9E燃氣輪機危險氣體監測系統維護

程遠林

（大唐蘇州熱電有限責任公司，江蘇蘇州215214）

9E燃氣輪機危險氣體監測系統維護

程遠林

（大唐蘇州熱電有限責任公司，江蘇蘇州215214）

闡述9E燃氣輪機危險氣體監測系統故障原因。對于燃料為天然氣的機組，燃氣輪機危險氣體探測系統是一個非常重要的保護系統。天然氣無色無味，若不利用專業監測儀器，很難發現泄漏氣體；同時天然氣易燃易爆，為不造成人身傷害和設備損失，燃氣輪機機組配置了天然氣探測系統，保證天然氣管道及法蘭存在泄漏會被及時發現，并作必要的控制保護處理。

燃氣輪機；氣體泄漏；監測系統；故障分析

0 前言

大唐蘇州熱電廠裝機容量為2×200 MW級的燃機-蒸汽聯合循環機組，采用南京汽輪機廠生產的PG9171E型燃機。9E燃氣輪機是一個重載、單軸的快裝式機組，其工作原理是通過軸流式壓氣機從外界將空氣吸入機器中，并且進行空氣增壓，同時，空氣的溫度也會進行相應升高，使得燃燒室內的壓縮空氣和天然氣混合燃燒。最新的9E燃機采用DLN1.0燃燒系統，共有3組燃料環管及噴嘴。較多的燃料管路、法蘭使得天然氣存在泄漏可能，因此配備危險氣體監測系統十分必要。機組投產以來，燃機危險氣體監測系統使用過程中，危險氣體探頭數次出現故障。

1 燃機危險氣體探頭的配置

9E燃氣-蒸汽聯合循環機組配有一套危險氣體監測系統，由Honeywell生產制造，就地元件安裝位置共計分為3個區域，即DLN小室通風道內、輪機間冷卻風機入口和輪機間透平下部，每個區域配有3個檢測探頭，用于天然氣檢測和機組保護。

2 危險氣體監測系統工作原理

危險氣體探頭采用催化式傳感器，激勵電壓為DC 24 V。催化式傳感器為核心的惠斯通電橋，由測量元件和補償元件配對組成電橋的兩個臂，用于檢測的氣敏元件根據催化燃燒效應原理工作，遇到可燃氣體時，可燃氣體在有催化劑的電橋上無焰燃燒，橋臂的電阻值因溫度增加而增加。檢測元件電阻值增加引起橋路輸出電壓變化，該電壓變化量隨著氣體濃度增大而增大；補償元件起參比以及溫度補償作用。危險氣體濃度測量值由LEL的百分比表示，LEL即最低爆炸極限，通常用在空氣或其他氧化劑中含有可燃氣體的百分比數表示。危險氣體檢測探頭產生的電壓信號傳送到危險氣體檢測系統卡件形成并轉化為測量顯示值，在卡件內進行邏輯運算，然后將邏輯判斷值傳送至燃機控制系統，進行燃機的危險氣體保護系統的運算。

3 危險氣體監測系統保護邏輯

危險氣體保護盤需要與燃機MarkVIe控制系統結合，才能對機組安全運行構成完整保護。危險氣體保護盤起到實時監測的作用；MarkVIe控制系統則在監測到天然氣泄漏時緊急停機。通常危險氣體探頭設有高一報警值和高二報警值。高一值為5%LEL，高二值為8%LEL。每個區域3個危險氣體探頭為一組，3個區域的危險氣體保護邏輯一致，具體內容如下。

（1）同一組內，任意兩個危險氣體探頭發高高報警則機組跳閘。

（2）同一組內，任一危險氣體探頭高高報警且另一個探頭故障報警，則機組延時5 s跳閘。

（3）同一組內，任意兩個危險氣體探頭故障報警且第三個探頭高報警則機組延時5 s跳閘。

（4）同一組內，任意兩個危險氣體探頭故障，延時5 s自動停機。

（5）同一組內，任意一個危險氣體探頭故障加一個探頭高報警延時5 s自動停機。

當燃機控制盤接受到相關信號，經邏輯判斷發出跳閘信號后，燃機會立刻關斷燃料截止閥、燃料速比閥、一二三級燃料控制閥；打開放散閥。

4 燃機運行中危險氣體保護系統常見故障

4.1 危險氣體檢測探頭靈敏度下降

在危險氣體檢測系統定期校驗過程中發現風道內有探頭通標氣時的測量值遠遠達不到標氣標準值，且響應速度減慢。通過比較和分析發現，風道內有細微的灰塵顆粒長期吹向探頭，其中部分細小灰塵進入探頭內部堵塞探頭造成測量不靈敏。

4.2 危險氣體探頭故障或誤報警

運行中危險氣體檢測系統某個探頭發生故障報警，分為兩種：①測量值往正方向上超過量程的故障（ER80）；②測量值在負方向上超過量程的故障（ER81），比如測量值超過-2.5%LEL。根據說明書，危險氣體探頭的工作極限溫度為150℃，但是在120℃以上的高溫環境中不能長期運行，輪機間冷卻風扇入口處的危險氣體探頭由于長期處于高溫下（120℃左右），影響了測量元件使用壽命，測量值經常會在運行中發生大測量值偏移乃至于故障報警。

4.3 危險氣體檢測探頭零點漂移

在溫度相對較高的區域的危險氣體探頭極易發生零點漂移現象，經過分析發現，在高溫環境中的危險氣體探頭較易發生信號干擾。另外，如果對危險氣體探頭維護不及時，未定期校驗，或是對超出壽命的探頭超期使用等情況，或危險氣體探頭附近電信號干擾強都容易造成危險期探頭的零點漂移。

某電廠1號聯合循環機組正常運行期間，1號燃機發“L45HT4H-ALM危險氣體濃度高”報警，發“L45HGDSD危險氣體檢測裝置故障，自動停機”信號。1號燃機開始自動減負荷到零，自動解列停機。技術人員現場檢查發現，45HT4（危險氣體監測探頭設備編號）探頭運行中發出“45HT4H”高報警，45HT5探頭運行中發出故障信號，45HT4，45HT5探頭運行中相繼發出高報警和故障信號，滿足燃機減負荷停機條件，是本次機組解列的直接原因。技術人員在進一步檢查中發現，45HT6探頭在檢查過程中也發出故障信號，說明3個探頭工作中遇到相同問題。經查明是由于1號燃機2瓦冷卻密封排油煙管道與燃燒室支撐缸結合面有壓氣機排氣泄漏，溫度高達377℃，導致輪機間運行中溫度超出危險氣體探頭允許工作環境溫度（允許值為-55～150℃），輪機間內溫度測點最高達170℃，從而發生輪機間冷卻風扇入口的危險氣體探頭相繼故障，引起燃機自動停機。而發生故障的3個危險氣體探頭投入使用均不足1個月。

5 提高危險氣體探頭可靠性和使用壽命的方法

5.1 監測探頭安裝的注意事項

（1）危險氣體探頭必須安裝在爆炸性混合物最容易積累的地方，保證測量的真實性和準確性。

（2）為使危險氣體探頭運行正常，安裝位置周圍應保持一定的空間，宜留有≥0.3 m的凈空區。

（3）危險氣體探頭必須安裝在無沖擊、無振動、無磁場干擾的場所。

（4）危險氣體探頭和相對應的接線盒必須接地良好，消除周圍用電設備的電信號干擾。

（5）被測氣體中甲烷比空氣密度低，因此危險氣體探頭必須安裝在被測設備（法蘭）的上方。

（6）由于長期處于高溫區域會影響危險氣體探頭壽命，可適當更改輪機間冷卻風扇入口處的3個危險氣體探頭位置。在兩臺風機的風道中增加聯通管，并將危險氣體探頭安裝在聯通管內，以降低危險氣體探頭工作的環境溫度。

5.2 監測探頭的定期維護

危險氣體探頭一般情況下能夠連續工作1～2年，但是定期對探頭進行校驗仍然非常必要，根據制造商建議每90天應對探頭校驗一次，并對探頭的濾網進行清理。此外，當校驗過程中，探頭測量值與標氣值偏差較大時，應及時更換探頭，且更換新的危險氣體探頭和卡件后，在其投運前必須重新校驗。值得注意的是，當探頭發生過超限報警或者長期暴露在高濃度的天然氣下后必須對其重新校驗，這是為了防止探頭中毒而降低應有的靈敏度。

5.3 完善設備檢修臺賬的必要性

由于危險氣體探頭需要周期性更換，完善設備臺賬就顯得非常重要。且在臺賬中需要詳細記錄校驗數據、周期，探頭更換日期等，以便做好危險氣體探頭的劣化趨勢分析，及時進行更換。

6 提高MarkVIe控制系統中危險氣體保護可靠性的建議

由于輪機間冷卻風扇入口的3個危險氣體探頭長期處于高溫區域，易發生漂移和故障，很容易造成保護的誤動，建議取消該組探頭的自動停機邏輯，保留跳閘保護邏輯；其余兩個區域可以根據實際情況對保護邏輯進行修改。

7 結語

燃機危險氣體保護系統是保證機組安全運行的重要一環，在正常生產過程中極易發生探頭故障的現象。要消除這些故障現象，檢修人員必須熟悉和了解危險氣體探頭的工作原理和常見故障，才能夠更加及時的解決問題，使得機組能夠更加穩定的運行。

〔編輯 凌瑞〕

TM611.31

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.11