燃机消防系统可燃气体检测装置创新设计及可靠性研究

贺超 牛兴伟 纪晨雨

作者简介：

贺超（1983- ），男，汉族，河北保定人，硕士研究生，工程师，研究方向：自动化。

摘要：

在城市化和工业化快速发展的推动下，燃气等可燃气体基于其高效、清洁的特点被广泛应用，为改善居民生活品质、促进工业产业发展提供能源资源支持。本文以某西门子燃机消防系统为例，分析现有可燃气体检测技术的不足，并结合燃机岛可燃气体泄漏系统分析更新升级检测装置的方案，从技术要求、系统结构和技术服务等角度出发，探究其创新措施，旨在保证燃机消防系统安全监控质量和力度。

关键词：燃机消防系统；可燃气体检测；创新设计；可靠性研究

引言

燃机岛可燃气体泄漏系统致力于提升消防系统可靠性，特别聚焦控制与测量可燃气体探测难题。针对现有系统的不足，相关技术人员深入研究，优化控制策略，可进一步提高响应速度和稳定性，开发更精准的探测技术以降低误报率。项目严格遵循工程和安全标准，为同类工程提供经验借鉴，推动行业进步。

一、现有可燃气体检测技术概述

可燃气体检测是燃气系统安全监管的核心环节，其实时、准确监测环境中可燃气体浓度，及时触发预警系统，保证相关人员迅速采取必要的安全措施，有效预防火灾和爆炸等恶性事故的发生。当前市场上，可燃气体检测技术多样，主要包括催化燃烧式、电化学式、半导体式及红外线吸收式等主流技术。其中，催化燃烧式检测技术成熟且成本较低，在市场上占有一席之地。其工作原理是利用催化剂使可燃气体在低温下无焰燃烧，精确测量热量变化以推算气体浓度。然而，此技术易受高浓度气体冲击导致传感器中毒或失效，存在对多种气体的交叉干扰问题，需定期更换传感器，维护成本较高［1］。相比之下，电化学式检测技术具有高选择性和灵敏度，受到广泛应用。该技术寿命有限，易受环境温湿度影响，需定期校准，使用上存在一定挑战。

半导体式检测技术因体积小、功耗低和成本低廉，在特定场景表现优异。在应用中，该技术手段测量气体吸附在半导体表面引起的电阻变化，从而推算气体浓度，响应多种气体。然而，其选择性较差，易受温湿度影响，长期稳定性不佳，限制其更广泛推广应用。与此同时，红外线吸收式检测技术在高端市场占有一席之地，其优势在于不受其他气体干扰、稳定性好、可测量宽浓度范围气体［2］。四种常见的检测技术如表1所示。

二、燃机消防系统可燃气体检测装置存在的问题

（一）可燃气体控制盘备件缺失问题

在燃机消防控制系统中，可燃气体控制盘作为核心监测和信号发送部件，其重要性不言而喻。在与消防设备厂家德国美力马分公司的交流中得知，其原有5701型号控制盘的备件已无法获得，市场上无替代品，控制盘的任何故障都将直接威胁到燃机运行。第一，设备因长时间运行而出现老化。控制盘已服役十余年，电路板卡等元件老化致使故障频发［3］。第二，技术进步带来的产品升级。如今市场上的MSA8020型可燃气体控制柜与旧有设备不兼容，使替换之路行不通。

（二）系统稳定性下降问题

除备件缺失外，燃机消防控制系统还面临稳定性下降的问题。控制柜内老化的板卡和电缆在温度、湿度、振动等环境影响下频繁误报，既干扰系统正常运作，也为机组安全带来隐患。稳定性下降的主要原因有三个方面：一是元器件老化导致性能衰退；二是恶劣环境加速老化过程；三是疏忽维护保养以至于未及时发现和处理问题。

（三）操作性下降问题

操作性下降是燃机消防控制系统另一问题，具体表现为可燃气体泄漏盘液晶显示屏显示不全，给运行维护人员的正常使用带来不便，既妨碍实时监控机组状态，又增加排查和故障处理难度。归根结底有两个方面的原因：第一，设备老化导致液晶显示效果衰退；第二，技术更新缓慢，现有泄漏盘采用的显示技术相对落后，难以满足现代工业对高操作性的标准要求［4］。

三、燃机消防系统可燃气体检测装置技术方案

（一）技术要求

改造前，根据控制系统结构图全面评估检查现场设备，为降低成本，可继续沿用合格设备，技术性更换有缺陷或功能丧失的设备，清单式替换不兼容设备，保证火灾报警控制系统满足正常使用需求。燃机消防控制系统经过精心设计和周密计划，从而完成升级改造，引入MSA8020型控制盘匹配原系统，彻底消除技术和匹配上的隐患。升级改造包括替换和更新机组燃机消防控制柜及相关回路元件，提升系统稳定运行能力。在改造中，制定详细的部件更换清单，涵盖可燃气体泄漏控制盘、甲烷气体探测器、环线模块、输出及输入模块等，提高系统整体性能。原Honeywell5701型可燃气体泄漏盘被升级为性能卓越、工作稳定的MSA8020型，同时安装调试内部卡件和电气元件，从而协同配合各部件，为系统服务效益强化创造条件［5］。

为保证系统功能完整，在升级改造期间，必须准确接入各类传感器信号线，严格编码和调试，确保系统在紧急情况下仍然能够迅速准确报警并采取有效控制措施。火灾报警和可燃气体探测系统设计制造形成完整体系，无缝连接各部分，避免联动匹配问题导致的系统不稳定性和不可靠性，满足燃机机组对消防系统的严格要求。

（二）控制系统结构

全面考虑可燃气体检测装置、各类探测器等燃机消防控制系统所有关键部件，制定燃机消防系统设备评估计划。严格按照计划详尽检查设备外观、线路连通性及基本功能。对于可燃气体探测器、感烟探测器等能进行实际功能测试，验证其响应的准确性和时效性。在此过程中，详细记录每一设备的检查结果，分类发现的问题、评估问题严重程度，为后续设备更换提供重要依据，也为消防控制系统的持续优化和改进提供宝贵数据支持。

在检查评估中，部分设备因明显物理损伤、功能失效或与新系统不兼容而无法继续使用，要求工作人员依据评估检查结果，制定设备更换清单。确定更换清单后，迅速组织专业团队采购设备，动态性关注新设备是否满足系统性能和可靠性要求。严格按相关规范和说明安装与调试设备，保证每一个设备正确安装并接入系统，每一条线路正确连接并经过必要测试。安装完成后，还需科学调试设备，保证其正常工作，并与系统中其他设备协同配合［6］。

对燃机消防系统可燃气体检测装置进行分布式布置，旨在全方位监控燃机进气口、排气口和燃料系统等关键部位的可燃气体泄漏情况。依据燃机运行特点和泄漏风险等级，合理设置检测装置密度和位置，及时准确发现潜在泄漏隐患。为确保信号有效传递，采取分开布置策略，每个检测装置独立设置保护信号输出线路，避免信号干扰和误判，在泄漏发生时能迅速准确传递报警信号至消防控制系统。

选用光电耦合器和电磁隔离器等高抗干扰能力和稳定性的元器件，提升控制电路的可靠性。简化电路结构，减少不必要元器件和连接线路，降低故障发生概率。采用模块化设计思想，将控制电路划分为多个功能模块，便于故障排查和维修。强化电路保护措施，设置过流、过压、欠压保护机制，防止外部干扰或设备故障对电路造成损害。采用冗余设计思想，为主控电路配备备用电源和信号传输通道，确保紧急情况下正常工作。

（三）技术服务要求

在项目开始之前，明确工作环境、检测设备运行要求、火灾报警系统具体需求及适用的工业标准。全面评估现有的控制盘柜硬件状况、软件版本、系统性能等，判定升级改造的必要性与可行性，并识别潜在风险。基于评估结果和项目需求，制定详尽升级改造方案，涵盖硬件升级计划、软件更新策略、系统集成方案以及施工流程和时间安排。在制定方案时，充分考虑设备匹配性、系统稳定性和可靠性，将改造后的火灾报警和灭火系统打造成紧密协调的整体［7］。

更新硬件和软件是升级改造的关键环节。为保证装置运行可靠性，需按方案要求提供新型或升级后的硬件设备和软件系统，提升整个系统性能。在此过程中，技术人员应紧密协作，顺利推进升级工作。完成硬件升级和软件更新后，调试系统，帮助厂家实现各设备和系统间连接通信，促使整体功能达到预期。

四、燃机消防系统可燃气体检测装置优化改进后的效益

（一）破解误动与拒动难题，消防系统稳如磐石

燃气机组消防控制系统误动和拒动是长期困扰行业的难题，不稳定因素会导致机组运行中断，甚至引发安全事故。新型系统凭借先进的控制技术和算法，成功避免误动和拒动。其高灵敏度和准确性，能在可燃气体泄漏等紧急情况下迅速、准确响应，为消防系统的安全稳定运行提供坚实保障。

（二）告别误报警，提升机组运行效率

消防系统误报警会给机组带来停机损失，引发恐慌和混乱，影响工作人员身心健康。新型系统通过精确的气体浓度检测和智能分析，大幅降低误报警发生率。机组运行更高效，停机时间减少，机组更安全稳定，进一步提升机组整体运行效率。

（三）满足消防要求，完善燃气机组消防控制系统

燃气机组消防控制系统需与时俱进。新型系统采用模块化、热插拔式技术设计，紧跟国家消防标准更新步伐，使系统更符合国家要求，提升系统可靠性，为机组长期稳定运行奠定基础。符合国家标准设计，能增强机组对复杂环境和紧急情况的适应能力。

（四）模块化设计引领维护新风尚，省时省力更省心

可燃气体盘作为核心部件，其性能和维护便利性直接影响系统运行效果。采用模块化、热插拔式设计新型系统气体盘，在一定程度上提供高可靠性，简化维护工作。更换或维修模块时，无须停机或拆卸整个系统，简单插拔即可，节省维护时间和成本，提高工作效率。

（五）实时查看气体浓度，为安全保驾护航

为方便巡视人员实时了解机组周围可燃气体浓度，新型探测器自带4位高亮LED显示，使巡视人员无需额外检测设备，即可现场直接查看气体浓度。实时查看设计方案方便工作人员工作，提高安全隐患发现率。巡视人员能更准确判断机组安全状况，采取及时有效措施。

（六）创新智能标定工具，节省标定费用与时间

可燃气体探测器的定期标定是保证其准确性和可靠性的重要环节。传统标定方法费时费力，而新型探测器采用智能标定工具，提高了工作效率，降低运营成本。单人可快速完成标定工作，为燃气机组节省可观的费用和时间成本。这一创新技术为机组高效运行和成本控制提供有力支持。

结语

本文深入探讨燃机机岛可燃气体泄漏系统如何提升消防系统可靠性。针对现有技术缺陷优化控制策略并开发精准探测技术，显著提高响应速度、稳定性，降低误报率。通过系统改造，解决备件缺失、不稳定问题，采用模块化设计、智能标定工具，简化维护，节省费用和时间。这些改进能够巩固消防系统稳定性，提升机组效率，切实保障电力系统的消防安全。

参考文献

［1］

张立.反应堆压力容器顶盖贯穿件检测装置控制系统研究［D］.哈尔滨工程大学，2021.

［2］刘汗清.燃机控制系统网络故障原因分析及可靠性研究［J］.电力系统装备，2021（16）：62-63.

［3］李宁.三菱F4型燃机TCA系统的控制优化研究与应用［J］.电力系统装备，2023（05）：42-44.

［4］顾明恒，邹婷婷，项洁琼.透平叶片结构设计与振动特性网格无关性研究［J］.内燃机与配件，2021（11）：8-9.

［5］刘骅，程甫，於国良.西门子燃机可燃气体监控系统改造［J］.仪器仪表用户，2022，29（08）：5.

［6］童振翔，陈海文，黄月丽，等.基于9E燃机国产化控制系统的负荷间冷却风机控制逻辑优化［J］.自动化博览，2023，10（06）：72-75.

［7］张文彬，吴琼，宋文琦，等.气体灭火系统防护区气密性测试方法分析及试验研究［J］.消防科学与技术，2023，42（08）：1098-1102.