防系統(tǒng)的嚴格要求。

（二）控制系統(tǒng)結構

全面考慮可燃氣體檢測裝置、各類探測器等燃機消防控制系統(tǒng)所有關鍵部件，制定燃機消防系統(tǒng)設備評估計劃。嚴格按照計劃詳盡檢查設備外觀、線路連通性及基本功能。對于可燃氣體探測器、感煙探測器等能進行實際功能測試，驗證其響應的準確性和時效性。在此過程中，詳細記錄每一設備的檢查結果，分類發(fā)現(xiàn)的問題、評估問題嚴重程度，為后續(xù)設備更換提供重要依據(jù)，也為消防控制系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化和改進提供寶貴數(shù)據(jù)支持。

在檢查評估中，部分設備因明顯物理損傷、功能失效或與新系統(tǒng)不兼容而無法繼續(xù)使用，要求工作人員依據(jù)評估檢查結果，制定設備更換清單。確定更換清單后，迅速組織專業(yè)團隊采購設備，動態(tài)性關注新設備是否滿足系統(tǒng)性能和可靠性要求。嚴格按相關規(guī)范和說明安裝與調試設備，保證每一個設備正確安裝并接入系統(tǒng)，每一條線路正確連接并經(jīng)過必要測試。安裝完成后，還需科學調試設備，保證其正常工作，并與系統(tǒng)中其他設備協(xié)同配合［6］。

對燃機消防系統(tǒng)可燃氣體檢測裝置進行分布式布置，旨在全方位監(jiān)控燃機進氣口、排氣口和燃料系統(tǒng)等關鍵部位的可燃氣體泄漏情況。依據(jù)燃機運行特點和泄漏風險等級，合理設置檢測裝置密度和位置，及時準確發(fā)現(xiàn)潛在泄漏隱患。為確保信號有效傳遞，采取分開布置策略，每個檢測裝置獨立設置保護信號輸出線路，避免信號干擾和誤判，在泄漏發(fā)生時能迅速準確傳遞報警信號至消防控制系統(tǒng)。

選用光電耦合器和電磁隔離器等高抗干擾能力和穩(wěn)定性的元器件，提升控制電路的可靠性。簡化電路結構，減少不必要元器件和連接線路，降低故障發(fā)生概率。采用模塊化設計思想，將控制電路劃分為多個功能模塊，便于故障排查和維修。強化電路保護措施，設置過流、過壓、欠壓保護機制，防止外部干擾或設備故障對電路造成損害。采用冗余設計思想，為主控電路配備備用電源和信號傳輸通道，確保緊急情況下正常工作。

（三）技術服務要求

在項目開始之前，明確工作環(huán)境、檢測設備運行要求、火災報警系統(tǒng)具體需求及適用的工業(yè)標準。全面評估現(xiàn)有的控制盤柜硬件狀況、軟件版本、系統(tǒng)性能等，判定升級改造的必要性與可行性，并識別潛在風險?；谠u估結果和項目需求，制定詳盡升級改造方案，涵蓋硬件升級計劃、軟件更新策略、系統(tǒng)集成方案以及施工流程和時間安排。在制定方案時，充分考慮設備匹配性、系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，將改造后的火災報警和滅火系統(tǒng)打造成緊密協(xié)調的整體［7］。

更新硬件和軟件是升級改造的關鍵環(huán)節(jié)。為保證裝置運行可靠性，需按方案要求提供新型或升級后的硬件設備和軟件系統(tǒng)，提升整個系統(tǒng)性能。在此過程中，技術人員應緊密協(xié)作，順利推進升級工作。完成硬件升級和軟件更新后，調試系統(tǒng)，幫助廠家實現(xiàn)各設備和系統(tǒng)間連接通信，促使整體功能達到預期。

四、燃機消防系統(tǒng)可燃氣體檢測裝置優(yōu)化改進后的效益

（一）破解誤動與拒動難題，消防系統(tǒng)穩(wěn)如磐石

燃氣機組消防控制系統(tǒng)誤動和拒動是長期困擾行業(yè)的難題，不穩(wěn)定因素會導致機組運行中斷，甚至引發(fā)安全事故。新型系統(tǒng)憑借先進的控制技術和算法，成功避免誤動和拒動。其高靈敏度和準確性，能在可燃氣體泄漏等緊急情況下迅速、準確響應，為消防系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供堅實保障。

（二）告別誤報警，提升機組運行效率

消防系統(tǒng)誤報警會給機組帶來停機損失，引發(fā)恐慌和混亂，影響工作人員身心健康。新型系統(tǒng)通過精確的氣體濃度檢測和智能分析，大幅降低誤報警發(fā)生率。機組運行更高效，停機時間減少，機組更安全穩(wěn)定，進一步提升機組整體運行效率。

（三）滿足消防要求，完善燃氣機組消防控制系統(tǒng)

燃氣機組消防控制系統(tǒng)需與時俱進。新型系統(tǒng)采用模塊化、熱插拔式技術設計，緊跟國家消防標準更新步伐，使系統(tǒng)更符合國家要求，提升系統(tǒng)可靠性，為機組長期穩(wěn)定運行奠定基礎。符合國家標準設計，能增強機組對復雜環(huán)境和緊急情況的適應能力。

（四）模塊化設計引領維護新風尚，省時省力更省心

可燃氣體盤作為核心部件，其性能和維護便利性直接影響系統(tǒng)運行效果。采用模塊化、熱插拔式設計新型系統(tǒng)氣體盤，在一定程度上提供高可靠性，簡化維護工作。更換或維修模塊時，無須停機或拆卸整個系統(tǒng)，簡單插拔即可，節(jié)省維護時間和成本，提高工作效率。

（五）實時查看氣體濃度，為安全保駕護航

為方便巡視人員實時了解機組周圍可燃氣體濃度，新型探測器自帶4位高亮LED顯示，使巡視人員無需額外檢測設備，即可現(xiàn)場直接查看氣體濃度。實時查看設計方案方便工作人員工作，提高安全隱患發(fā)現(xiàn)率。巡視人員能更準確判斷機組安全狀況，采取及時有效措施。

（六）創(chuàng)新智能標定工具，節(jié)省標定費用與時間

可燃氣體探測器的定期標定是保證其準確性和可靠性的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)標定方法費時費力，而新型探測器采用智能標定工具，提高了工作效率，降低運營成本。單人可快速完成標定工作，為燃氣機組節(jié)省可觀的費用和時間成本。這一創(chuàng)新技術為機組高效運行和成本控制提供有力支持。

結語

本文深入探討燃機機島可燃氣體泄漏系統(tǒng)如何提升消防系統(tǒng)可靠性。針對現(xiàn)有技術缺陷優(yōu)化控制策略并開發(fā)精準探測技術，顯著提高響應速度、穩(wěn)定性，降低誤報率。通過系統(tǒng)改造，解決備件缺失、不穩(wěn)定問題，采用模塊化設計、智能標定工具，簡化維護，節(jié)省費用和時間。這些改進能夠鞏固消防系統(tǒng)穩(wěn)定性，提升機組效率，切實保障電力系統(tǒng)的消防安全。

參考文獻

［1］

張立.反應堆壓力容器頂蓋貫穿件檢測裝置控制系統(tǒng)研究［D］.哈爾濱工程大學，2021.

［2］劉汗清.燃機控制系統(tǒng)網(wǎng)絡故障原因分析及可靠性研究［J］.電力系統(tǒng)裝備，2021（16）：62-63.

［3］李寧.三菱F4型燃機TCA系統(tǒng)的控制優(yōu)化研究與應用［J］.電力系統(tǒng)裝備，2023（05）：42-44.

［4］顧明恒，鄒婷婷，項潔瓊.透平葉片結構設計與振動特性網(wǎng)格無關性研究［J］.內(nèi)燃機與配件，2021（11）：8-9.

［5］劉驊，程甫，於國良.西門子燃機可燃氣體監(jiān)控系統(tǒng)改造［J］.儀器儀表用戶，2022，29（08）：5.

［6］童振翔，陳海文，黃月麗，等.基于9E燃機國產(chǎn)化控制系統(tǒng)的負荷間冷卻風機控制邏輯優(yōu)化［J］.自動化博覽，2023，10（06）：72-75.

［7］張文彬，吳瓊，宋文琦，等.氣體滅火系統(tǒng)防護區(qū)氣密性測試方法分析及試驗研究［J］.消防科學與技術，2023，42（08）：1098-1102.