燃机电厂可燃气体探测系统故障分析及对策

2024-01-08赵现晶吴晓尧

设备管理与维修 2023年23期

赵现晶，吴晓尧

（浙江浙能长兴发电有限公司，浙江湖州 313000）

0 引言

浙能长兴天然气热电有限公司（以下简称为“公司”）为2×435 MW 的单轴燃气-蒸汽联合循环发电机组。燃气轮机采用西门子SGT5-4000F（X）型，燃料为天然气。燃气轮机主要由压气机、透平和燃烧室组成。天然气来自上游的门站，在调压站内进行净化、加热、调压等过程后进入燃气轮机，与经压气机压缩后的空气充分混合，在燃烧室燃烧，燃烧产生烟气推动透平叶片做功。燃机本体及天然气控制阀组件设置在封闭的燃机罩壳内，配置罩壳通风系统维持温度和及时排出泄漏的天然气。由于天然气属于易燃易爆气体，若天然气阀组以及管道法兰发生泄漏，可能引起燃气爆炸事故，因此配备可燃探测系统是保障安全的重要一环。公司2 台天然气机组自投入生产以来，可燃气体探测系统曾多次出现故障，严重影响机组的运行安全。

1 可燃气体探测系统配置

机组采用北京MINIMAX 美力马消防设备有限公司提供的火灾自动报警系统。该系统的可燃气体探测系统（GAS DETECTION SYSTEM）主要用于检测燃机本体泄漏的天然气浓度。可燃气体探测探头Searchpoint Optima Plus 是一种用于危险区域的红外碳氢化合物气体探测器。该探测器使用红外吸收原理来检测不同浓度范围的碳氢化合物气体和蒸汽。可燃气体检测探头经接线盒、中间电缆送至就地控制柜内接线端子连接至卡件，将4～20 mA 电流信号转换为检测可燃气体浓度0～100%，并将数据传输到机柜卡件。卡件显示气体读数和通道状态，为连接的天然气检测探头提供控制、显示和报警功能。

2 可燃气体探测系统保护逻辑

燃气轮机罩壳内有8 个可燃气体探测器。2 个布置在燃气阀组间（2 取2 保护逻辑），一级报警的可燃气体浓度为10%、二级报警为20%。4 个布置在燃烧器上方（4 取2 保护逻辑），一级报警的可燃气体浓度为10%、二级报警为20%。2 个布置在燃机排气段（2 取2 保护逻辑），一级报警的可燃气体浓度为5%、二级报警为10%。

（1）当可燃气体探头探测到泄漏气体，且可燃气体装置没有闭锁时，在燃烧室出口外部左侧、天然气阀组模块、燃然烧室外部右侧及控制柜上闪灯和喇叭启动，燃气轮机控制系统发出“可燃气体泄漏”报警。

（2）当可燃气体检测探头检测到天然气含量超过气体爆炸极限值，即二级报警信号启动，送到燃气轮机控制系统，信号正常为“1”，3 路天然气检测信号丢失3 取2，燃机硬接线回路跳闸，同时TCS 系统逻辑自动关闭前置模块的天然气紧急切断阀、打开放散阀、切断燃料、机组紧急停机，具体控制逻辑设置如图1 所示。

图1 可燃气体探测系统保护逻辑设置

3 可燃气体探测系统故障分析

可燃气体探测系统故障表现为：卡件上气体读数显示为负值，卡件通道显示黄色故障报警，测量回路电压正常为24 V，电流信号＜4 mA，现场实际无可燃气体浓度泄漏情况，卡件运行正常且探头安装符合要求，排除误报可能，分析为可燃气体探头故障和回路故障。

3.1 气体检测探头故障

3.1.1 探头发生零点漂移

气体检测探头布置在燃机罩壳内，机组运行过程中，罩壳内温度较高，在高温环境下气体检测探头会发生零点漂移。气体检测探头标定时间间隔过长，探头超出使用寿命等情况，也会发生零点漂移。当探头发生零点漂移，输出电流值低于4 mA，探头组件处于中止程序，卡件会一直故障报警，需专门手操器进行软复位后才可再次投入运行。

3.1.2 探头内光学元件积聚污染物

罩壳内通风系统运行时会产生气流，进气管道内有细微的灰尘颗粒，细小灰尘进入探头内部，造成探头内光学元件积聚污染物。探头采用双波长红外检测原理，如果光学元件受到污染，探头组件对测试气体不能做出预期的响应，输出气体读数就会出现偏差，造成测量不灵敏。

探头安装至今，还未对其进行过拆解，也未对探头内光学元件进行过清洁。在故障处理过程中，发现探头表面积灰严重，将排气段的2 个就地探头取回，进行拆解，内部防尘罩手摸有积灰，气体测量通道两侧反学元件能看到灰尘成膜，内部光学元件污染严重。

3.2 回路故障

可燃气体检测探头经接线盒、中间电缆送至就地控制柜内接线端子连接至卡件，连接回路如图2 所示。

图2 可燃气体探测系统保护连接回路

在故障处理过程中对接线盒及就地控制柜内的接线端子进行检查，未出现松动异常情况。故障位置锁定在中间传输线路上。传输电缆沟布置在燃机排气段后，燃机排气段温度较高，可达500 ℃，外壁区域环境温度也相对较高，最高实测值可达140 ℃。在机组小修期间对排气段可燃气体探测系统的中间传输电缆进行全面检查，发现电缆桥架内的电缆表皮有破损，烧焦现象明显（图3），引起回路故障，造成系统误报。

图3 电缆桥架内电缆明显烧焦

4 可燃气体探测系统故障处理

4.1 气体探头定期维护

对可燃气体探头的定期维护和检查工作包括以下内容。

4.1.1 清洁

定期清洁探测器的表面组件，以去除灰尘、沉积物和其他杂质。对使用年限较长的探头还应进行拆解，对其内部进气管道及光学元件进行清洁。操作时应注意清洁剂与清洁方法的选用。

4.1.2 校准

定期校准探测器以确保其准确测量。校准过程应该由专业人员使用专门工具来完成。校准及更换的探头需用SHC1 手操器对操作过程中产生的故障或警告进行Soft Reset（软复位），重新进行4～20 mA 标定后方可投入使用。

4.1.3 更换探头

对超过使用寿命年限的探头，应及时进行更换。

4.1.4 检查连接

定期检查探头的接线端子，确保端子接触稳固，没有松动或损坏。

4.1.5 完善设备台账

完善设备台账，记录所有定期检查和维护的操作和结果。及时更新检测探头的维护、保养、检测等台账信息，为检测问题原因提供可追溯的参考数据。

4.2 回路中间传输电缆更换

由于中间电缆所处位置温度较高，出现烧焦现象，引起回路故障。由专业组进行电缆类型更换，选择合适的电缆规格和型号，在符合工作电压和电流等参数要求的前提下，能够耐受200 ℃高温。更换的新电缆用绝缘胶带、绝缘套管等物料对接线柱或接头进行绝缘保护，确认没有裸露的金属部分和绝缘破损等情况。通电测试，确认新电缆连接正常，各项指标符合要求。同时制定电缆检查周期计划，确保电缆无异常。