9E燃气轮机危险气体监测系统维护

2016-04-09程远林

设备管理与维修 2016年11期

关键词：轮机燃机校验

程远林

（大唐苏州热电有限责任公司，江苏苏州215214）

9E燃气轮机危险气体监测系统维护

程远林

（大唐苏州热电有限责任公司，江苏苏州215214）

阐述9E燃气轮机危险气体监测系统故障原因。对于燃料为天然气的机组，燃气轮机危险气体探测系统是一个非常重要的保护系统。天然气无色无味，若不利用专业监测仪器，很难发现泄漏气体；同时天然气易燃易爆，为不造成人身伤害和设备损失，燃气轮机机组配置了天然气探测系统，保证天然气管道及法兰存在泄漏会被及时发现，并作必要的控制保护处理。

燃气轮机；气体泄漏；监测系统；故障分析

0 前言

大唐苏州热电厂装机容量为2×200 MW级的燃机-蒸汽联合循环机组，采用南京汽轮机厂生产的PG9171E型燃机。9E燃气轮机是一个重载、单轴的快装式机组，其工作原理是通过轴流式压气机从外界将空气吸入机器中，并且进行空气增压，同时，空气的温度也会进行相应升高，使得燃烧室内的压缩空气和天然气混合燃烧。最新的9E燃机采用DLN1.0燃烧系统，共有3组燃料环管及喷嘴。较多的燃料管路、法兰使得天然气存在泄漏可能，因此配备危险气体监测系统十分必要。机组投产以来，燃机危险气体监测系统使用过程中，危险气体探头数次出现故障。

1 燃机危险气体探头的配置

9E燃气-蒸汽联合循环机组配有一套危险气体监测系统，由Honeywell生产制造，就地元件安装位置共计分为3个区域，即DLN小室通风道内、轮机间冷却风机入口和轮机间透平下部，每个区域配有3个检测探头，用于天然气检测和机组保护。

2 危险气体监测系统工作原理

危险气体探头采用催化式传感器，激励电压为DC 24 V。催化式传感器为核心的惠斯通电桥，由测量元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，用于检测的气敏元件根据催化燃烧效应原理工作，遇到可燃气体时，可燃气体在有催化剂的电桥上无焰燃烧，桥臂的电阻值因温度增加而增加。检测元件电阻值增加引起桥路输出电压变化，该电压变化量随着气体浓度增大而增大；补偿元件起参比以及温度补偿作用。危险气体浓度测量值由LEL的百分比表示，LEL即最低爆炸极限，通常用在空气或其他氧化剂中含有可燃气体的百分比数表示。危险气体检测探头产生的电压信号传送到危险气体检测系统卡件形成并转化为测量显示值，在卡件内进行逻辑运算，然后将逻辑判断值传送至燃机控制系统，进行燃机的危险气体保护系统的运算。

3 危险气体监测系统保护逻辑

危险气体保护盘需要与燃机MarkVIe控制系统结合，才能对机组安全运行构成完整保护。危险气体保护盘起到实时监测的作用；MarkVIe控制系统则在监测到天然气泄漏时紧急停机。通常危险气体探头设有高一报警值和高二报警值。高一值为5%LEL，高二值为8%LEL。每个区域3个危险气体探头为一组，3个区域的危险气体保护逻辑一致，具体内容如下。

（1）同一组内，任意两个危险气体探头发高高报警则机组跳闸。

（2）同一组内，任一危险气体探头高高报警且另一个探头故障报警，则机组延时5 s跳闸。

（3）同一组内，任意两个危险气体探头故障报警且第三个探头高报警则机组延时5 s跳闸。

（4）同一组内，任意两个危险气体探头故障，延时5 s自动停机。

（5）同一组内，任意一个危险气体探头故障加一个探头高报警延时5 s自动停机。

当燃机控制盘接受到相关信号，经逻辑判断发出跳闸信号后，燃机会立刻关断燃料截止阀、燃料速比阀、一二三级燃料控制阀；打开放散阀。

4 燃机运行中危险气体保护系统常见故障

4.1 危险气体检测探头灵敏度下降

在危险气体检测系统定期校验过程中发现风道内有探头通标气时的测量值远远达不到标气标准值，且响应速度减慢。通过比较和分析发现，风道内有细微的灰尘颗粒长期吹向探头，其中部分细小灰尘进入探头内部堵塞探头造成测量不灵敏。

4.2 危险气体探头故障或误报警

运行中危险气体检测系统某个探头发生故障报警，分为两种：①测量值往正方向上超过量程的故障（ER80）；②测量值在负方向上超过量程的故障（ER81），比如测量值超过-2.5%LEL。根据说明书，危险气体探头的工作极限温度为150℃，但是在120℃以上的高温环境中不能长期运行，轮机间冷却风扇入口处的危险气体探头由于长期处于高温下（120℃左右），影响了测量元件使用寿命，测量值经常会在运行中发生大测量值偏移乃至于故障报警。

4.3 危险气体检测探头零点漂移

在温度相对较高的区域的危险气体探头极易发生零点漂移现象，经过分析发现，在高温环境中的危险气体探头较易发生信号干扰。另外，如果对危险气体探头维护不及时，未定期校验，或是对超出寿命的探头超期使用等情况，或危险气体探头附近电信号干扰强都容易造成危险期探头的零点漂移。

某电厂1号联合循环机组正常运行期间，1号燃机发“L45HT4H-ALM危险气体浓度高”报警，发“L45HGDSD危险气体检测装置故障，自动停机”信号。1号燃机开始自动减负荷到零，自动解列停机。技术人员现场检查发现，45HT4（危险气体监测探头设备编号）探头运行中发出“45HT4H”高报警，45HT5探头运行中发出故障信号，45HT4，45HT5探头运行中相继发出高报警和故障信号，满足燃机减负荷停机条件，是本次机组解列的直接原因。技术人员在进一步检查中发现，45HT6探头在检查过程中也发出故障信号，说明3个探头工作中遇到相同问题。经查明是由于1号燃机2瓦冷却密封排油烟管道与燃烧室支撑缸结合面有压气机排气泄漏，温度高达377℃，导致轮机间运行中温度超出危险气体探头允许工作环境温度（允许值为-55～150℃），轮机间内温度测点最高达170℃，从而发生轮机间冷却风扇入口的危险气体探头相继故障，引起燃机自动停机。而发生故障的3个危险气体探头投入使用均不足1个月。

5 提高危险气体探头可靠性和使用寿命的方法

5.1 监测探头安装的注意事项

（1）危险气体探头必须安装在爆炸性混合物最容易积累的地方，保证测量的真实性和准确性。

（2）为使危险气体探头运行正常，安装位置周围应保持一定的空间，宜留有≥0.3 m的净空区。

（3）危险气体探头必须安装在无冲击、无振动、无磁场干扰的场所。

（4）危险气体探头和相对应的接线盒必须接地良好，消除周围用电设备的电信号干扰。

（5）被测气体中甲烷比空气密度低，因此危险气体探头必须安装在被测设备（法兰）的上方。

（6）由于长期处于高温区域会影响危险气体探头寿命，可适当更改轮机间冷却风扇入口处的3个危险气体探头位置。在两台风机的风道中增加联通管，并将危险气体探头安装在联通管内，以降低危险气体探头工作的环境温度。

5.2 监测探头的定期维护

危险气体探头一般情况下能够连续工作1～2年，但是定期对探头进行校验仍然非常必要，根据制造商建议每90天应对探头校验一次，并对探头的滤网进行清理。此外，当校验过程中，探头测量值与标气值偏差较大时，应及时更换探头，且更换新的危险气体探头和卡件后，在其投运前必须重新校验。值得注意的是，当探头发生过超限报警或者长期暴露在高浓度的天然气下后必须对其重新校验，这是为了防止探头中毒而降低应有的灵敏度。

5.3 完善设备检修台账的必要性

由于危险气体探头需要周期性更换，完善设备台账就显得非常重要。且在台账中需要详细记录校验数据、周期，探头更换日期等，以便做好危险气体探头的劣化趋势分析，及时进行更换。