張海忠，郭永鵬，武 哲

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

引言

面對(duì)日益迫切的環(huán)境問題，鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排和提質(zhì)增效的愿望十分強(qiáng)烈，能源介質(zhì)的高效循環(huán)利用就是一個(gè)努力的方向。利用燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置（CCPP）進(jìn)行發(fā)電就是一種多介質(zhì)多梯度的能源綜合利用項(xiàng)目。

在典型的利用富余煤氣發(fā)電的CCPP 系統(tǒng)中，高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合并經(jīng)煤氣壓縮機(jī)增壓后，與經(jīng)壓氣機(jī)壓縮后的空氣充分混合燃燒，生成高溫?zé)煔怛?qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)做功。在燃機(jī)廠房?jī)?nèi)，煤氣介質(zhì)廣泛存在，尤其是燃機(jī)本體的煤壓機(jī)罩殼區(qū)域和燃機(jī)罩殼內(nèi)，可能會(huì)存在煤氣泄漏和集聚。因煤氣有強(qiáng)烈的毒性和可燃性，容易致人中毒、引發(fā)火災(zāi)或爆炸，所以可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制對(duì)燃機(jī)系統(tǒng)的安全運(yùn)行非常重要。

1 功能需求

在高爐煤氣型燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中，其燃料為由高爐煤氣（BFG）和焦?fàn)t煤氣（COG）混合后形成的混合煤氣，含有高濃度的有毒氣體（主要是CO）和可燃?xì)怏w（主要是H2）。其主要危險(xiǎn)部位有3 個(gè)區(qū)域，分別是GT罩內(nèi)部，GC罩內(nèi)部，GT排氣道。

GT（GC）罩：需要同時(shí)檢測(cè)有毒氣體和可燃?xì)怏w，當(dāng)罩殼內(nèi)部的有毒氣體濃度達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)需發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)通知工作人員離開；當(dāng)可燃?xì)怏w的濃度達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)，該系統(tǒng)也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并通過DCS 系統(tǒng)啟動(dòng)排氣扇裝置，對(duì)燃機(jī)罩、壓縮機(jī)罩、煙氣通道等處進(jìn)行吹掃，直到這些氣體的濃度降到安全濃度；另外當(dāng)可燃?xì)怏w的濃度達(dá)到燃機(jī)跳機(jī)值時(shí)，該檢測(cè)系統(tǒng)能將高高報(bào)警信號(hào)送到燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)（GTC），通過GTC 系統(tǒng)將燃機(jī)立刻停機(jī)，以防止發(fā)生爆炸。

因GC 罩和GT 罩內(nèi)部環(huán)境基本相同，檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置也基本相似。

GT 排氣管道：在燃機(jī)點(diǎn)火前，燃?xì)馀艢夤艿纼?nèi)不能含有可燃?xì)怏w，如果燃?xì)馀艢夤艿篱y門泄漏或點(diǎn)火前吹掃不徹底，在燃?xì)馀艢夤艿纼?nèi)會(huì)聚積一定濃度的可燃?xì)怏w，如果這時(shí)點(diǎn)火就有可能發(fā)生爆炸事故。通過可燃?xì)怏w檢測(cè)控制系統(tǒng)，在點(diǎn)火前在線檢測(cè)燃?xì)馀艢夤艿纼?nèi)的可燃?xì)怏w濃度，當(dāng)可燃?xì)怏w的濃度高于工藝設(shè)定值時(shí)，則控制燃機(jī)保持吹掃，直至可燃?xì)怏w的濃度降低到允許范圍內(nèi)，以確保裝置和人員的安全。

因此，氣體檢測(cè)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)3 個(gè)區(qū)域的2 種氣體（CO 和H2）檢測(cè)，并能夠接入DCS 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)值顯示、報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制功能。

2 實(shí)施方案

2.1 測(cè)點(diǎn)位置

根據(jù)本項(xiàng)目三菱燃機(jī)的系統(tǒng)配置，GT罩殼共設(shè)置了3套排風(fēng)扇，GC罩殼共設(shè)置了2套排風(fēng)扇，在其對(duì)應(yīng)的每套風(fēng)機(jī)出口均設(shè)置了一套可燃?xì)怏w檢測(cè)器，因GT 罩和GC 罩內(nèi)部空間較大，在其左右兩側(cè)各設(shè)置了1套有毒氣體檢測(cè)器，在GT 排氣管道上方設(shè)置了1套可燃?xì)怏w檢測(cè)器。具體測(cè)點(diǎn)位置示意圖如圖1 所示，分別是主廠房GC 罩內(nèi)部（1）、GT 罩內(nèi)部（2）、GC 罩排風(fēng)扇出口（3）、GT 罩排風(fēng)扇出口（4）、GT排氣管（5）。

圖1 燃機(jī)廠房氣體檢測(cè)點(diǎn)位示意圖

2.2 氣體檢測(cè)傳感器

目前常用的有毒氣體檢測(cè)多采用電化學(xué)原理的傳感器，其特點(diǎn)是工藝成熟，性價(jià)比高；可燃?xì)怏w檢測(cè)設(shè)備原理以催化燃燒型較為常見，其優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)精度高、響應(yīng)快，穩(wěn)定性好。本系統(tǒng)所采用的氣體報(bào)警設(shè)備如表1所示。

表1 有毒氣體和可燃?xì)怏w報(bào)警設(shè)備配置表

2.3 系統(tǒng)總體配置

整套氣體檢測(cè)系統(tǒng)的連接方式和邏輯關(guān)系如圖2 所示，在控制室設(shè)置了一套立式集中顯示報(bào)警控制柜作為整套檢測(cè)系統(tǒng)的核心設(shè)備，聯(lián)鎖報(bào)警和控制信號(hào)接入DCS系統(tǒng)。在現(xiàn)場(chǎng)5個(gè)不同的檢測(cè)位置設(shè)置5面控制柜，其所需電源為DC24V，由安裝在控制室內(nèi)的立式顯示報(bào)警器控制柜集中供電，氣體濃度信號(hào)由電纜傳輸?shù)搅⑹斤@示報(bào)警器控制柜上，再由立式顯示報(bào)警器控制柜將AI（DC4～20 mA)信號(hào)和DI（H和故障報(bào)警接點(diǎn)）信號(hào)傳送到DCS系統(tǒng)。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)控制柜配置

GT（GC）罩CO 檢測(cè)控制柜:機(jī)組運(yùn)行時(shí)，GT 罩內(nèi)部溫度可達(dá)80℃，罩殼內(nèi)的溫度較高，而且氣體含有多種雜質(zhì)，不能直接檢測(cè)，必需通過氣體采樣系統(tǒng)從罩殼的采樣點(diǎn)抽氣采樣，氣體采樣點(diǎn)設(shè)置在罩殼中部?jī)蓚?cè)墻高度1.5 m 左右，樣氣管入口安裝漏斗狀濾網(wǎng)，對(duì)采樣氣體進(jìn)行粗濾，管道沿罩殼頂部接入控制柜。由采樣管路傳送至分析控制柜內(nèi)，再經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)將氣體降溫和去除各種雜質(zhì)后才能進(jìn)行檢測(cè)。

為提高傳感器使用壽命，將傳感器控制柜集中布置在GT 罩殼外，在GT 罩殼外設(shè)置一面CO 控制柜，柜內(nèi)集成2臺(tái)CO檢測(cè)儀主機(jī)，2路泵吸式采樣系統(tǒng)、2路預(yù)處理系統(tǒng)、2個(gè)氣體采集器，帶流量監(jiān)視的過濾器、三通切換閥、防爆電動(dòng)采樣泵等設(shè)備。GC罩與GT罩的CO檢測(cè)控制柜配置相同。

GT 罩（GC 罩）風(fēng)扇出口H2 檢測(cè)控制柜：GT 罩和GC 罩頂部都裝有排氣扇，罩殼內(nèi)的氣體都是從底部向頂部排風(fēng)口流動(dòng)，將采樣點(diǎn)設(shè)置在每個(gè)排氣扇出口管道內(nèi)，H2檢測(cè)控制柜安裝在罩殼風(fēng)扇平臺(tái)上，柜內(nèi)集成H2檢測(cè)儀主機(jī)，配套泵吸式采樣系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、氣體采集器等。在三菱MS701SDA(X)機(jī)組中，GT 罩頂部裝有3 個(gè)排風(fēng)扇，GC 罩頂部有2個(gè)排風(fēng)扇。因此GT罩殼風(fēng)扇出口的H2控制柜內(nèi)為3 套傳感器。GC 罩殼風(fēng)扇出口的控制柜為2 套傳感器。

圖2 氣體檢測(cè)系統(tǒng)連接方式和邏輯關(guān)系示意圖

GT 排氣管道H2檢測(cè)控制柜：在燃機(jī)點(diǎn)火后，燃?xì)馀艢夤艿乐械臏囟葘⒏哌_(dá)到600 ℃左右，其環(huán)境溫度與其他檢測(cè)點(diǎn)位相比差異較大，而且燃?xì)馀艢夤艿纼?nèi)含有大量煙塵、水汽等雜質(zhì)，其預(yù)處理系統(tǒng)必須加裝降溫設(shè)備。

由于點(diǎn)火后燃?xì)庹Ｈ紵龝r(shí)，燃?xì)馀艢夤艿乐械臏囟群涂扇細(xì)怏w的濃度都很高，此時(shí)檢測(cè)燃?xì)馀艢夤艿乐械目扇細(xì)怏w濃度將失去意義，而周圍環(huán)境空氣中因排氣管道可能存在的泄漏而存在可燃?xì)怏w，有必要進(jìn)行氣體檢測(cè)以保證周圍環(huán)境的安全。

在排氣道上方GT 罩殼風(fēng)扇平臺(tái)處，設(shè)置一面H2檢測(cè)控制柜，柜內(nèi)集成H2檢測(cè)儀主機(jī)、含泵吸式采樣系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、氣體采集器、水汽分離器、排水器、防爆電加熱器等。并集成了1 臺(tái)防爆電磁閥（三通、24VDC、單線圈），用于控制樣氣與環(huán)境空氣的切換。

2.5 集中顯示和報(bào)警控制柜

安裝在控制室內(nèi)，將從現(xiàn)場(chǎng)氣體檢測(cè)儀接收到的信號(hào)在顯示報(bào)警控制器上顯示出來對(duì)應(yīng)的氣體濃度，當(dāng)氣體濃度超過設(shè)定值時(shí)，將發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警DI 信號(hào)和AI 信號(hào)傳送到DCS 系統(tǒng)上，DCS 根據(jù)接收的DI、AI 信號(hào)和邏輯關(guān)系來控制排氣扇等聯(lián)動(dòng)設(shè)備的工作。氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警及控制系統(tǒng)盤將接收DCS 的指令，通過繼電器來控制電磁閥切換采樣系統(tǒng)的采樣回路。

每個(gè)檢測(cè)回路都具有自檢功能。當(dāng)任何一個(gè)回路出現(xiàn)故障時(shí)，都能發(fā)出故障報(bào)警，并將故障信號(hào)傳送到DCS 系統(tǒng)上，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決系統(tǒng)故障。提供擴(kuò)展功能，可以根據(jù)需求對(duì)報(bào)警設(shè)定值、報(bào)警勵(lì)磁方式、報(bào)警接點(diǎn)輸出方式（NC或NO），報(bào)警延遲響應(yīng)時(shí)間，零點(diǎn)漂移抑制功能、零追尾功能、線性輸出、峰值保持功能、報(bào)警試驗(yàn)數(shù)值等功能進(jìn)行設(shè)定和更改。

控制柜密集組合安裝CO 和H2顯示/報(bào)警控制器。由外部集中供電AC 220V5A，柜內(nèi)配置有氣體顯示報(bào)警控制器安裝盒、公共蜂鳴報(bào)警控制器、總電源開關(guān)、分路電源開關(guān)、整流設(shè)備、DC24V 電源、控制繼電器、散熱風(fēng)扇、接線端子排、接地銅排等。

3 點(diǎn)檢和維護(hù)

由于氣體檢測(cè)器為用于防災(zāi)和安全保障的重要設(shè)備，所以必須進(jìn)行日常和定期點(diǎn)檢工作。

3.1 日常點(diǎn)檢

日常點(diǎn)檢需要對(duì)電源指示燈和濃度顯示值進(jìn)行確認(rèn)，以H2報(bào)警器GD-D58 為例，其顯示面板如圖3 所示，在檢測(cè)模式時(shí)，電源指示燈為綠色常亮，在維護(hù)模式時(shí)為綠燈閃爍；本機(jī)發(fā)生故障時(shí)，故障指示燈黃燈亮起。在正常運(yùn)行時(shí)，需確認(rèn)狀態(tài)顯示為RUN 狀態(tài)，同時(shí)故障燈為關(guān)閉狀態(tài)，濃度顯示值與集中顯示報(bào)警器主機(jī)及DCS 畫面保持一致，結(jié)合指示值判斷現(xiàn)場(chǎng)是否存在氣體，當(dāng)存在顯示偏差時(shí)立即檢查確認(rèn)，用零點(diǎn)氣體或者新鮮空氣確認(rèn)和調(diào)整零點(diǎn)。

圖3 GD-D58顯示面板

對(duì)于安裝在中央控制室的立式顯示報(bào)警控制柜來說，其周邊環(huán)境較好，日常檢查比較方便，只需要檢查電源指示燈，報(bào)警和故障指示燈的狀態(tài)，各點(diǎn)位的濃度顯示值是否正常，環(huán)境溫濕度等。

3.2 月度回路點(diǎn)檢

月度點(diǎn)檢需要對(duì)報(bào)警線路進(jìn)行確認(rèn)，利用系統(tǒng)的報(bào)警測(cè)試功能進(jìn)行檢查；用MENU 鍵進(jìn)入測(cè)試模式，可以進(jìn)行氣體測(cè)試、報(bào)警測(cè)試、故障測(cè)試、LED測(cè)試、存儲(chǔ)測(cè)試等各種測(cè)試模式，每月需定期進(jìn)行報(bào)警測(cè)試以確保檢測(cè)回路正常工作，在集中顯示報(bào)警控制柜中對(duì)于的顯示面板進(jìn)行狀態(tài)確認(rèn)，同時(shí)檢查DCS 畫面顯示狀態(tài)是否一致，有異常時(shí)安排檢查DCS控制回路及接線情況。

3.3 定期點(diǎn)檢

定期點(diǎn)檢周期一般不超過6 個(gè)月，需要利用標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)報(bào)警器進(jìn)行校準(zhǔn)和報(bào)警性能確認(rèn)，具體標(biāo)準(zhǔn)氣體規(guī)格和標(biāo)定步驟參照產(chǎn)品手冊(cè)執(zhí)行，需提前準(zhǔn)備好相關(guān)的標(biāo)定專用工具，如標(biāo)定罩、磁力計(jì)等；確認(rèn)操作人員經(jīng)過相關(guān)的作業(yè)培訓(xùn)。對(duì)于GD-D58型可燃?xì)怏w報(bào)警器，還需要利用固定流量泵確認(rèn)流量傳感器功能。

3.4 維護(hù)注意事項(xiàng)

利用檢修或停機(jī)時(shí)間，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器和報(bào)警柜進(jìn)行清理，清理前確保電源已經(jīng)關(guān)閉，按照指導(dǎo)手冊(cè)進(jìn)行易損件檢查和更換，如墊圈、滑環(huán)、過濾網(wǎng)和電磁閥等。

在系統(tǒng)投運(yùn)初期，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器的取樣管路進(jìn)行多次檢查，防止施工初期由于現(xiàn)場(chǎng)粉塵和雜物過多導(dǎo)致的管路堵塞，可在現(xiàn)場(chǎng)儀表柜的樣氣管入口處拆開接頭，用壓縮空氣進(jìn)行反吹，確保取樣管路的通暢。同時(shí)，燃機(jī)排氣段H2檢測(cè)柜中的三通閥也需要定期進(jìn)行切換試驗(yàn)，因?yàn)槿ㄩy是否動(dòng)作無法通過上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，定期試驗(yàn)可以確保其正常切換的功能，保證檢測(cè)的樣氣來源是正確的。

4 結(jié)語

氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)于燃機(jī)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行非常重要，需要在深入了解燃機(jī)工藝的基礎(chǔ)上，正確地選用報(bào)警器的類型，合理規(guī)范地安裝能夠保證檢測(cè)系統(tǒng)的有效性。該系統(tǒng)投運(yùn)后運(yùn)行效果良好，故障率極低，正確的使用和維護(hù)不僅能保證檢測(cè)精確度，還可以延長設(shè)備的使用壽命，降低運(yùn)維成本。