談燃機(jī)電廠天然氣泄漏檢測(cè)技術(shù)
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【摘要】泄漏是燃機(jī)電廠天然氣管道安全輸送的主要隱患，如何預(yù)防泄漏事故的發(fā)生，保證管線安全穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)綜合性課題。廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，針對(duì)電廠天然氣泄漏的檢測(cè)技術(shù)開展了深入的優(yōu)化改進(jìn)，總結(jié)了行之有效的綜合一體化檢測(cè)方法。
【關(guān)鍵詞】天然氣；泄漏；檢測(cè)
1項(xiàng)目背景
廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司一期3臺(tái)390MW的三菱M710F3型機(jī)組投產(chǎn)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(dòng)或內(nèi)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(duì)燃機(jī)電廠的天然氣泄漏的特點(diǎn)和方式，該廠對(duì)天然氣泄漏的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究，增加了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，提高了檢測(cè)的可靠性，為安全生產(chǎn)提供了保障措施。
2燃機(jī)電廠針對(duì)不同設(shè)備采用的檢測(cè)技術(shù)
2.1燃機(jī)本體天然氣泄漏檢測(cè)
燃機(jī)本體、天然氣流量控制閥以及天然氣壓力控制閥等相關(guān)閥門統(tǒng)一設(shè)置在一個(gè)封閉的燃機(jī)罩殼中，在燃機(jī)罩殼頂部的前、中、后3個(gè)位置各設(shè)置1個(gè)通風(fēng)管，在每個(gè)通風(fēng)管尾端設(shè)置罩殼風(fēng)機(jī)給罩殼通風(fēng)，在每個(gè)罩殼風(fēng)機(jī)出口管道設(shè)置可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置，以實(shí)時(shí)檢測(cè)泄漏的天然氣含量。當(dāng)燃機(jī)罩殼風(fēng)機(jī)的可燃?xì)怏w含量檢測(cè)儀發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w含量超過天然氣爆炸極限最低值的5%時(shí)，發(fā)出報(bào)警；可燃?xì)怏w含量檢測(cè)儀發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w含量超過天然氣爆炸下限的25%時(shí)（3選2），燃機(jī)自動(dòng)跳機(jī)。
2.2燃機(jī)排氣段和余熱鍋爐內(nèi)的天然氣泄漏檢測(cè)
三菱原設(shè)計(jì)只在燃機(jī)排氣段設(shè)置1個(gè)可燃?xì)怏w含量檢測(cè)裝置，當(dāng)出現(xiàn)排氣段可燃?xì)怏w含量檢測(cè)儀發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w含量超過天然氣爆炸極限最低值的5%時(shí)，發(fā)出報(bào)警，并強(qiáng)制燃機(jī)下次啟動(dòng)時(shí)吹掃事件超過550s，并且排氣段可燃?xì)怏w含量檢測(cè)儀報(bào)警復(fù)位后才能點(diǎn)火。經(jīng)過多年經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，發(fā)現(xiàn)1個(gè)可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置可靠性不足，導(dǎo)致三菱在每次燃機(jī)啟動(dòng)后為了防止出現(xiàn)泄漏天然氣積存燃燒爆炸風(fēng)險(xiǎn)，強(qiáng)制吹掃550s，造成大量的能源和時(shí)間浪費(fèi)。經(jīng)優(yōu)化，在燃機(jī)排氣段增加了3個(gè)可燃?xì)怏w泄露檢測(cè)裝置數(shù)量，分布在燃機(jī)排氣段不同位置，提高了燃?xì)馀牌诙翁烊粴庑孤┬孤稒z測(cè)裝置報(bào)警的準(zhǔn)確性和可靠性。如果有天然氣泄漏報(bào)警，燃機(jī)吹掃時(shí)間設(shè)置為550s，避免泄漏天然氣燃燒爆炸；如果沒有報(bào)警，則將燃機(jī)每次啟動(dòng)的吹掃時(shí)間由550s減少到300s，降低了燃機(jī)吹掃階段的電能消耗和余熱鍋爐的余熱損失，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間減少約4min，每次啟動(dòng)增加利潤(rùn)約5000元。因燃機(jī)排氣段和余熱鍋爐聯(lián)通，泄漏的天然氣必須經(jīng)過燃?xì)馀艢舛魏蟛拍苓M(jìn)入余熱鍋爐，所以，余熱鍋爐內(nèi)不用設(shè)置天然氣泄漏檢測(cè)裝置。
2.3電廠主廠房天然氣泄漏檢測(cè)
在每臺(tái)機(jī)組主廠房的可燃?xì)怏w管道附近，均勻布置了26個(gè)可燃?xì)怏w報(bào)警裝置，當(dāng)可燃?xì)怏w檢測(cè)到含量超限時(shí)，發(fā)出報(bào)警。為了節(jié)省投資，天然氣和氫氣等可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置合并檢測(cè)。當(dāng)可燃?xì)怏w檢測(cè)儀發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w含量超標(biāo)后，立刻通知消防系統(tǒng)，并指示相關(guān)報(bào)警位置。
2.4天然氣安全閥誤動(dòng)和排空閥泄漏的引起的天然氣泄漏檢測(cè)
因燃機(jī)電廠生產(chǎn)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(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，天然氣安全閥誤動(dòng)或內(nèi)漏和天然氣排空閥內(nèi)漏經(jīng)常出現(xiàn)。但原始設(shè)計(jì)人員未考慮相關(guān)檢測(cè)，經(jīng)過多年經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，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(cè)裝置，當(dāng)排空管的末端檢測(cè)到天氣含量超過爆炸下限的5%時(shí)，發(fā)出天然氣輕微泄漏報(bào)警至電廠DCS系統(tǒng)，當(dāng)排空管的末端檢測(cè)到天氣含量超過爆炸下限的20%時(shí)，發(fā)出天然氣大量泄漏報(bào)警至電廠DCS系統(tǒng)，提醒運(yùn)行人員及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)檢查。
2.5天然氣長(zhǎng)距離管道的泄漏檢測(cè)
因原設(shè)計(jì)人員未考慮相關(guān)檢測(cè)，所以，早期出現(xiàn)天然氣長(zhǎng)距離管道泄漏時(shí)，無法通過在線系統(tǒng)檢測(cè)。經(jīng)過多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，使用天然氣供氣系統(tǒng)的已安裝流量計(jì)作為天然氣長(zhǎng)距離管道的泄漏實(shí)時(shí)檢測(cè)檢測(cè)方法，同時(shí)，該閥門還能發(fā)現(xiàn)天然氣安全閥誤動(dòng)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。根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出每臺(tái)燃機(jī)各負(fù)荷段對(duì)應(yīng)的機(jī)組天然氣流量，在電廠DCS根據(jù)機(jī)組流量計(jì)信號(hào)設(shè)置天然氣泄漏檢測(cè)程序。但機(jī)組停運(yùn)后，機(jī)組天然氣流量超過500m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），則認(rèn)為出現(xiàn)該段長(zhǎng)管道天然氣泄漏；但機(jī)組運(yùn)行時(shí)，機(jī)組天然氣流量超過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)3000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），則認(rèn)為該段長(zhǎng)管道天然氣泄漏；出現(xiàn)以上2種情況，立刻報(bào)警通知運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)檢查。通過該方法檢測(cè)到天然氣長(zhǎng)距離管道泄漏2次，預(yù)防了重大安全隱患，挽回經(jīng)濟(jì)損失20萬元以上。
2.6調(diào)壓站管道的天然氣泄漏檢測(cè)
調(diào)壓站管道的天然氣泄漏檢測(cè)技術(shù)也利用天然氣流量計(jì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析作為天然氣泄漏檢測(cè)的主要手段。利用管道體積平衡法進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，其公式為：式中，L總為調(diào)壓站進(jìn)口天然氣流量計(jì)讀數(shù)；L1為1#機(jī)組天然氣流量計(jì)讀數(shù)；L2為2#機(jī)組天然氣流量計(jì)讀數(shù)；L3為3#機(jī)組天然氣流量計(jì)讀數(shù)。根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和流量計(jì)誤差考慮，當(dāng)L大于2000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），且持續(xù)時(shí)間超過5min，則可以認(rèn)為調(diào)壓站管道出現(xiàn)大量天然氣泄漏，電廠DCS會(huì)立刻發(fā)出相關(guān)報(bào)警，通知運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查。同時(shí)，天然氣調(diào)壓站還裝設(shè)了16組可燃?xì)怏w報(bào)警器作為補(bǔ)充檢測(cè)手動(dòng)，在排空管末端裝設(shè)可燃?xì)怏w含量檢測(cè)裝置檢測(cè)安全閥誤動(dòng)內(nèi)漏和排空管內(nèi)漏。
3燃機(jī)電廠現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)檢測(cè)天然氣泄漏技術(shù)
3.1紅外線成像法
天然氣管道發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)周圍空氣或土壤的溫度場(chǎng)會(huì)發(fā)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?zé)彷椛湫?yīng)，再利用光譜分析可以檢測(cè)出泄漏位置。這種方法可以較精確地定位泄漏點(diǎn)，靈敏度也較高，但不適用埋設(shè)較深的管道檢漏。運(yùn)行人員利用手持式的紅外線成像儀，可以方便迅速檢測(cè)出微小的泄漏點(diǎn)。
3.2泡沫檢測(cè)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(cè)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?xì)怏w探測(cè)儀檢測(cè)法
運(yùn)行人員利用手持式可燃?xì)怏w探測(cè)儀在現(xiàn)場(chǎng)檢查泄漏點(diǎn)，該方法準(zhǔn)確性不高，對(duì)輕微泄漏無法有效檢測(cè)。
3.4天然氣管道定期做嚴(yán)密性試驗(yàn)檢測(cè)法
由于廠內(nèi)是兩班制調(diào)閥機(jī)組，存在大量停機(jī)檢修時(shí)間，可以定期分段開展天然氣管道嚴(yán)密性試驗(yàn)。嚴(yán)密性試驗(yàn)穩(wěn)壓的持續(xù)時(shí)間應(yīng)為24h，每小時(shí)記錄不應(yīng)少于1次，當(dāng)修正壓力降小于133Pa時(shí)為合格。
4結(jié)語
泄漏是燃機(jī)電廠天然氣管道安全輸送的主要隱患，廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司針對(duì)電廠天然氣泄漏的檢測(cè)技術(shù)開展了深入的優(yōu)化改進(jìn)，提高了燃機(jī)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(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)天然氣的泄漏，幫助電廠避免不必要的損失，帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
作者：寧波 姜建 單位：廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司