燃气轮机火灾保护系统

1燃气轮机火灾保护系统
1.1. 概述
燃气轮机机组的二氧化碳火灾保护系统的工作原理：将仓室内空气中氧气的含量从大气的正常含量21%减少到不足以维持燃烧所必需的水平（通常为15%），从而达到灭火的目的。

为减少氧气含量，该系统能在一分钟内将相当于或超过仓室体积34%的一定量的二氧化碳（CO2）释放到仓室中，同时，考虑到暴露于高温金属中的易燃物（在火灾扑灭后）再次复燃的可能性，该系统还提供续放系统，在较长时间内以维持空间CO2在灭火浓度，使复燃的可能性降到最低。

1.2. 功能描述和系统操作
为更好的理解火灾保护系统，在以下的段落将简要说明其操作和特点。

火灾保护系统由管道分布系统组成，该管道在发生火灾时将二氧化碳由低压储存罐传输到（需要灭火的）仓室。

该低压储存罐通常位于低于基础的平台上，通过一台冷冻压缩机将饱和液态二氧化碳维持在储藏压力为300psig(21.09kg/cm2或2069kpa)，温度0°F（-18°C）。

火灾保护系统控制面板通常安在低于基础的平台上。

通过现场连接管道，将二氧化碳从低于基础的平台释放到燃机间，在燃机间该管道同基础之上的管道相连，由它将二氧化碳通过喷嘴分布到仓室内。

系统使用两套独立的分布系统：初放系统和续放系统。

在动作后数秒内，充足的二氧化碳从初放系统通入燃机间，快速建立起熄火浓度（通常为34%）。

为补偿燃机间二氧化碳的泄漏，续放系统逐渐释放出更多的二氧化碳以维持一定的浓度(通常为30%)。

二氧化碳的流量由每个仓室内初放和续放系统的释放喷嘴的孔径控制。

初放系统的(释放喷嘴)孔大，允许快速释放二氧化碳以很快达到上面提及的熄火浓度。

续放系统的(释放喷嘴)孔较小，允许相对较小的（二氧化碳）释放流量，维持熄火浓度，从而将再次起火的可能性减小到最低程度。

每台标准的燃气轮机机组有两个火灾保护区，每个区由一个初放和一个续放（系统）组成。

单轴蒸汽和燃气轮机机组的两个火灾保护区由1区燃气透平间和2区2号轴承通道组成。

这两个火灾保护区允许每个区独立于其他区动作，1区有火灾不会在2区释放二氧化碳，2区有火灾不会在1区释放二氧化碳。

这种区域保护、探测通过使用单独的热敏火灾探测器环A和B获得。

每个火灾探测器接入火灾保护控制面板，这样，特定区域的A、B探测器必须动作以使系统释放二氧化碳。

闪光器和警报喇叭，同二氧化碳警示符一样，置于仓室内外适当的位置以提醒相关人员二氧化碳已释放。

火灾在被保护区如燃机间发生时，热敏火灾探测器的接点将闭合，接通电气回路，打开位于先导控制盘上的电磁阀45FT-1A和45FT-2A(1区初放和续放)，电磁阀45FT-20A和45FT-21A(2区初放和续放)。

这些电磁阀的动作让二氧化碳从储存罐出来,用于加压位于二氧化碳释放母管上的初放续放选择阀的操作活塞。

然后，二氧化碳通过初放续放选择阀从储罐流入管道分布系统和仓室的特定区域。

该系统也可通过位于电气控制盘外的手动触发器开关（1区的43MRFP-1A和2区的43MRFP-2A）或位于先导控制盘的手动触发器开关来动作，如果需要，也可由安装在保护区外墙罩子上的手动释放开关来动作,这些装置通常有1区的43MRT-1A,-1B,它们都装有一销子，在按下按钮激发系统释放二氧化碳前必须将其拔出。

自动或手动中的任何一个使系统的动作，都将燃机使跳闸，关闭通风系统，释放二氧化碳。

对火灾保护系统和燃机进行维护时,关闭位于储罐顶部的主关断阀33FP-1A或初放续放选择阀的限位开关（33FP-2A）中的任一个都可防止二氧化碳的意外释放。

如果需要，也可关闭安装在保护区外墙罩子上的手动闭锁开关86MLT-1A,-1B来防止二氧化碳的意外释放。

初放和续放定时器，2FP-1A,-1AE（1区），2FP-2A，-2AE（2区）位于电气控制盘内的控制面板上，它们控制电磁阀的带电时间从而控制二氧化碳的释放时间。

二氧化碳释放后，按下位于电气控制盘上的复位按钮（1区的62FP-1A和2区的62FP-2A）将定时器复位（这也将关闭警报）。

预先释放定时器（一般为30秒以便让人员撤离仓室，但如果需要可现场更改）也位于控制板上，它控制火灾探测和电磁阀动作之间的时间。

注意:如果要保证二氧化碳火灾保护系统有效，仓室的门必须关闭，系统有足够的二氧化碳去补偿通过通风口泄漏的二氧化碳，通风口由重力挡板或二氧化碳压力操作的挡板（必须手动复位）关闭。

警告：二氧化碳在足够灭火的浓度下，将对生命造成危害。

在二氧化碳系统释放二氧化碳后，人进入仓室是极其危险的。

任何人由于吸入二氧化碳呈现出无意识状态必须尽可能快的抢救，使他马上苏醒。

这种紧急情况下，有必要由受过充分训练的人员采取正确的行动。

1.3. 部件说明
●C02喷嘴和管道
每个要求消防的舱室配有初始持续排放管和喷嘴。

喷嘴位于每个舱室中央(近屋顶)，不妨碍设备，不影响在整个舱室均匀地分布C02。

喷嘴置于T形管支管上，二个支管是主流管，T形管的另一头可通过管盖封住C02(见0426消防简图)。

背压允许C02适当地从喷管流出。

结构设计可让压缩空气流经管子，清除积在管子里的碎屑，并将其送到盖子处。

盖可卸下，以清除碎屑。

●火灾探测器
每个需消防的舱室都配用有火灾探测器，以及时探测火隋。

火灾探测器均匀地分布在每一舱室，能及时探测到整个舱室的火隋。

每一探测器的接线以这样的方式接到消防控制盘上，使得必须将“A”和“B"
探测器都已通电接通以排放C02。

每个保护区的火灾探测器都以这种方式接线，但在一个区内通电接通的火灾探测器不会使任何其它区排放C02。

●频闪装置和报警器
频闪装置和报警器装在舱室各部位都易于看到和听到的地方。

频闪装置和报警器的接线应使它们能协同—致运行。

其电路都对极性敏感，属于B级监控型。

这些频闪装置通电后，会在排放C02前警告人们在预定时间会有火情。

●C02驱动的挡板闩锁
每个需消防的舱室都配有C02驱动的挡板闩锁。

挡板闩锁用于位于户外和位于舱室顶棚设备的风扇组件。

C02驱动的挡板闩从初始排放管的T形管接到消防管。

在CO2排放后并驱动闩锁时它就会自动闭合(一旦C02已排放，需将闩锁手动复位)。

●辅助控制阀
每个C02排放装置都配使有控制电磁阀。

每个电磁阀都连接在电子排放定时器上。

●手动控制阀
每个排放装置都配有手动辅助控制阀。

手动辅助控制阀的功能与控制电磁阀一样。

手动控制阀位于辅助控制柜中，贴有标记，说明其排放区以及打开排放的持续时间。

配有排放C02的压力开关(45CP)。

开关的压力操作端口利用往复阀连接在初始和持续排放系统上。

可通过自动方式，或者通过手动方式来使开关通电。

●辅助控制柜
辅助控制柜装有控制电磁阀，手动控制阀，压力开关和往复开关。

●低压二氧化碳储罐
低压二氧化碳储罐用于将液态二氧化碳保持在20.69barg（300psi）的标称压力上（相当于约17.77℃(00F)的温度）。

1.4. CO2浓度测试说明
本测试涉及由每个保护区域的初放和续放组成的全部二氧化碳浓度测试。

二氧化碳火灾保护系统动作，初放持续一分钟，同时续放至少持续30分钟或者更长。

为完成浓度测试，一合格的技术人员必须在场以保证测试正确进行。

二氧化碳浓度测试必须按照下述步骤进行：
1)检查辅机间、燃机间、负荷间和任何受二氧化碳保护的其他仓室内二氧化碳操作闭锁开关的挡板
都应在开放位。

2)检查以保证位于控制面板内的预先释放定时器设定在厂家建议的延迟30秒，以便在二氧化碳释
放前让相关人员有时间撤离。

如果需要不同的延迟时间，可以在现场更改预先释放定时器的设定时间。

3)检查以保证所有受二氧化碳（除2号轴承区可用外）保护的仓室最少有两个外部二氧化碳警告标
志可用，警告人员用的标志每个仓室的每边有一个。

4)疏散仓室内的所有人员，关闭仓门。

此时，为确保仓室完全密封，必须将任何明显的裂缝密封。

5)每个区的初放和续放必须单独测试。

对低压二氧化碳系统，触发控制面板释放开关来释放二氧化
碳。

开始释放二氧化碳后，辅机间和其他任何仓室内的火灾报警闪光器和警报喇叭应该动作并能清楚听到。

测试中，检查每个仓室外面，观察是否有大量二氧化碳从套板的裂缝漏出，（如果有）则意味着仓室密封的严密性没有达到。

6)停止释放二氧化碳后，操作过的开关必须复位，并检查仓室内的所有通风挡板都动作正确。

一旦
此项操作完成，必须将挡板复位至开位。

警告：二氧化碳被驱散前任何人员不得进入已测试的仓室。

7)对低压二氧化碳系统（通常设计为两次完全排放），当二氧化碳可以再充时，应将低压二氧化碳
储存罐再充至其容量的90-95%。

8)二氧化碳浓度测试成功完成后，必须将浓度测试的结果进行评估和验收。

1.5. 设备规范
1.6. 附图
火灾保护系统图
电液伺服阀工作原理电液伺服阀是油动机的核心部件，靠它来接收电信号并控制进入油缸油流的多少。

电液伺服阀安装在MSV，GV和ICV的阀门油动机上，RSV的油动机没有安装电液伺服阀。

通过向油动机的油缸供应高压油而将蒸汽阀门打开，而通过其将油缸的高压油泄去并靠弹簧力将蒸汽阀门关闭。

电液伺服阀是由电磁部分（永久磁铁、导磁体、衔铁、线圈），两级液压放大器（挡板、软管、喷嘴、油路、四通滑阀、反馈弹簧）和过滤器（可更换过滤器和内置过滤器）等组成，如图2所示。

衔铁与挡板通过软管连接在一起，挡板下部连有一个反馈弹簧，弹簧的另一端为一球头，嵌放在滑阀的凹槽内。

永久磁铁和导磁体形成一个固定磁场，当线圈中没有电流通过时，导磁体和衔铁间4个气隙中的磁通都是一样的且方向是相同的，衔铁处于中间位置。

当有控制电流通过线圈时，一组对角方向的气隙中的磁通增加，另一组对角方向的气隙中的磁通减小，于是衔铁就在磁力作用下克服弹簧的弹性反作用力而偏转一角度，并偏转到磁力所产生的转矩与弹性反作用力所产生的反转矩平衡时为止。

同时挡板因随衔铁偏转而发生挠曲，改变了它与两个喷嘴间的间隙，一个间隙减小，一个间隙加大。

高压油从供油口进入伺服阀并且引入到四通滑阀的两端下面，经过过滤器以及孔板后，一路流向喷嘴和挡板，并通向回油；另一路流到四通滑阀的两端端面以形成对四通滑阀的推力。

当挡板挠曲，出现上述喷嘴与挡板的两个间隙不相等的情况时，两喷嘴后侧的压力就不相等，它们作用在滑阀的左右两端端面上，使滑阀向相应方向移动一段距离，压力油就通过四通滑阀的控制油口输向油缸或者使油缸的工作油通过滑阀的一个凸肩流出并通向回油。

滑阀移动时，反馈弹簧下端球头跟着移动。

在衔铁挡板组件上产生了一个转矩，使衔铁向相应方向偏转，并使挡板在两喷嘴间的偏移量减少，这就是反馈作用。

反馈作用的后果就是使滑阀两端的差压减小。

在接受一个正向电流指令信号时，这时滑阀的一个凸肩打开了EH油的供油口，油
动机进油，蒸汽阀门打开，蒸汽阀门的LVDT输出的反馈信号增大，指令与反馈信号的偏差在不断减少，至伺服阀的开阀驱动指令也在不断减小，当伺服阀的输出指令与弹簧的反作用力平衡时，挡板回到中间位置，滑阀处于平衡状态，油动机此时停止进油，蒸汽阀门位置保持不变。

电液伺服阀是有机械零偏的，而机械零偏是借助于滑阀一个端面上装设的一个机械偏置弹簧来实现的。

其主要作用是当伺服阀失去控制信号或线圈损坏时，靠它的机械偏置使滑阀移动而打开泄油孔，使油动机油缸和回油相通，蒸汽阀门的弹簧力使油动机全关，确保机组安全。

如果机械偏置为零或为正，伺服阀失电后，阀门关得很慢或者反开，必须更换伺服阀。

2
1液压系统污染度要求
伺服阀的使用寿命和可靠性与工作液污染度密切相关。

工作液不清洁轻则影响产品性能，缩短阀的寿命，重则使产品不能工作。

因此，使用者对系统工作液的污染度应予特别重视。

使用伺服阀的液压系统必须做到：
1.1安装伺服阀的液压系统必须进行彻底清洗。

新安装的液压系统管路或更换原有管路时，推荐按下列步骤进行清洗：
A在管路预装后进行拆卸、酸洗、磷化；
B然后在组装后进行管路的冲洗。

管路冲洗时，不应装上伺服阀，可在安装伺服阀的安装座上装一冲洗板。

如果系统本身允许的话，也可装一换向阀，这样工作管路和执行元件可被同时清洗。

向油箱内注入清洗油（清洗油选低粘度的专用清洗油或同牌号的液压油），启动液压源，运转冲洗（最好系统各元件都能动作，以便清洗其中的污染物）。

在冲洗工作中应轻轻敲击管子，特别是焊口和连接部位，这样能起到除去水锈和尘埃的效果。

同时要定时检查过滤器，如发生堵塞，应及时更换滤芯，更换下来的纸滤芯、化纤滤芯、粉末冶金滤芯不得清洗后再用，其他材质的滤芯视情况而定。

更换完毕后，再继续冲洗，直到油液污染度符合要求，或看不到滤油器滤芯污染为止。

排出清洗油，清洗油箱（建议用面粉团或胶泥粘去固定颗粒，不得用棉、麻、化纤织品擦洗），更换或清洗滤油器，再通过5~ 10m∝的滤油器向油箱注入新油。

启动油源，再冲洗24小时，然后更换或清洗滤器，完成管路清洗。

1.2在伺服阀进油口前必须配置公称过滤精度不低于10 m∝的滤油器，而且是全流通的非旁路型滤油器。

伺服阀内的过滤器是粗过滤器，是防止偶然“落网”的较大污染物进入伺服阀而设的因此切不可依赖内过滤器起主要防卫作用。

过滤器的精度视伺服阀的类型而定，喷嘴挡板阀的绝对过滤精度要求5~10（NAS1638 5~6级），射流管阀的绝对过滤精度要求10~20 m∝（NAS1638 7~8级）
1.3使用射流管电液伺服阀的液压系统油液推荐清洁度等级为：
长寿命使用时应达到GB/T14039-2002中的-/15/12级（相当于美国NAS13638 6级）一般使用最差不劣于GB/T14039-2002中的-/18/15级（相当于NAS1638 9级）。

2、对伺服放大器的要求：
由于伺服阀马达线圈匝数较多，具有很大的感抗，所以伺服放大器必须是具有深度电流负反馈的放大器。

只有极少响应较慢的系统才用电压反馈的放大器。

电流负反馈放大器输出阻抗比较大，放大器和伺服阀线圈组成了一个一阶滞后环节，输出阻抗大，那么这个一阶环节的频率高，对伺服阀的频带就不会有太大的影响。

放大器的功率级输出的一般原理图见图。

不同的伺服系统对伺服放大器有各种不同的要求，例如不同的校正环节，不同的增益范围及其他功能。

但为了确保伺服阀的正常使用，阀对放大器还提出：放大器要带有限流功能，确保放大器最大输出电流不至于烧坏线圈或不至引起阀的其他失败。

伺服阀应能耐受2倍额定电流的负荷。

再要有一个输出调零电位器，因为伺服阀一般容许2%的零偏，及工况不同的零漂，在伺服阀寿命期内零偏允差可到5%～6%，所以调零机构要可调10±%的额定电流输出值，某些伺服阀和系统还要求放大器带有颤振信号发生电路。

此外要注意输出端不要有过大的旁路电容或泄漏电容，避免与伺服阀线圈感抗一
起产生不希望的谐振。

伺服阀线圈与放大器的联接，推荐并联接法，此法可靠性
高而且具有最小的电感值。

3、安装
3.1伺服阀安装座表面粗糙度值应小于Ra1.6 m∝，表面不平度不大于0.025mm；
3.2不允许用磁性材料制造安装座，伺服阀周围也不允许有明显的磁场干扰。

3.3伺服阀安装工作环境应保持清洁，安装面无污粒附着。

清洁时应使用无绒布
或专用纸张。

3.4进口油和回油口不要接错，特别当供油压力达到或超过20Mpa时。

3.5检查底面各油口的密封圈是否齐全。

3.6每个线圈的最大电流不要超过2倍额定电流；
3.7油箱应密封，并尽量选用不锈钢板材。

油箱上应装有加油及空气过滤用滤清
器。

3.8禁止使用麻线、胶粘剂和密封带作为密封材料。

3.9伺服阀的冲洗板应在安装前拆下，并保存起来，以备将来维修时使用。

3.10对于长期工作的液压系统，应选较大容量的滤油器。

3.11动圈式伺服阀使用中要加颤振信号，有些还要求泄油直接回油箱，伺服阀还必须垂直安装。

3.12双喷挡伺服阀要求先通油后给电信号。

4、维修保护
4.1在条件许可的情况下，应定期检查工作液的污染度。

4.2应建立新油是“脏油”的概念，如果在油箱中注入10%以上的新油液，即应换上冲洗板，启动油源，清洗24小时以上，然后更换或清洗滤油器，再卸下冲洗板，换上伺服阀。

一般情况下，长时间经滤器连续使用的液压油往往比较干净。

因此，在系统无渗漏的情况下应减少无谓的加油次数，避免再次污染系统。

4.3系统换油时，在注入新油前应彻底清洗油箱，换上冲洗板，通过5~10μm的滤油器向油箱注入新油。

启动油源，冲洗 24小时以上，然后更换或清洗滤器，
完成管路、油箱的再次清洗。

4.4伺服阀在使用过程中出现堵塞等故障现象，不具备专业知识及设备的使用者
不得擅自分解伺服阀，用户可按说明书的规定更换滤器。

如故障还无法排除，应
返回生产单位进行修理、排障、调整。

4.5如条件许可，伺服阀需定期返回生产单位清洗、调整。

4.6使用条件好的油源，油质保持相对较好的，可以较长时间不换油，这对系统
可靠运行是有好处的。

4.7切忌让铁磁物质长期与马达壳体相接触，防止马达跑磁，跑磁严重时伺服阀
甚至不能工作，轻则影响伺服阀零位和输出。

4.8除非外部有机械调零装置，否则不要自己擅拆伺服阀去调零。

因为伺服阀是
精密液压元件，调试离不开实验台，离不开专用工装夹具。

4.9伺服阀本身带有保护滤器，更换滤器的方法最好接受厂方的指导。

4.10伺服阀的装卸，增加了一次油源受污染的机会，所以千万要注意干净，这
是最重要的保养要求。

5、伺服阀的故障、原因及排除
伺服阀的故障常常在电液伺服系统调试或工作不正常情况下发现的。

所以这里有时是系统问题包括放大器、反馈机构、执行机构等故障，有时确是伺服阀问题。

所以首先要搞清楚是系统问题、还是伺服阀问题。

解决这疑问的常用办法是：一、有条件的将阀卸下，上实验台复测一下即可。

二、大多数情况无此条件，这时一个简单的办法是将系统开环，备用独立直流电源、经万用表再给伺服阀供正负不同量值电流，从阀的输出情况来判断阀是否有毛病，是什么毛病。

伐问题不大，再找系统问题，例如：执行机构的内漏过大，会引起系统动作变慢，滞环严重、甚至不能工作；反馈信号断路或失常等等，放大器问题有输出信号畸变或不工作，系统问题这里不祥谈，下面主要谈谈阀的故障。

（1）阀不工作
原因有：马达线圈断线，脱焊；还有进油或进出油口接反。

再有可能是前置级堵塞，使得阀芯正好卡在中间死区位置，阀芯卡在中间位置当然这种几率较少。

马达线圈串联或并联两线圈接反了，两线圈形成的磁作用力正好抵消。

（2）阀有一固定输出，但已失控
原因：前置级喷嘴堵死，阀芯被赃物卡着及阀体变形引起阀芯卡死等，或内部保护滤器被赃物堵死。

要更换滤芯，返厂清洗、修复。

（3）阀反应迟钝、响应变慢等
原因：有系统供油压力降低，保护滤器局部堵塞，某些阀调零机构松动，及马达另部件松动，或动圈阀的动圈跟控制阀芯间松动。

系统中执行动力元件内漏过大，又是一个原因。

此外油液太脏，阀分辨率变差，滞环增宽也是原因之一。

（4）系统出现频率较高的振动及噪声
原因：油液中混入空气量过大，油液过脏；系统增益调的过高，来自放大器方面的电源噪音，伺服阀线圈与阀外壳及地线绝缘不好，是通非通，颤振信号过大或与系统频率关系引起的谐振现象，再则相对低的系统而选了过高频率的伺服阀。

（5）阀输出忽正忽负，不能连续控制，成“开关”控制。

原因：伺服阀内反馈机构失效，或系统反馈断开，不然是出现某种正反馈现象。

（6）漏油
原因：安装座表面加工质量不好、密封不住。

阀口密封圈质量问题，阀上堵头等处密封圈损坏。

马达盖与阀体之间漏油的话，可能是弹簧管破裂、内部油管破裂等。

伺服阀故障排除，有的可自己排除，但许多故障要将阀送到生产厂，放到实验台上返修调试，再强调一遍：不要自己拆阀，那是很容易损坏伺服阀零部件的。

用伺服阀较多的单位可以自己装一个简易实验台来判断是系统问题还是阀的问题，阀有什么问题，可否再使用。