海上平台火焰探头大范围频繁报故障原因及解决办法

吴高波

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057）

某海上平台隶属于中海石油（中国）有限公司湛江分公司，平台投产两年后，在下雨天时，火气系统开始出现大范围的火焰探头报断线故障的情况。报故障的火焰探头布置在各层甲板，危险区、安全区、高处、低处各个位置都有，无明显分布规律。所有火焰探头为同一批次同一进口品牌，同一工程建造阶段安装和调试，总数量为81台，曾出现过故障报警的有20多台，其中14台频繁报故障。火焰探头的正常工作关系到现场的生产安全，亟需立即解决问题。

1 火焰探头简介

物质燃烧时，在产生烟雾和放出热量的同时，也产生可见或不可见的光辐射。通过对光辐射的特定波长的紫外光和红外光的检测，从而检测出火灾的产生。火焰探头又称感光式火灾探测器，它是用于响应火灾的光特性即扩散火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾探测器。根据火焰的光特性，目前使用的火焰探测器有两种：一种是对波长较短的光辐射敏感的紫外探测器，另一种是对波长较长的光辐射敏感的红外探测器。

平台火焰探头型号为X3301，是一种三频谱红外火焰探测器，每个探测器有3个传感器，探测器通过内嵌的32位微处理器，采用多种信号处理算法，即便在有误报警源和环境中有红外辐射体存在的情况下依然能提供连续的火焰探测保护。探测器具有自动光学完整性校准检查，每个传感器内的测试灯每分钟发出一次特定波长的光以检验探测器工作是否正常，也可以采用磁棒、手动外接按钮以及使用模拟火焰信号灯对探头进行测试。多频红外火焰探测器对碳氢火焰具有更长的探测距离，有很高的防误报能力，具有智能光路自动加热防止潮气和冰水集聚。

图1 火焰探头X3301前视图

2 故障现象

火焰探头开始出现大范围报断线故障的情况，典型的故障现象主要有：

（1）零星且反复报故障：在中控画面上，偶尔有火焰探头报故障的情况，因探头在高处，采用伸缩杆包裹布片配合清洗液的方式擦拭后，探头恢复正常，但过几天后又重复报故障。

（2）大范围报故障：下雨天时，约有25%以上数量的火焰探头在中控画面上持续报故障，等雨停一段时间后，探头又自动恢复正常。

3故障原因排查

3.1中控系统排查

（1）中控系统卡件故障。在线检查中控系统，确认硬件组态、程序、参数设置正确，所有冗余卡件运行正常，排除了卡件的问题。

（2）中控系统软件设置问题。在组态软件中，设定当火焰探头传感器输出信号电流值小于3.5mA时为断线故障，但未设置更低电流输出时对应的故障报警，所以导致探头故障的具体原因无法查询，中控故障报警为断线故障与设备实际故障报警不一定相符。

（3）接线问题。检查中控控制柜、中间接线箱、火焰探头等接线都正确，各点接触良好，排除了接线问题。

（4）通讯问题。现场所有火焰探头采用的都是点对点的方式，并非现场总线等串联方式，探头之间互不干扰，探头输出4-20mA电流信号至中控，不同电流代表不同状态。分别从接线柜端子排上和现场探头处用毫安信号发生器模拟输入电流信号，中控显示正常，报警正确。

3.2 环境因素排查

（1）安装位置。火焰探头一般安装在各层甲板的立柱、支架、防火墙上，安装牢固，无振动影响；安装位置高于各设备撬块，低于上一层甲板面1到2米。所有安装位置依据设计图纸施工，未见异常。

（2）温湿度影响。海上平台位于南海，常年湿度较高，空气中盐分大，长时间累积可能造成探头表面脏污。夏天温度高，太阳直射时探头表面温度可达60℃以上，但实际检查发现，温度高可能会造成电子元器件老化加快，但短时间内影响不大。

（3）背景光等影响。现场照明灯具为荧光灯具，发出白色可见光，通过调整火焰探头朝向等确认对探头检测无直接影响。部分罐体和管线包裹保温铁皮，在强烈阳光反射下，偶尔会出现火焰探头报警的情况，但平台有多层甲板，仅有个别位置受阳光直射，影响范围很小，调整探头朝向后问题得以解决，非主要原因。

（4）电磁干扰。火焰探头安装位置远离设备撬块，未直接受设备运行影响，所有电缆走线符合相关规范要求；中控及探头屏蔽接地方式为中控集中接地，接地电阻正常，屏蔽完好；所有电缆经检测绝缘良好。

3.3 火焰探头自身因素排查

（1）火焰探头本身质量问题。此类火焰探头技术成熟，质量可靠，在中海油范围内有大量运用，未出现过此类大范围火焰探头报故障的情况。经咨询厂家，同批次其他探头也未出现此类情况。

（2）探头测试。火焰探头有2种测试方法，一种为火焰灯模拟火焰信号照射探头，另一种方式为用磁棒吸合探头本体上的磁性开关。用模拟火焰灯照射时，部分探头能报警，部分无法报警；用磁棒吸合时，所有探头都能报警。

（3）探头自加热功能。探头用于检测的镜面带自加热功能，当有雨雾时自动启动去除水雾，经测试，自动加热功能正常。

（4）探头拆检。火焰探头总体分为2个部分，前半部分主要包括3个观察孔及感光元器件等，后半部分主要为电源及变送部分；将报故障的火焰探头前半部分更换新的后，问题未再次出现。对探头前半部分进行拆检，发现所有电路板状态良好，工作正常，但探头镜面模糊不清，存在大面积的锈蚀金属粉尘、盐雾、水垢等痕迹，并且镜面上的涂层变花，存在多处斑点。

（5）探头检测。将故障的火焰探头使用专用数据线连接至电脑，并用检测软件进行检测。调整探头灵敏度等参数，对报故障问题无影响；读取探头存储日志信息，探头的历史故障为“Auto Oi Fault ”和“ Reduced Oi Signal ”两种，均为探头自检未通过，设备会发出2mA信号输出；读取报故障探头的3个传感器状态数值，仅为20左右，远低于最优状态值100。

4 问题原因分析

综上排查结果所述，火焰探头大范围报断线故障的主要原因为：在平台建造及日常防腐的过程中产生了大量金属粉尘，这些粉尘吸附和集聚在火焰探头表面，未能得到及时清理，与水雾和盐分作用产生锈蚀，长期累积下，形成大量锈迹、水垢等痕迹覆盖在镜面上，并堵塞反射孔、Oi自检孔等；在下雨时，大量水雾喷洒在探头镜面上，进一步加剧了镜面模糊程度，导致探头无法正常工作和自检从而频繁报故障；同时中控系统软件中仅设置了电流低于3.5mA的断线故障报警，未设置更低电流所对应的报警，因此最终反应在中控画面中出现火焰探头大范围报断线故障的现象。

5 解决方法分析

针对火焰探头存在的问题，采取如下处理措施：

（1）总体清洗标定和校准

①将所有探头从现场安装处拆回工作间，观察到探头反射孔镜面模糊不清，存在大量不明污垢粘附，透光性很差。将探头连接电源，并使用专用调试工具连接至电脑，通过专用软件读取探头状态信息。

图2 探头初始状态

②探头上电后，探头状态灯为绿色，显示工作正常；通过专用软件读取探测器存储日志，发现存在多次自检故障信息；检查各项实时参数信息，确认无其他报错情况，工作电压24V，电流输出为4mA；观察3个探测器窗口初始状态值为20左右，远低于100，实际工作状态不理想，很可能存在无法正常检测到火焰的情况，存在较大的安全隐患。

图3 专用软件检测的初始状态结果

③在未拆解探头的情况下，直接从探头表面对3个窗口进行清洁，采用清洗液配合抹布、纸巾等方式清洁，有一定效果，但无法完全清除污垢。观察探测器窗口数值变化为40到80之间。

④将探头拆解，将整个镜面拆卸后清洗，发现清洗液、精密电器清洁剂、洗洁精等常规清洁方式效果不理想，最后采用牙膏和牙刷清洁的方式，效果很好，所有污垢都被清除；清洗时确认镜面涂层上存在很多斑点，有一定的变性损坏情况；再对反射孔清理完后，重新回装探头并进行测试，观察探测器数值变化为70至90。

图4 Oi板及反射孔清洁

⑤存储备份探头历史报警后，清理复位报警信息；操作专用软件，对探头进行校准标定后，3个窗口数值变为100，探头工作在正常状态，报警测试正常。

图5 重新标定后探头状态检测

⑥将探头回装到现场原安装位置并用磁棒和火焰模拟等进行测试，确认探头工作正常，报警和复位功能正确。对所有火焰探头进行同样的拆装、清洗、校准标定和测试工作，确保探头恢复正常。

（2）定期测试和维护

每季度对所有火焰探头进行维护保养，清洗探头表面和3个观察孔等，有必要时拆下探头，对镜面即Oi板进行清洁。为降低工作量，提高便利性，专门设计了一种高处探头清洗工具，带旋转清洗头、清洗剂和水雾喷洒、气体吹扫等功能。探头清洗时，先将伸缩杆缩放到位，接上清洗液，通过气压从喷嘴处喷洒到探头正面，再使用气动马达带动旋转头清洗，然后喷洒清水除去残留清洗液，最后使用工厂风吹扫，确保探头清洗到位，减少金属粉尘及盐分等残留。清洗完成后使用模拟火焰灯和磁棒进行测试，确认探头工作正常。

（3）完善报警信息

在中控软件中，根据表1所示，设置不同电流对应的4种故障报警、1种正常工作状态和预报警及报警2种状态，确保所有探头状态都能得到准确识别，并及时采取针对性的处理措施。此外，需定期使用火焰探头专用调试工具连接探头进行测试，以保证探头始终工作在最优状态。

表1 输出电流大小代表的探头状态

6 结束语

本文从海上平台案例出发，结合现场排查，分析得出火焰探头大范围报断线故障的具体原因，并给出了详细的解决办法。但受制于探头数量多及分布位置复杂的因素，维护工作量大且成本高，定期维护需配合专门设计的清洗工具。此外，此次拆洗Oi板时发现镜面涂层部分位置变花，存在斑点的情况，初步判断为光学污染或老化所致，还需要继续深入分析原因并采取相应处理措施，确保火焰探头工作正常，保障现场生产安全。