燃機電廠天然氣泄漏檢測技術研究

寧波，姜建

（廣東惠州天然氣發電有限公司，廣東惠州516005）

1 項目背景

廣東惠州天然氣發電有限公司一期3 臺390MW 的三菱M710F3 型機組投產12 年來，天然氣管道法蘭破裂泄漏事件4 次；天然氣安全閥誤動或內漏30 次；天然氣排空閥泄漏21次；天然氣閥門儀表接口微小泄漏156 次。針對燃機電廠的天然氣泄漏的特點和方式，該廠對天然氣泄漏的檢測技術進行了優化研究，增加了實時監測的準確性，提高了檢測的可靠性，為安全生產提供了保障措施。

2 燃機電廠針對不同設備采用的檢測技術

2.1 燃機本體天然氣泄漏檢測

燃機本體、天然氣流量控制閥以及天然氣壓力控制閥等相關閥門統一設置在一個封閉的燃機罩殼中，在燃機罩殼頂部的前、中、后3 個位置各設置1 個通風管，在每個通風管尾端設置罩殼風機給罩殼通風，在每個罩殼風機出口管道設置可燃氣體檢測裝置，以實時檢測泄漏的天然氣含量。當燃機罩殼風機的可燃氣體含量檢測儀發現可燃氣體含量超過天然氣爆炸極限最低值的5%時，發出報警；可燃氣體含量檢測儀發現可燃氣體含量超過天然氣爆炸下限的25%時（3 選2），燃機自動跳機。

2.2 燃機排氣段和余熱鍋爐內的天然氣泄漏檢測

三菱原設計只在燃機排氣段設置1 個可燃氣體含量檢測裝置，當出現排氣段可燃氣體含量檢測儀發現可燃氣體含量超過天然氣爆炸極限最低值的5%時，發出報警，并強制燃機下次啟動時吹掃事件超過550s，并且排氣段可燃氣體含量檢測儀報警復位后才能點火。經過多年經驗總結，發現1 個可燃氣體檢測裝置可靠性不足，導致三菱在每次燃機啟動后為了防止出現泄漏天然氣積存燃燒爆炸風險，強制吹掃550s，造成大量的能源和時間浪費。經優化，在燃機排氣段增加了3 個可燃氣體泄露檢測裝置數量，分布在燃機排氣段不同位置，提高了燃氣排期段天然氣泄漏泄露檢測裝置報警的準確性和可靠性。如果有天然氣泄漏報警，燃機吹掃時間設置為550s，避免泄漏天然氣燃燒爆炸；如果沒有報警，則將燃機每次啟動的吹掃時間由550s 減少到300s，降低了燃機吹掃階段的電能消耗和余熱鍋爐的余熱損失，聯合循環機組啟動時間減少約4min，每次啟動增加利潤約5000 元。

因燃機排氣段和余熱鍋爐聯通，泄漏的天然氣必須經過燃氣排氣段后才能進入余熱鍋爐，所以，余熱鍋爐內不用設置天然氣泄漏檢測裝置。

2.3 電廠主廠房天然氣泄漏檢測

在每臺機組主廠房的可燃氣體管道附近，均勻布置了26個可燃氣體報警裝置，當可燃氣體檢測到含量超限時，發出報警。為了節省投資，天然氣和氫氣等可燃氣體檢測裝置合并檢測。當可燃氣體檢測儀發現可燃氣體含量超標后，立刻通知消防系統，并指示相關報警位置。

2.4 天然氣安全閥誤動和排空閥泄漏的引起的天然氣泄漏檢測

因燃機電廠生產和檢修需要，在天然氣管道上安裝了大量的安全閥和排空閥，從統計數據來看，天然氣安全閥誤動或內漏和天然氣排空閥內漏經常出現。但原始設計人員未考慮相關檢測，經過多年經驗總結，將天然氣安全閥和天然氣排空閥的排空管匯集在一起，在排空管的末端加裝天然氣含量檢測裝置，當排空管的末端檢測到天氣含量超過爆炸下限的5%時，發出天然氣輕微泄漏報警至電廠DCS 系統，當排空管的末端檢測到天氣含量超過爆炸下限的20%時，發出天然氣大量泄漏報警至電廠DCS 系統，提醒運行人員及時到現場檢查。

2.5 天然氣長距離管道的泄漏檢測

因原設計人員未考慮相關檢測，所以，早期出現天然氣長距離管道泄漏時，無法通過在線系統檢測。經過多年運行經驗總結，使用天然氣供氣系統的已安裝流量計作為天然氣長距離管道的泄漏實時檢測檢測方法，同時，該閥門還能發現天然氣安全閥誤動等較大的天然氣泄漏，而且沒有增加任何硬件成本。具體邏輯如圖1 所示。

圖1 天然氣長距離管道的泄漏檢測邏輯圖

根據歷史經驗數據，總結出每臺燃機各負荷段對應的機組天然氣流量，在電廠DCS 根據機組流量計信號設置天然氣泄漏檢測程序。但機組停運后，機組天然氣流量超過500m3/h（標準狀態），則認為出現該段長管道天然氣泄漏；但機組運行時，機組天然氣流量超過經驗數據3000m3/h（標準狀態），則認為該段長管道天然氣泄漏；出現以上2 種情況，立刻報警通知運行人員現場檢查。通過該方法檢測到天然氣長距離管道泄漏2 次，預防了重大安全隱患，挽回經濟損失20 萬元以上。

2.6 調壓站管道的天然氣泄漏檢測

調壓站管道的天然氣泄漏檢測技術也利用天然氣流量計數據的統計分析作為天然氣泄漏檢測的主要手段。利用管道體積平衡法進行實時檢測，其公式為：

式中，L總為調壓站進口天然氣流量計讀數；L1為1#機組天然氣流量計讀數；L2為2#機組天然氣流量計讀數；L3為3#機組天然氣流量計讀數。

根據多年經驗數據和流量計誤差考慮，當L大于2000m3/h（標準狀態），且持續時間超過5min，則可以認為調壓站管道出現大量天然氣泄漏，電廠DCS 會立刻發出相關報警，通知運行人員到現場檢查。同時，天然氣調壓站還裝設了16 組可燃氣體報警器作為補充檢測手動，在排空管末端裝設可燃氣體含量檢測裝置檢測安全閥誤動內漏和排空管內漏。

3 燃機電廠現場手動檢測天然氣泄漏技術

3.1 紅外線成像法

天然氣管道發生泄漏時，泄漏點周圍空氣或土壤的溫度場會發生變化。通過紅外線遙感攝像裝置可以記錄輸氣管道周圍的地熱輻射效應，再利用光譜分析可以檢測出泄漏位置。這種方法可以較精確地定位泄漏點，靈敏度也較高，但不適用埋設較深的管道檢漏。運行人員利用手持式的紅外線成像儀，可以方便迅速檢測出微小的泄漏點。

3.2 泡沫檢測法

用洗潔精少許，稍加些水稀釋，使起泡效果更好。用毛刷均勻涂于需要檢測的管道接頭處及周邊，觀察管道表面與接頭處是否有新氣泡形成，并不斷破裂，則說明有天然氣逃逸，是漏氣的；如果沒有變化，則表明不漏氣。

3.3 手持式可燃氣體探測儀檢測法

運行人員利用手持式可燃氣體探測儀在現場檢查泄漏點，該方法準確性不高，對輕微泄漏無法有效檢測。

3.4 天然氣管道定期做嚴密性試驗檢測法

由于廠內是兩班制調閥機組，存在大量停機檢修時間，可以定期分段開展天然氣管道嚴密性試驗。嚴密性試驗穩壓的持續時間應為24h，每小時記錄不應少于1 次，當修正壓力降小于133Pa 時為合格。

4 結語

泄漏是燃機電廠天然氣管道安全輸送的主要隱患，廣東惠州天然氣發電有限公司針對電廠天然氣泄漏的檢測技術開展了深入的優化改進，提高了燃機電廠使用天然氣過程中的可靠性，降低了潛在天然氣爆炸燃燒的風險。同時，能夠及時發現天然氣的泄漏，幫助電廠避免不必要的損失，帶來明顯的經濟效益。