燃機電廠可燃氣體探測系統故障分析及對策

趙現晶，吳曉堯

（浙江浙能長興發電有限公司，浙江湖州 313000）

0 引言

浙能長興天然氣熱電有限公司（以下簡稱為“公司”）為2×435 MW 的單軸燃氣-蒸汽聯合循環發電機組。燃氣輪機采用西門子SGT5-4000F（X）型，燃料為天然氣。燃氣輪機主要由壓氣機、透平和燃燒室組成。天然氣來自上游的門站，在調壓站內進行凈化、加熱、調壓等過程后進入燃氣輪機，與經壓氣機壓縮后的空氣充分混合，在燃燒室燃燒，燃燒產生煙氣推動透平葉片做功。燃機本體及天然氣控制閥組件設置在封閉的燃機罩殼內，配置罩殼通風系統維持溫度和及時排出泄漏的天然氣。由于天然氣屬于易燃易爆氣體，若天然氣閥組以及管道法蘭發生泄漏，可能引起燃氣爆炸事故，因此配備可燃探測系統是保障安全的重要一環。公司2 臺天然氣機組自投入生產以來，可燃氣體探測系統曾多次出現故障，嚴重影響機組的運行安全。

1 可燃氣體探測系統配置

機組采用北京MINIMAX 美力馬消防設備有限公司提供的火災自動報警系統。該系統的可燃氣體探測系統（GAS DETECTION SYSTEM）主要用于檢測燃機本體泄漏的天然氣濃度?？扇細怏w探測探頭Searchpoint Optima Plus 是一種用于危險區域的紅外碳氫化合物氣體探測器。該探測器使用紅外吸收原理來檢測不同濃度范圍的碳氫化合物氣體和蒸汽。可燃氣體檢測探頭經接線盒、中間電纜送至就地控制柜內接線端子連接至卡件，將4～20 mA 電流信號轉換為檢測可燃氣體濃度0～100%，并將數據傳輸到機柜卡件。卡件顯示氣體讀數和通道狀態，為連接的天然氣檢測探頭提供控制、顯示和報警功能。

2 可燃氣體探測系統保護邏輯

燃氣輪機罩殼內有8 個可燃氣體探測器。2 個布置在燃氣閥組間（2 取2 保護邏輯），一級報警的可燃氣體濃度為10%、二級報警為20%。4 個布置在燃燒器上方（4 取2 保護邏輯），一級報警的可燃氣體濃度為10%、二級報警為20%。2 個布置在燃機排氣段（2 取2 保護邏輯），一級報警的可燃氣體濃度為5%、二級報警為10%。

（1）當可燃氣體探頭探測到泄漏氣體，且可燃氣體裝置沒有閉鎖時，在燃燒室出口外部左側、天然氣閥組模塊、燃然燒室外部右側及控制柜上閃燈和喇叭啟動，燃氣輪機控制系統發出“可燃氣體泄漏”報警。

（2）當可燃氣體檢測探頭檢測到天然氣含量超過氣體爆炸極限值，即二級報警信號啟動，送到燃氣輪機控制系統，信號正常為“1”，3 路天然氣檢測信號丟失3 取2，燃機硬接線回路跳閘，同時TCS 系統邏輯自動關閉前置模塊的天然氣緊急切斷閥、打開放散閥、切斷燃料、機組緊急停機，具體控制邏輯設置如圖1 所示。

圖1 可燃氣體探測系統保護邏輯設置

3 可燃氣體探測系統故障分析

可燃氣體探測系統故障表現為：卡件上氣體讀數顯示為負值，卡件通道顯示黃色故障報警，測量回路電壓正常為24 V，電流信號＜4 mA，現場實際無可燃氣體濃度泄漏情況，卡件運行正常且探頭安裝符合要求，排除誤報可能，分析為可燃氣體探頭故障和回路故障。

3.1 氣體檢測探頭故障

3.1.1 探頭發生零點漂移

氣體檢測探頭布置在燃機罩殼內，機組運行過程中，罩殼內溫度較高，在高溫環境下氣體檢測探頭會發生零點漂移。氣體檢測探頭標定時間間隔過長，探頭超出使用壽命等情況，也會發生零點漂移。當探頭發生零點漂移，輸出電流值低于4 mA，探頭組件處于中止程序，卡件會一直故障報警，需專門手操器進行軟復位后才可再次投入運行。

3.1.2 探頭內光學元件積聚污染物

罩殼內通風系統運行時會產生氣流，進氣管道內有細微的灰塵顆粒，細小灰塵進入探頭內部，造成探頭內光學元件積聚污染物。探頭采用雙波長紅外檢測原理，如果光學元件受到污染，探頭組件對測試氣體不能做出預期的響應，輸出氣體讀數就會出現偏差，造成測量不靈敏。

探頭安裝至今，還未對其進行過拆解，也未對探頭內光學元件進行過清潔。在故障處理過程中，發現探頭表面積灰嚴重，將排氣段的2 個就地探頭取回，進行拆解，內部防塵罩手摸有積灰，氣體測量通道兩側反學元件能看到灰塵成膜，內部光學元件污染嚴重。

3.2 回路故障

可燃氣體檢測探頭經接線盒、中間電纜送至就地控制柜內接線端子連接至卡件，連接回路如圖2 所示。

圖2 可燃氣體探測系統保護連接回路

在故障處理過程中對接線盒及就地控制柜內的接線端子進行檢查，未出現松動異常情況。故障位置鎖定在中間傳輸線路上。傳輸電纜溝布置在燃機排氣段后，燃機排氣段溫度較高，可達500 ℃，外壁區域環境溫度也相對較高，最高實測值可達140 ℃。在機組小修期間對排氣段可燃氣體探測系統的中間傳輸電纜進行全面檢查，發現電纜橋架內的電纜表皮有破損，燒焦現象明顯（圖3），引起回路故障，造成系統誤報。

圖3 電纜橋架內電纜明顯燒焦

4 可燃氣體探測系統故障處理

4.1 氣體探頭定期維護

對可燃氣體探頭的定期維護和檢查工作包括以下內容。

4.1.1 清潔

定期清潔探測器的表面組件，以去除灰塵、沉積物和其他雜質。對使用年限較長的探頭還應進行拆解，對其內部進氣管道及光學元件進行清潔。操作時應注意清潔劑與清潔方法的選用。

4.1.2 校準

定期校準探測器以確保其準確測量。校準過程應該由專業人員使用專門工具來完成。校準及更換的探頭需用SHC1 手操器對操作過程中產生的故障或警告進行Soft Reset（軟復位），重新進行4～20 mA 標定后方可投入使用。

4.1.3 更換探頭

對超過使用壽命年限的探頭，應及時進行更換。

4.1.4 檢查連接

定期檢查探頭的接線端子，確保端子接觸穩固，沒有松動或損壞。

4.1.5 完善設備臺賬

完善設備臺賬，記錄所有定期檢查和維護的操作和結果。及時更新檢測探頭的維護、保養、檢測等臺賬信息，為檢測問題原因提供可追溯的參考數據。

4.2 回路中間傳輸電纜更換

由于中間電纜所處位置溫度較高，出現燒焦現象，引起回路故障。由專業組進行電纜類型更換，選擇合適的電纜規格和型號，在符合工作電壓和電流等參數要求的前提下，能夠耐受200 ℃高溫。更換的新電纜用絕緣膠帶、絕緣套管等物料對接線柱或接頭進行絕緣保護，確認沒有裸露的金屬部分和絕緣破損等情況。通電測試，確認新電纜連接正常，各項指標符合要求。同時制定電纜檢查周期計劃，確保電纜無異常。

5 結束語

燃機可燃氣體探測系統是監測燃機電廠天然氣泄漏的重要保護系統，其故障主要集中在氣體檢測探頭和回路上，對氣體探頭進行定期維護檢查，并解決環境因素對回路的影響，可以有效減少燃機可燃氣體探測系統的故障，避免可燃氣體探測系統誤動，降低停機維修成本，確保機組安全穩定運行。