燃机危险气体的监测系统工作原理及进步空间

刘晨

摘要：易燃易爆的危险气体、有毒的粉尘，这些因素无时无刻不影响着化工企业的安全。燃气轮机（简称燃机）是多数化工企业生产的重要的产品之一，同时也是化工企业日常运转的常用设备。监测系统是决定燃气轮机安全因素的重要因素之一，本文主要研究燃机危险气体监测系统的工作原理，并分析监测系统的进步空间。

关键词：燃气轮机；危险气体；监测系统

一、燃气轮机、危险气体的定义及组成

燃机是指以流动的气体作为介质，推动叶轮高速旋转，从而将燃料燃烧产生的热能转变成有用功的一种机器设备，本质上是一种热力发动机。

简单循环燃机最主要的特点是体积轻巧，占用的空间少，而且启动很快，提高了工作效率，同时较少或者不适用冷却水，降低了水资源的污染浪费。简单循环的燃机主要由压气机、燃烧室、燃气透平三部分组成。首先，压气机从外部吸入空气，在对空气进行加压的同时也提高了空气的温度，然后将空气运送到燃烧室与燃料混合生成高温高压燃气，最后推入透平，推动转子高速旋转。这个过程实现了化学能到热能的转换，又将部分热能转换成机械能。燃机工作简易图如图1：

图1：燃气轮机工作示意图

危险气体是指在燃机工作时混入的可能对燃机安全产生影响的气体，这些气体在达到一定浓度是，就会发生爆炸或者侵蚀设备。

在化工企业中，由于生产特点的原因，会产生很多危险气体。危险气体主要可以概括为可燃气体、有毒气体、腐蚀性气体。例如甲烷、丙烷等烃类气体，浓度在0.180mj就会有爆炸的可能性；再例如硫化氢、氯化氢等气体，会接触燃机表面，腐蚀金属外壳；同时也要保证氧气的浓度，否则会成为其他可燃物的助燃剂。这些气体有的能够轻易发现，但是有些浓度较低就会产生严重后果的气体必须依靠监测系统的测验[1]，才能够防患于未然。

二、监测系统的工作原理

目前来说，常见的监测系统主要是由传感器组成的。科研人员利用气敏传感器[2]设计了一种危险气体监测系统，当危险气体的浓度或者其他指标达到危险值时，就会发出警报。这种系统一共由五个模块组成，分别是相关数据的采集、气体浓度控制、气体浓度控制不了时报警、无线发射接收、电源。整个系统可以对目前已知的危险气体进行浓度检测，各个化工企业可以根据自己燃机设备的承受能力和安全因素的考虑，自行设定报警的气体浓度标准。当气体浓度超过这个界限时，就会进行声光报警，并且在语音设备和无线发射接收器的帮助下，将报警的实时信息通过无线方式进行语音通报。这种报警器不仅能够用于燃机危险气体的监测，也能够用于环境监测和生产过程中气体泄露等情况的监测。

这种监测系统的工作原理如下：敏感度极高的气敏传感器在感受到危险气体达到一定程度（通常是气体爆炸浓度下限的四分之一）时，报警器就会发出声响，在报警的同时，阀门会自动将气体来源通道关闭，开通排气口和通风设备将危险气体排出，并将数据实时传送到电脑中，以便工作人员能够及时查看到危险气体的浓度变化。当气体经过排放后达到安全浓度时，通风设备关闭，报警器关闭，一切恢复正常。图2给出了监测系统的工作原理，图3给出了接收部分工作图示。

三、监测系统的进步空间

从上述三个原理图可以简单看出，燃机危险气体监测系统的体系并不完善，容易产生安全问题，下文探讨了如何进一步提高监测系统的功能、增强安全可靠性的方法。

（一）提高保护配置

危险气体的监测系统虽然能够有效地监测气体浓度，减少危险事故发生的可能性，但是如果由于内部因素（例如工厂电路设备老化）和外部因素（例如周围新设的与电磁有关的工厂可能会影响无线电波的数据传输）的不良影响，监测系统很有可能做出错误判断导致危险的发生。因此，现代先进科学的监测系统都配备完善的保护机制[3]。保护配置是指能够在危险发生前检测到异常并自动关闭系统或者在危险发生时能够及时处理危险情况以避免或者减少损失的设备。在保护配置的置备中，要多配备一些具有保护功能的探头，如果存在两个及两个以上的探头检测到危险时，就会立刻跳机；如果单个探头探测到危险时间长达危险境界的下限，也会做出安全保护措施。同时，要在各个角落也配置探头，特别是气体流通差的角落，需要格外注意。

图2：监测系统工作原理

图3：接收部分的工作示意图

（二）提高危险气体探头可靠性和寿命

危险气体探头必须暴露在空气中，而且所处地方都是危险气体最为密集的地方，以此来保证测量的准确性和可靠性。同时，为了避免外界磁场的干扰，还需要将探头至于没有外界电磁冲击和干扰的地方。由于这种装置的特殊性，探头的使用时间都不长[4]。一般来说，工作期限为1～2年。为了提高探头的可靠性，必须定期对探头进行维护和监察，在危险气体事故多发时点，还要提高检查频率。在维护监察的过程中，如果发现探头不灵敏，测量值和实际值偏差很大，就要及时更换，更换完以后，还要再次进行检查，保证更换以后的灵敏度达到要求。

探头的寿命也受环境温度的影响，长期的高温环境会使探头老化，达不到使用要求。因此，在探头的安装位置上要尽量选取联通管的内部，降低环境温度[5]。

四、结论

安全问题值得每一个企业重点关注，在工程建设运作过程中，必须采取科学有效的安全防护措施，化工企业要尤其重视危险气体带来的危害，提高危险气体监测系统的可靠性和灵敏度，防患于未然，尽量减少安全事故发生的可能性。在现有监测设备的基础上，认识到进步空间，努力提高检测设备的工作质量和效率。

参考文献

[1]李勇辉,宋玛琳.S109FA机组危险气体监测系统[J].燃气轮机技术,2006(03):44-47.

[2]魏晓慧,黄近秋.危险气体报警器的研制[J].西安石油大学学报(自然科学版),2010,25(04):92-94+98+114.

[3]罗以勇.一起机组危险气体浓度较高事故的分析及处理[J].电力安全技术,2012,14(11):52-53.

[4]程远林.9E燃气轮机危险气体监测系统维护[J].设备管理与维修,2016(11):28-29.

[5]石永强.工业燃气轮机状态监测与故障诊断方法研究[D].北京化工大学,2012.