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燃气轮机低压二氧化碳火灾保护系统黄雪忠 ,孟广太(张家港华兴电力有限公司 , 江苏 张家港 215627 )摘 要 :详细介绍了 GE公司用于 9 E 、9FA 型燃气轮机发电机组的低压 CO2 火灾保护系统的原理 、构成和部分释放试验程序 。关键词 :能源与动力工程 ; 燃气轮机 ; CO2 火灾保护系统 ;释放试验文章编号 : 1671 2086X ( 2008 ) 01 20040204中图分类号 : TK477文献标识码 : AA L ow2Pre ssure CO2 F ire Pro tec t ion Sy stem for Ga s Turb in e sHUAN G Xue2zhong,M EN G Guang2ta i( Zhangjiagang H uaxing E lec tric Powe r Co. L td. , Zhangjiagang 215627 , Ch ina)A b stra c t: A de ta il in troduc tion is be ing p re sen ted to the p rinc ip le, the struc tu re and the p a rtia l d ischa rge te stp rocedu re s of a low2p re ssu re CO2 fire p ro tec tion system m anufac tu red by GE fo r 9E and 9FA ga s tu rb ine gene ra ting un its.Keyword s: ene rgy and powe r enginee ring; ga s tu rb ine; CO2 fire p ro tec tion system; d ischa rge te st中氧气的正常含量 21 %减少到 15 %以下 。氧气含量低于 15 %时不足以维持燃烧 ,该系统就是利 用这个原理实现灭火的目的 。该系统在 灭 火 过 程 中 通 过 两 条 管 路 将 CO2喷射到火灾区 ,一根管路称为初始释放管 ,它可在1 m in内将 相 当 于 或 超 过 火 灾 舱 室 体 积 34 %的 CO2 释放到舱室中 ; 另外 ,考虑到火灾扑灭后 ,暴 露在高温中的易燃物有再次复燃的可能性 ,系统 设置另一根 CO2 延续释放管路 ,以维持较长时间的 CO2 熄火浓度 (“1 区 ”延续喷射 CO2 的时间为 30 m in,“2区 ”延续喷射 CO2 的时间为 60 m in) ,从而 将易燃物再次复燃的可能性减小到最低程度 。GE 公司为其产品配置的火灾保护系统是按 N FPA (美国国家防火协会 ) 有关 CO2 灭火系统标 准规定设计的 。1 系统概况GE公司用于 9 E 、9 FA 型燃气发电机组的低 压 CO2 灭火系统主要分为三部分 : ( 1 ) CO2 模块 ; ( 2 )机组各舱室内 CO2 输送管道 、喷嘴 、热敏式火 灾探测器 ; ( 3 ) CO2 模块与机组各舱室之 间的 连 接管道 。受 CO2 灭火系统保护的 燃 气轮 机舱 室分为 两 个 区 域 : 气 体 燃 料 舱 室 和 透 平 间 称 为“1 区 ”,燃气轮机 2 号轴承通道称为 “2 区 ”。由于 两个区域的环境温度不同 ,热敏火灾探测器的温 度设定值也不同 ,当不同的区域发生火灾时 , CO2火灾保护系统仅向发生火灾的区域释放 CO2 ,并 不需要向所有受保护的舱室同时释放 CO2 。CO2 是一种惰性气体 , 它的质量是空气质量 的 1. 5 倍 。当燃气轮机舱 室内 发生 火 灾时 , CO2 模块的管道分配系统将 CO2 由低压储气罐输送 到需要灭 火的 燃 气轮 机舱 室 。喷 入 火灾 区域 的CO2 可使着火表面与空气隔绝 ,并将舱室内空气2 系统的组成2. 1CO2 模块收稿日期 : 2007 205 215作者简介 :黄雪忠 ( 1973 - ) ,男 ,工程师 ,主要从事燃气轮机环保 、质保工作 。40发电设备 ( 2008 No. 1 )燃气轮机低压二氧化碳火灾保护系统CO2 模块见图 1。态 ,并将阀门的开关状态信号送往控制系统 。( 7 ) CO2 储气罐上设有 3 个压力泄放阀 (安 全阀 ) ,分为二级泄放 。当储气 罐内 的 压力 超过2. 351 M Pa时 ,第 1个安全阀动作 。如果储气罐内 的压力继续上升到 2. 461 M Pa 时 ,另外 2 个安全 阀动作 。( 8 ) CO2 储气罐的释放母管上设有压力泄放 阀 (安全阀 ) ,用来保护母管和下游元件 , 其整定 值为 3. 103 M Pa。释 放 母 管 上 还 设 有 4 个 气 动 阀 ,其中 2个阀门出口与通往燃气轮机各舱室的 初始释放管相连接 ,另外 2 个阀门出口与通往燃气轮机各舱室的延续释放管相连接 。( 9 ) CO2 模块上装有 2 个 控制 盘 , 1 个 电气 控制盘 , 1 个先导释放控制盘 。电气控制盘内的 主要元件有 :“一区 ”CO2 初始释放定时器 ( 2CP21A ) ,设定时间为 1 m in;“一区 ”CO2 延续释放定时器 ( 2CP22A ) , 设 定时 间为 30 m in;“二 区 ”CO2 初始释放 定 时 器 ( 2CP23A ) , 设 定 时 间 为 1 m in; “二区 ”CO2 延续释放定时器 ( 2CP24A ) ,设定时间 为 60 m in;“一区 ”CO2 手动压力泄放开关 ( 43CP21A ) ;“二区 ”CO2 手动压力释放开关 ( 43CP22A ) (紧急情况下 ,可按压开关按钮来释放 CO2 ) ;“一区 ”CO2 释放定时器复位开关 ( 86 FP21A / PB ) ;“二 区 ”CO2 释放定时器复位开关 ( 86 FP22A / PB ) 。先 导释放控制盘内的主要元件有 :“一区 ”CO2 初始 释放电磁阀 ( 45CR 21A ) ;“一区 ”CO2 延续释放电 磁阀 ( 45CR 22A ) ;“二 区 ”CO2 初 始 释 放 电 磁 阀( 45CR 23A ) ;“二区 ”CO2 延续释放电磁阀 ( 45CR 2图 1 CO2 模块系统图( 1 ) CO2 储气罐安装在独立的底盘上 ,储气罐直径为 1. 575 m ,长度为 5. 91 m ,内部可贮存 8 t液体 CO2 。( 2 ) CO2 储气罐上设有压力表和液位表 ,用 来监视储气罐内 CO2 的压力和储量 。( 3 ) CO2 储 气 罐 端 部 设 有 装 有 球 阀 控 制 的CO2 充注口和气化 CO2 排出口 (返回到充注设备 中 ) 。( 4 ) 1台由电动机 ( 88RC21A )驱动的冷冻压缩机安装在储气罐上方 ,冷冻压缩机可将饱和液 态的 CO2 维持在 2. 07M Pa和 - 18 C储藏温度 。( 5 ) CO2 储气罐上设有压力开关 ( 63CT21 ) , 当储气罐内的 CO2 压力高于 2. 24M Pa时 ,该开关 动作 ,启动冷冻压缩机制冷 。当储气罐内的 CO2 压力低于 1. 9M Pa时 ,该开关动作 ,停运冷冻压缩 机 ,使 储 气 罐 内 的 压 力 始 终 保 持 在 2. 0 2. 14M Pa。( 6 ) CO2 储气罐上设有两路排气管道 ,一路 管道将 CO2 气体送往先导控制盘作为控制气源 ; 另一路管道将 CO2 气体送往释放 母管 。两路 管 道上均设 有 手动 阀门 和阀 门 的位 置开 关 ( 33 FP21A、33 FP22A ) 。位置开关用来感受阀门的开关状4A ) ;“一 区 ”手 动 复 位 的1A ) ;“二 区 ”手 动 复 位 的CO2 压 力 开 关 ( 45CP2CO2 压 力 开 关 ( 45CP22A ) ,紧急情况下 , 可拉出开关拉杆 来 释放 CO2 ;先导释放管路监视压力开关 ( 63 FP21D ) , 用来监 视先导释放管路的 CO2 压力 。无论 何 种方 式使系统释放 CO2 ,都会使机组跳闸 。2. 2 燃汽轮机舱室燃气轮机舱室 (见图 2 ) 包括气体燃料舱室 、 透平间和 2号轴承通道内均设有热敏火灾探测器和 CO2 喷嘴 。( 1 ) 气体燃料舱室设有 4 个热敏火灾探测器 ( 45 FA 26A、45 FA 26B、45 FA 27A、45 FA 27B ) ,透平间 内设有 6 个 热敏 式 火 灾 探 测 器 ( 45 FT21A、45 FT21B、45 FT22A、45 FT22B、45 FT23A、45 FT23B ) , 其 整41发电设备 ( 2008 No. 1 )燃气轮机低压二氧化碳火灾保护系统定值均为 315. 6 C。当这些火灾探测器感受到的温度达到 315. 6 C 时 , CO2 火灾保护系统便会发出火灾报警 、向火灾区域释放 CO2 ,同时将机组遮断 。图 2 燃气轮机舱室 CO2 系统图( 2 ) 2号轴承通道区域内设有 4 个热敏火灾探测 器 ( 45 FA 220A、45 FA 220B、45 FA 221A、45 FA 221B ) ,其整定值为 385 C。当这些火灾探测器感 受到的温度达到 385 C 时 , CO2 火灾保护系统便 会发出火灾报警 ,向火灾区域释放 CO2 ,同时将机 组遮断 。( 3 ) 气体燃料舱室设有 2个 CO2 释放喷嘴 A 和 B。A 为 初 始 释 放 喷 嘴 , 其 喷 嘴 直 径 为 4. 8 mm , B 为延续释放喷嘴 , 其直径 为 1. 94 mm。透 平间内设有 3个 CO2 释放喷嘴 C1、C2 和 D。 C1、 C2 为初始释放喷嘴 ,其喷嘴直径为 21. 42 mm , D 为延续释放喷嘴 ,其直径为 7. 14 mm。( 4 ) 2号轴承通道区域内设有 2 个 CO2 释放 喷嘴 G和 H。 G为初始释放喷嘴 ,其喷嘴直径为20. 64 mm , H 为 延 续 释 放 喷 嘴 , 其 直 径 为 4. 57 mm。( 5 ) 气 体 燃 料 舱 室 内 设 有 1 个 频 闪 警 铃 ( SLA 21D ) ,在 3. 05 m 处的警铃声音为 90 dB , 频 闪灯功率为 15W ,在 CO2 释放前 30 s该警铃发出报警 。气体燃料舱室罩壳外壁上还设有 3 个 装 置 ,一是频闪警铃 ( SLA 21C ) ,在 3. 05 m 处的警铃 声音为 90 dB 及频闪灯 , 功率为 15 W ; 二是 CO2 手动释放开关 ( 43MRA 21C ) ,紧急情况下 ,可按压 该开关按钮来释放 CO2 ; 三是 CO2 手动闭锁开关 ( 86MLA 21C ) 。42( 6 ) 透平间 11 m 层和 6. 45 m 层罩壳外壁上也设有与气体燃料舱室罩壳外壁上同样的装置 , 它们分别 是 频闪 警铃 ( SL T21A ) 、( SL T21B ) , CO2 手动 释 放 开 关 ( 43MR T21A ) 、( 43MR T21B ) , CO2 手动闭锁开关 ( 86ML T21A ) 、( 86ML T21B ) 。3 系统功能当发生火灾时 ,火灾保护系统的管道分配系 统将 CO2 由低压储气罐输送到需要灭火的燃气 轮机舱室 。 CO2 低压储气罐位于燃气轮机底盘外 的一个独立的底座上 。从 CO2 储气 罐 到燃 气轮 机舱室由管道相连 ,通过安装在管道上的喷嘴将 CO2 喷入燃气轮机舱室 。燃气轮发电机组分为两个火灾保护区 ,每个 区由一个初放系统和一个续放系统组成 。 9 FA 型单轴机组的两个火灾保护区为气体燃料间 、透平 间组成的“1 区 ”和 2 号轴承通道区域所在的“2区 ”。这两个火灾保护区是相对独立的 ,“1区 ”发生火灾不会触发“2 区 ”释放 CO2 ,“2 区 ”发生火 灾也不会触发“1区 ”释放 CO2 。这种区域保护和 检测是通过各自的热敏火灾探测器“A ”和“B ”回 路实现的 。每 个火 灾探 测 器接 入火 灾 保护 控制 盘 。这样 ,特定区域的“A ”、“B ”探测器动作会使 系统释放 CO2 。设 在 各 舱 室 外 部 和 内 部 的 警 报 灯 、警铃以及 CO2 报警信号会提醒相关人员“已发电设备 ( 2008 No. 1 )1 000 MW 超超临界锅炉技术特点制柜外 侧 的 复 位 按 钮 (“1 区 ”的 86 FP21A 和“2区 ”的 86 FP22A )将定时器复位 ,同时关闭警报 。释放 CO2 ”。系统设置两套独立的分配系统 : 初放和续放 系统 。在系统动作后数秒钟内 ,大量的 CO2 从初 放系统喷入燃气轮机舱室 , 迅速达到熄火浓度 。 为补偿燃气轮机舱室 CO2 的泄漏 ,续放系统继续 释放一定量的 CO2 以维持 CO2 的灭火浓度 。 CO2的喷射流量由每个舱室内初放和续放管路的释放 喷嘴孔径 来控 制 。初 放 管路 的释 放 喷嘴 孔径 较 大 ,可快速释放 CO2 以迅速达到熄火浓度 。续放 系统的释放喷嘴孔径较小 ,可缓慢释放较小流量 的 CO2 ,以维持熄火浓度保持较长的时间 ,从而将再次复燃的可能性减小到最低程度 。 受保护的燃气轮机舱室发生火灾时 ,热敏火灾探测器的接点将闭合 ,并使电路带电打开位于 先导 控 制 盘 上 的 电 磁 阀 45CR 21A 和 45CR 22A (“一区 ”初放和续放 )或 (和 )电磁阀 45CR 23A 和45CR 24A (“二区 ”初 放 和 续 放 ) 。这 些 电 磁 阀 动 作后 ,储气罐中的先导 CO2 释放出来 ,以打开 CO2 释放母管上特定区域的初放和续放气动阀门 。然 后 , CO2 通过初放和续放阀将储气罐中的 CO2 释 放到管道分配系统和特定区域的各舱室 。该系统也可以通过位于电气控制盘外侧的手动触发 开 关 (“一 区 ”的 43CP21A 和“二 区 ”的43CP22A )或位于先导控制盘内的手动引导阀来 操作 。如果用户需要 ,也可由安装在保护区外墙 上的手动释放开关来操作 。它们分别是“一区 ” 的 43MR T21A、1B 和 43MRA 21C , 都装 有销 子 , 在按下按钮 触 发 系 统 释 放 CO2 前 必 须 将 其 拔 出 。 无论自动或手动使系统动作 ,都将使燃气轮机跳 闸 ,同时关闭通风机和由 CO2 驱动的舱室通风百 叶窗 ,并释放 CO2 。在机组或火灾保护系统进行维修时 ,通过关闭位于储气罐顶部的主关断阀或先导控制气源球 阀可防止 CO2 的意外释放 。如果需要 ,也可以手 动关闭安装在保护区外墙上的闭锁开关 (“一区 ” 的 86MR T21A、1B 和 86MRA 21C )来防止 CO2 的意 外释放 。初放和续放定时器 2CP21A、2A ( 1 区 ) , 2CP23A、4A ( 2 区 )可控制电磁阀的带电时间从而控制CO2 的释放时间 。 CO2 释放后 , 按下位于电气控4 CO 部分释放试验2为了确保 CO2 灭火 系 统处 于良 好 的备 用状态 ,应进行 CO2 部分释放试验 。试验程序如下 :( 1 ) 检查受 CO2 保护的燃气轮 机 各舱 室所 有由 CO2 驱动关闭的挡板都应在开位 。( 2 ) 检查确保位于控制盘内的先导释放定时器设定在延迟 30 s的时间 ,以便在 CO2 释放前能 够让相关人员有时间撤离燃气轮机各舱室 。如果 需要不同的延迟时间 ,可以在现场更改先导释放 定时器的设定时间 。( 3 ) 检查并保证所有受 CO2 保护的舱室 ( 2号轴承区域除外 )外部两侧至少各有 1 个 CO2 警 示标志 。( 4 ) 所有人员撤离燃气轮机舱室并关闭所有 的舱室门 。( 5 )