6F.03燃气轮机CO_%282%29灭火控制系统及常见故障分析与处理.pdf

第36 卷第2 期2023年6 月燃气轮机技术GAS TURBINE TECHNOLOGYVol.36No.2Jun.,20236F.03燃气轮机CO2灭火控制系统及常见故障分析与处理赵雪芬（南京汽轮电机（集团）有限责任公司，南京2 10 0 37）摘要：详细介绍6 F.03燃气轮机CO，灭火控制系统的原理、硬件组成，从控制逻辑上介绍消防策略，总结了现场机组实际运行时在消防上碰到的问题，并针对各种问题提出了解决方案和注意事项，保障了机组运行，可供电厂运行维护人员参考。关键词：6 F.03燃气轮机；CO2灭火系统；消防中图分类号：TK4781概述二氧化碳(CO)灭火系统是燃气轮机发电机组最重要的保护系统之一。二氧化碳灭火系统以 CO2气体作为灭火剂，采用冷却（对设备进行降温冷却）、室息（CO，降低机组箱体内氧气含量）灭火原理1-2 ,灭火后不留痕迹，不造成大破坏，灭火成本低。除了灭火,CO2充斥在空间里,能对周边降温。从消防角度看，燃气轮机的大部分舱室都属于消防重点。燃气轮机作为内燃机的一种，本质上是通过燃料与空气的燃烧提供能量，机组配套有大量的强、弱电设施与设备,本身即是潜在的消防问题来源。燃气轮机使用的天然气或石油燃料，不论机组在高温环境下,还是在大量带电设备的环境中，都加剧了消防面临的风险。此外,燃气轮机润滑油本身并不可燃，但在高温蒸发下,足够浓度的润滑油油雾也是燃烧物质，会进一步扩大燃烧的过火面积。因此，燃气轮机CO,灭火系统自燃气轮机投产前的调试阶段开始，就必须始终处于良好的备用状态，一旦发生火灾要及时扑灭，减少机组受到的破坏，避免天然气、润滑油等造成的进一步危险。与以往的6 B、9 E 机组相比,6 F.03机组在消防区域的划分上没有变化，依旧是1区包括燃机间和文献标志码：B文章编号：10 0 9-2 8 8 9(2 0 2 3)0 2-0 0 32-0 7负荷齿轮间、2 区排气蜗壳内、4区油气模块。在消防管路走向、喷头和气喇叭数量及各区域所需CO2体积上略有差异，但本身安装工艺与之前的机型并无太大差别。在控制系统方面,6 F.03机组更新了消防盘、添加了设备、更换了探头，控制策略更加复杂、保护内容也更加丰富。2CO,灭火控制系统的硬件组成熟悉设备元件是了解控制系统策略的前提，本文把现场安装的消防元件，按所在区域进行整理，并将特殊设备单独介绍。2.1消防 1 区消防1区的设备布置最为复杂,因此也最为典型。从安装来说，消防1区元件的布置又可分为负荷齿轮间、轮机间、燃机罩壳三个部分。负荷齿轮间内配置有A、B 两个火灾探测回路，每个回路上布置2个并联的火灾感温探头。轮机间由于空间较大，配置有A1、B 1、A 2、B 2 四个回路。其中A1、B 1位于天然气环管附近,每个回路上布置了3个并联的探头；A2、B 2 位于透平左、右两侧靠近过道处，每个回路上布置2 个探头。燃机罩壳上，在各个舱室的门口，都布置有声光/闪光报警器、消防四色指示灯、消防按钮、闭锁钥匙。从设备来说，虽然同一区域，火灾感温探头的型收稿日期：2 0 2 2-0 7-15作者简介：赵雪芬（19 8 7 一），女，浙江台州人，本科，主要从事燃气轮机结构设计工作，E-mail:。第2 期号不尽相同，负荷齿轮间由于环境温度低且没有天然气通过，采用了探针与处理模块一体化，安装简便，设置报警温度为（16 314)。轮机间环境温度高、有天然气通过，采用了探针与处理模块分离的模式，处理模块安装于罩壳外壁上，仅探针安装在轮机间内，设置报警温度为（316 14）。探头虽然外形不一致，但内部接线是一致的，都配置有报警信号、故障信号和供电电路，同一消防回路上的探头，采用并联的方式将信号和电路连接。声光/闪光报警器在消防触发时起到警示的作用，报警喇叭根据与声音接收位置的角度差异，有9 6.7 10 9.3dB的高音，因此在设计阶段，采用了声光报警和单纯闪光SLI-1B45FT-2BSLI-1C43CL-145FT-3B43CP-1SLI-1A赵雪芬：6 F.03燃气轮机CO,灭火控制系统及常见故障分析与处理并联的方式接人消防系统中。1区的设备布置如图1所示，图中43CP为消防手报按钮，43CL为钥匙锁，AL为四色灯，SLI为声光/闪光报警器，45FT为火灾探头。处理模块45F-45FT-2AAL-145FT-3A45FT-1E33灯报警结合布置的方式，达到既满足报警声音的覆盖需求，又降低了生产成本。消防四色指示灯显示了当前消防系统的状态,红色表示正在报警,黄色表示正常监视中，绿色表示已机械闭锁，蓝色表示已钥匙闭锁，这些灯通过消防盘的控制实现相互闭锁，每次只会有一种颜色的灯亮起。消防按钮用于手动触发消防报警。闭锁钥匙关闭CO，的喷放功能，仅保留火灾保护系统的监视与报警。这些设备也都按照AL-243CL-243CP-2中非45FT-2(底)L45FT-2B45FT-10A5FT-10E机组中心线QTAX1845FT-11A45FT-1A口顶）45FT-TB45FT-1B45FT-3A(底)45FT-3B45FT-4A45FT-5A45FT-4B45FT-5BAL-343CL-343CP-3负荷间（消防探头的探针和处理模块在一起）2.2消防2 区消防2 区指排气蜗壳区域内，这个地方空间最小，温度最高，因此配置了A、B 两个火灾探测回路，每个回路上布置2 个并联的分离式火灾感温探头，设置报警温度为（316 14)。探针安装在蜗壳内，信号处理模块安装在1区的罩壳上。消防2 区实际是位于消防1区里燃气轮机内部的空腔区域，没有单独的罩壳,因此2 区没有配备消防按钮和闭锁钥匙，并且共享1区的声光/闪光报警器和消防四SLI-20（消防探头的探针和处理模块分开）图16 F.03燃气轮机消防1区现场设备概况色指示灯。2 区的设备布置如图2 所示。2.3消防4区消防4区分为润滑油间和气体燃料间，对于使用石油产品作为燃料的机组，还会有液体燃料间，这些房间都会配置A、B 两个火灾探测回路，每个回路上布置2 个并联的火灾感温探头，设置报警温度为（16 314)。区别在于燃料间存在风险,采用了分离式火灾感温探头，而相对安全的润滑油间使用了一体式的探头。SLI-2B燃机间43CP-4AL-443CL-445FT-4A45FT-5A45FT-4B45FT-5B处理模块排气间34燃气轮机技术第36 卷45FT-8A45FT-9A45FT-8B45FT-9B中非(底）排气蜗壳机组中心线45FT-8A45FT-9A（顶）QT AX1845FT-8B45FT-9B(底)负荷间在消防4区的罩壳上,与1区类似的也布置有声光/闪光报警器、消防四色指示灯、消防按钮和闭锁钥匙。4区的设备布置如图3所示。2.4CO2 集装箱CO2集装箱用于存放1、2、4区灭火的CO,气瓶，并配置了喷放触发和气体状态监视、阻隔闭锁等设备。消防系统将每个区的CO，喷放细分为初放和续放。初放用于初次瞬时大量释放CO2气体，达到快速灭火的作用;续放是持续且缓慢的释放CO2，以保证灭火区域的阻燃气体浓度，达到彻底灭火、防止复燃的目的。对每个消防区域，消防系统都配置了2 个先导瓶电磁阀，用于打开消防先导启动瓶，启动瓶内的压力气体，会顶开对应区域的初放和续放CO，气瓶，初放和续放管路上配置有压力开关,用于监视管路中是否有CO,存在,管路出口也配置有手阀，手阀的位置开关作为消防系统机械锁定的依据，机械锁定与罩壳上的钥匙锁定功能相同，会关闭电磁阀的触发功能,但能正常的监视和报警。此外,初放和续放区域还配置有CO,气瓶的检测，一旦CO2瓶内气体无意中泄漏或被喷放，气瓶重量减轻，发出燃机间图2 6 F.03燃气轮机消防2 区现场设备概况气瓶失重报警。2.5紫外线探头紫外线探头在1、4区的每个区域都有布置，一般采用区域正中背靠背或者对角安装的方法，而在空间较大的轮机间，采用多组紫外线探头，分部照射燃气轮机本体和走道，其目的是尽可能的覆盖整个区域。与其他消防设备相比，紫外线探头首先接人燃气轮机自身的控制系统进行报警，再将处理后的报警信号转交给消防系统。采用不同设备提高了消防安全的允余度，这也是国标GB501162013火灾自动报警系统设计规范3 中消防系统不能采用单一设备类型、必须是不同探测形式的报警触发装置的要求。更重要的是，相比于消防感温探头，紫外线探头对早期火灾的发现与扑灭具有重大意义。2 0 2 2 年10月13日,江苏某电厂润滑油泵发生故障，MCC马达保护尚处在报警的延时阶段，起火后油泵运作状态异常，不再满足马达保护的报警条件，运行人员因此无法察觉危机的出现。但伴随着油泵火苗的刚刚窜出，紫外线探头迅速报警，运行人员即刻前往现场巡查并灭火，切换备泵，成功避免了火势的加剧，保排气蜗壳（消防探头的探针和处理模块分开）排气间第2 期赵雪芬：6 F.03燃气轮机CO，灭火控制系统及常见故障分析与处理3543CP-1处理模块SLI-1EAL-1543CL-145FT-6A45FT-6B45FT-7A45FT-7B43CP-14AL-1443CL-1445FA-6A45FA-6B45FA-1A45FA-1B45FA-2A45FA-2B45FA-7A45FA-7BSLI-1D障了机组继续运行。按设计要求，润滑油间的消防感温探头设定值在16 3，如果单纯的只依靠感温探头报警，显然只有更大的火势、更高的温度才能触发报警动作，此次紫外线探头在火情初期的报警，极大减轻了失火程度，缩短了运行人员的反应时间，将损失降到了最低。紫外线探头的迅速报警，有效避免了大面积失火和机组的跳机，避免了事故后期的通报和检查等一系列工作，提高了电厂运行生产效率。紫外线探头在各消防区域的布置如图4所示。3CO,消防控制系统逻辑消防策略6F.03机组新增了很多元器件,消防控制逻辑较以往的机组也更加复杂。从消防分区来看,1区与4区较为独立,2 区只有感温探头，2 区在状态显示和指令上调用了1区罩壳上的设备；从逻辑上看，各消防区域的保护策略仍相对独立且高度类似。本文不采用常规的按消防区域逐个描述策略的方法，而是从实际应用状况出发，依据报警重要程度,将其划分为一般报警、故障报警、火警报警三块内容进行总结，这些报警的总结对消防任意一个区域都是适用的。SLI-2D43CP-1AL43CL-11润滑油间(消防探头的探针和处理模块在一起)图36 F.03燃气轮机消防4区现场设备概况3.1一般报警一般报警主要包括正常运行状态的显示、CO2气瓶是否被锁定禁止喷放及气瓶状态。（1）当CO2集装箱内初放管路或续放管路手阀关闭时，先导瓶电磁阀动作被禁止，发出系统故障报警。（2）当CO2集装箱内初放管路或续放管路手阀关闭时，先导瓶电磁阀动作被禁止，CO2机械锁定报警，消防四色指示灯显示为绿色亮。（3）当燃气轮机或油气模块罩壳上钥匙锁定时，先导瓶电磁阀动作被禁止，CO钥匙锁定报警，消防四色指示灯显示为蓝色亮。（4）当CO2集装箱内气瓶失去重量时，显示对应区域的CO，气瓶失重，系统故障报警。（5）当罩壳上钥匙未锁，初放管路与续放管路都处于手阀打开状态，且消防四色灯的红色状态灯未亮时，表示当前消防系统正常监视中，消防四色灯显示为黄色亮。在一般报警中，消防锁定分手阀机械闭锁和钥匙闭锁。手阀的锁定更倾向从机械角度隔离CO2气体，甚至对手阀的单管路锁定还增添了一组故障报警，其目的就是为了保证CO，气体在初放和续放43CP-13AL-1343CL-13天然气间SLL-2E（消防探头的探针和处理模块分开）36燃气轮机技术第36 卷45FV-3A8D45FV-2A45FV-2B排气间中非负荷间燃机间45FV-1B五45FV-3B45FV-1A润滑油间45FV-4B45FV-4A天然气间45FV-5A845FV-5B图46 F.03燃气轮机紫外线探头现场布置概况管路上都能被完全打开或隔绝，避免功效缺失。钥匙的锁定是从消防盘的控制角度隔断CO，气体触发。虽然他们动作与显示状态不同，但从逻辑策略上看并无任何区别。此外，气瓶的失重报警也增添了故障报警,