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【摘 要】本文介绍了某电厂燃气-蒸汽联合循环发电机天然气压缩机后冷器冷却管泄漏的发现及处理经过。为了对后冷器冷却管破损实时监测增加了后冷器泄漏报警系统，消除了机组的安全隐患，给类似燃机工程提供借鉴。
【关键词】燃气-蒸汽联合循环发电机组；天然气压缩机；后冷器；泄漏报警
本文所述燃气-蒸汽联合循环发电机组(简称l号机组)，是国内首批建设的“F”级大容量燃气-蒸汽联合循环发电机组之一，采用日本三菱公司M701F燃气轮机，三压、再热、下排汽凝汽式汽轮机。余热锅炉采用东方日立锅炉有限公司的三压、再热、自然循环、无补燃、卧式余热锅炉。燃机、汽机本体部分采用日本三菱公司的DIASYS NETMATION控制系统 (TCS+TPS+PCS)；机组中的余热锅炉、电气以及其他辅助系统的控制系统为 A SERISE系统。
1.电站天然气前置处理系统简介
l号机组燃用的天然气，是由站内设有的天然气前置处理系统进行处理，主要通过旋风分离撬、超声波流量计量撬、过滤分离撬、压縮机撬、调压撬、三菱精过滤器等设备对进站天然气进行杂质分离、流量计量、过滤、加压、调压、精过滤处理，最终将满足适当压力、温度且干净的天然气提供给燃机。
2.原设计中存在的安全隐患
压缩机撬采用美国SOLAR公司提供的一台100％容量的变频调速电驱动C406离心压缩机将天然气进行加压，压缩机撬中后冷器的主要作用是把经过压缩机压缩后升温的天然气温度降下来 (由139.6℃降到45℃以下)，满足燃机用气温度要求。后冷器结构为管壳式，冷却管为碳钢SA-2l4，管内介质为天然气(工作压力4．5MPa(g))，管外介质为冷却水(工作压力0．3MPa)，水源为工业水，冷却水回水至 l号机组机冷却塔。由于后冷器为压缩机厂家配套，设计中未考虑冷却管运行中发生破管的监测手段。运行中一旦发生冷却管破管造成高压天然气泄漏进入低压冷却水系统而很难被发现，给机组的安全运行带来严重隐患。压缩机撬系统图见。
3.后冷器泄漏及安全隐患分析
3.1后冷器的泄漏
1号机组临时消缺期间(间隔2天～3天)，处理压缩机防喘阀门杆泄漏的缺陷时，发现防喘阀门杆处有水滴流出。由于水是从天然气侧流出开始怀疑是否为天然气中所携带的冷凝水，但经过水样化验确定为工业水，因此判断是后冷器破管泄漏所致。由于压缩机停运2天，而运行人员也未在压缩机停车后将后冷器的冷却水门关闭，导致0．3 MPa(g)的冷却水沿着泄漏的后冷器冷却管进入已排空放散的天然气管；由于时间较长，泄漏的冷却水最终在系统中较低处的再循环管内聚集，而从有泄漏缺陷的防喘阀门杆处流出。
3.2安全隐患分析
现在判断可能后冷器冷却管已泄漏多日，由于运行中的天然气压力大于冷却水压力，后冷器破管后天然气漏至冷却水回水管，最终被引到机力塔而排入大气中造成后冷器破管却不能被发现。尽管运行期间压缩机多次正常启停，但每次压缩机停运时间都很短(一般4h~5h)，在冷却水门未关的前提下，如果冷却管已破管将会发生冷却水泄漏到天然气侧的情况，也因无任何监测手段而不被发现无论是天然气漏入冷却水管中还是冷却水进入到天然气管中，都对机组的安全运行带来严重隐患。一种情况是压缩机组运行时，若冷却管已破管造成天然气漏入冷却水管中，尽管泄漏的天然气最终被引到机力塔而排入大气中，但天然气可能会在管道系统中的“门型弯”处发生聚集，遇到火花将发生爆炸危险；另一种情况是压缩机组停运后，天然气将被排空放散冷却水将从破损的冷却管进入天然气管中，这样，冷却水可能进入压缩机组或进入燃机，也会使碳钢材质的天然气管产生锈蚀。所有这些，均将影响机组的安全运行。
4.后冷器泄漏的处理方法
针对后冷器冷却管泄漏情况，采取以下的措施。
(1)对后冷器冷却管内壁(天然气侧)采用内窥镜检测。
(2)对已破损的管采取两端打钢堵并和管头施焊处理措施。
(3)对所有的可能进水的天然气管及压缩机本体进行彻底的排水及干燥。
(4)因缺陷为腐蚀造成，将冷却管材质改为不锈钢体进行更换。
(5)要求运行人员在每次压缩机停运后将后冷器的冷却水门关闭，防止冷却管破管后冷却水进入天然气侧。
5.冷却器破管造成天然气泄漏的报警方案
5.1放气阀工作原理及系统报警原理
在压缩机后冷却器冷却水管最高位置上装配排气阀，此排气阀内浮球浸没在水中，由于水的浮力作用浮球处于最高位置。由于杠杆力的原因，杠杆另一头装配的密封阀座起到密封作用，排气阀处于关闭状态使液体不会外泄。一旦后冷却器内冷却管破管造成高压天然气渗入冷却水时，由于气体的密度远低于水的密度，气体会聚集到管网的最高处并进入排气阀；在排气阀内的气体逐渐代替液体的位置，浮球不再被浸没在液体内，浮球在本身的重力作用下下行，杠杆平衡被打破，导致排气阀开启而放出气体；放出气体后，液体重新进入阀室，浮起浮球，关闭排气阀口。
在排气阀排气处安装3台燃气泄漏报警探头，并将探头输出的4mA～20mA信号连接至现场的压缩机控制系统；压缩机控制系统采取3取2的模式，当其中任何2台探头输出的信号为天然气含量大于25％时，压缩机控制系统发出蜂鸣报警信号，由工作人员检查故障并判断是否停机。
5.2方案的实施
实施工作分为两个阶段。针对第一阶段后冷器只是进行了封堵处理，有可能再次发生冷却管泄露缺陷，且1号机组暂时不能停机，所以上述天然气泄漏信号暂时不能接入压缩机控制系统。第一阶段的工作采用在压缩机厂房北侧另装一台蜂鸣器的方案，当天然气发生泄漏且浓度达到5%时，燃气探头自带的开关闭合，回路上串联的蜂鸣器发出报警信号。
第二阶段的工作，将天然气泄漏信号接入压缩机控制系统。在排气阀排气口处安装3台天然气泄漏报警探头，并将探头输出的4mA～20mA 信号连接至现场的压缩机控制系统；压缩机控制系统采取3取2的逻辑，当其中任何2台探头输出的信号为天然气含量大于25％时，压缩机控制系统发出蜂鸣报警信号，由工作人员检查故障并判断是否停机。这三个信号分别接入ZF2O72CH1、ZF2064CH3、ZF2072CH
O三个模拟量信号通道，并做出三取二逻辑在上位机显示报警。
5.3一阶段所需增加配套设备
为了完善第一阶段预防天然气泄漏的工作，需要增加如下配套设备。
(1)Armstrong22一AV型 DN20排气阀 1台，最高工作压力为0．87MPa,浮球重量282g，阀孔尺寸为3／16〞。
(2)SP一1102型 4mA～20mA模拟量输出天然气泄漏报警探头3台，工作电压24V DC、<80mA带开关量输出，开关闭合设定值为5％天然气低爆点防爆标志d II CT6。
(3)连接信号线共300m，镀锌钢护管 DN25共100m，防爆管件、葛兰等若干。
(4)防爆蜂鸣器1台，工作电压 AC220V。
(5)防爆变压器1台，AC220转DC24V，容量0．5kW。
【关键词】燃气-蒸汽联合循环发电机组；天然气压缩机；后冷器；泄漏报警
本文所述燃气-蒸汽联合循环发电机组(简称l号机组)，是国内首批建设的“F”级大容量燃气-蒸汽联合循环发电机组之一，采用日本三菱公司M701F燃气轮机，三压、再热、下排汽凝汽式汽轮机。余热锅炉采用东方日立锅炉有限公司的三压、再热、自然循环、无补燃、卧式余热锅炉。燃机、汽机本体部分采用日本三菱公司的DIASYS NETMATION控制系统 (TCS+TPS+PCS)；机组中的余热锅炉、电气以及其他辅助系统的控制系统为 A SERISE系统。
1.电站天然气前置处理系统简介
l号机组燃用的天然气，是由站内设有的天然气前置处理系统进行处理，主要通过旋风分离撬、超声波流量计量撬、过滤分离撬、压縮机撬、调压撬、三菱精过滤器等设备对进站天然气进行杂质分离、流量计量、过滤、加压、调压、精过滤处理，最终将满足适当压力、温度且干净的天然气提供给燃机。
2.原设计中存在的安全隐患
压缩机撬采用美国SOLAR公司提供的一台100％容量的变频调速电驱动C406离心压缩机将天然气进行加压，压缩机撬中后冷器的主要作用是把经过压缩机压缩后升温的天然气温度降下来 (由139.6℃降到45℃以下)，满足燃机用气温度要求。后冷器结构为管壳式，冷却管为碳钢SA-2l4，管内介质为天然气(工作压力4．5MPa(g))，管外介质为冷却水(工作压力0．3MPa)，水源为工业水，冷却水回水至 l号机组机冷却塔。由于后冷器为压缩机厂家配套，设计中未考虑冷却管运行中发生破管的监测手段。运行中一旦发生冷却管破管造成高压天然气泄漏进入低压冷却水系统而很难被发现，给机组的安全运行带来严重隐患。压缩机撬系统图见。
3.后冷器泄漏及安全隐患分析
3.1后冷器的泄漏
1号机组临时消缺期间(间隔2天～3天)，处理压缩机防喘阀门杆泄漏的缺陷时，发现防喘阀门杆处有水滴流出。由于水是从天然气侧流出开始怀疑是否为天然气中所携带的冷凝水，但经过水样化验确定为工业水，因此判断是后冷器破管泄漏所致。由于压缩机停运2天，而运行人员也未在压缩机停车后将后冷器的冷却水门关闭，导致0．3 MPa(g)的冷却水沿着泄漏的后冷器冷却管进入已排空放散的天然气管；由于时间较长，泄漏的冷却水最终在系统中较低处的再循环管内聚集，而从有泄漏缺陷的防喘阀门杆处流出。
3.2安全隐患分析
现在判断可能后冷器冷却管已泄漏多日，由于运行中的天然气压力大于冷却水压力，后冷器破管后天然气漏至冷却水回水管，最终被引到机力塔而排入大气中造成后冷器破管却不能被发现。尽管运行期间压缩机多次正常启停，但每次压缩机停运时间都很短(一般4h~5h)，在冷却水门未关的前提下，如果冷却管已破管将会发生冷却水泄漏到天然气侧的情况，也因无任何监测手段而不被发现无论是天然气漏入冷却水管中还是冷却水进入到天然气管中，都对机组的安全运行带来严重隐患。一种情况是压缩机组运行时，若冷却管已破管造成天然气漏入冷却水管中，尽管泄漏的天然气最终被引到机力塔而排入大气中，但天然气可能会在管道系统中的“门型弯”处发生聚集，遇到火花将发生爆炸危险；另一种情况是压缩机组停运后，天然气将被排空放散冷却水将从破损的冷却管进入天然气管中，这样，冷却水可能进入压缩机组或进入燃机，也会使碳钢材质的天然气管产生锈蚀。所有这些，均将影响机组的安全运行。
4.后冷器泄漏的处理方法
针对后冷器冷却管泄漏情况，采取以下的措施。
(1)对后冷器冷却管内壁(天然气侧)采用内窥镜检测。
(2)对已破损的管采取两端打钢堵并和管头施焊处理措施。
(3)对所有的可能进水的天然气管及压缩机本体进行彻底的排水及干燥。
(4)因缺陷为腐蚀造成，将冷却管材质改为不锈钢体进行更换。
(5)要求运行人员在每次压缩机停运后将后冷器的冷却水门关闭，防止冷却管破管后冷却水进入天然气侧。
5.冷却器破管造成天然气泄漏的报警方案
5.1放气阀工作原理及系统报警原理
在压缩机后冷却器冷却水管最高位置上装配排气阀，此排气阀内浮球浸没在水中，由于水的浮力作用浮球处于最高位置。由于杠杆力的原因，杠杆另一头装配的密封阀座起到密封作用，排气阀处于关闭状态使液体不会外泄。一旦后冷却器内冷却管破管造成高压天然气渗入冷却水时，由于气体的密度远低于水的密度，气体会聚集到管网的最高处并进入排气阀；在排气阀内的气体逐渐代替液体的位置，浮球不再被浸没在液体内，浮球在本身的重力作用下下行，杠杆平衡被打破，导致排气阀开启而放出气体；放出气体后，液体重新进入阀室，浮起浮球，关闭排气阀口。
在排气阀排气处安装3台燃气泄漏报警探头，并将探头输出的4mA～20mA信号连接至现场的压缩机控制系统；压缩机控制系统采取3取2的模式，当其中任何2台探头输出的信号为天然气含量大于25％时，压缩机控制系统发出蜂鸣报警信号，由工作人员检查故障并判断是否停机。
5.2方案的实施
实施工作分为两个阶段。针对第一阶段后冷器只是进行了封堵处理，有可能再次发生冷却管泄露缺陷，且1号机组暂时不能停机，所以上述天然气泄漏信号暂时不能接入压缩机控制系统。第一阶段的工作采用在压缩机厂房北侧另装一台蜂鸣器的方案，当天然气发生泄漏且浓度达到5%时，燃气探头自带的开关闭合，回路上串联的蜂鸣器发出报警信号。
第二阶段的工作，将天然气泄漏信号接入压缩机控制系统。在排气阀排气口处安装3台天然气泄漏报警探头，并将探头输出的4mA～20mA 信号连接至现场的压缩机控制系统；压缩机控制系统采取3取2的逻辑，当其中任何2台探头输出的信号为天然气含量大于25％时，压缩机控制系统发出蜂鸣报警信号，由工作人员检查故障并判断是否停机。这三个信号分别接入ZF2O72CH1、ZF2064CH3、ZF2072CH
O三个模拟量信号通道，并做出三取二逻辑在上位机显示报警。
5.3一阶段所需增加配套设备
为了完善第一阶段预防天然气泄漏的工作，需要增加如下配套设备。
(1)Armstrong22一AV型 DN20排气阀 1台，最高工作压力为0．87MPa,浮球重量282g，阀孔尺寸为3／16〞。
(2)SP一1102型 4mA～20mA模拟量输出天然气泄漏报警探头3台，工作电压24V DC、<80mA带开关量输出，开关闭合设定值为5％天然气低爆点防爆标志d II CT6。
(3)连接信号线共300m，镀锌钢护管 DN25共100m，防爆管件、葛兰等若干。
(4)防爆蜂鸣器1台，工作电压 AC220V。
(5)防爆变压器1台，AC220转DC24V，容量0．5kW。