发电机氢系统氢气全参数集成在线监测系统的制作方法

本发明属于燃机电厂氢气在线监测技术领域，具体涉及一种气发电机氢系统氢气全参数集成在线监测系统，实现了氢气全参数（包括氢气纯度、湿度、氢中氧、漏氢、压力、压力开关报警、差压、补氢流量等）的高度集成化在线监测。

背景技术：

发电机氢气的监测对保障发电机安全稳定经济的运行有重要意义。《防止电力生产事故二十五项反措》2014版等相关标准对发电机氢气在线监测提出了明确的要求。尤其在2015年华能北京热电厂“3.13”氢爆事故后，又引起了各发电集团及电厂对发电机氢冷系统安全更高层面、更大程度的重视。

现在有的电厂安装的燃机发电机氢气在线监测系统，主要存在以下问题：

氢气参数监测分散。现系统的漏氢监测在6.9米层，其它参数在0米层，集成化程度不高。

主要仪表老化落伍，日常维护不便。系统主体仪表老化、测量精度和可靠性下降严重。设备投运至今已有十年，主体测量部件老化，且由于国内监测要求，该类型产品发展换代很快，原设备已基本淘汰，后期维护困难。其他部分的监测仪表，目前市场存量较小，备件较贵。还有其他仪表比如露点仪，产品质量下降，测量准确度降低，送检常有不合格现象。氢气流量计测量补氢流量不准确。因此精确度和可靠性难以保证，无法为发电机组的安全高效运行保驾护航。

监测不足且有安全隐患。根据新的反措要求和技术规范，需增加对机组氢冷器、油箱等区域的漏氢监测，并增加微氧仪，以避免机组漏氢爆炸和加强氢气品质监督。另外，原系统管路由于早期设计原因，导致系统复杂，设备老化降低了管路的密封性增加了管路系统的泄漏率，带来了氢气安全隐患。

系统操作维护复杂。监测系统流程管路纵横交错，操作复杂繁琐，不利于操作和维护。

系统无数据记录和曲线保留。现系统仅传送部分数据至机组dcs，数据保留和查询极为不变，新系统设立数据输出接口，传送至化学集中控制系统，方便对历史数据保留和查询，能为仪表故障和机组补氢、泄漏、压力波动等提供数据曲线和记录，有利于故障分析处理。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种便于操作、监测数值准确、安全可靠性强的发电机氢系统氢气全参数集成在线监测系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：发电机氢系统氢气全参数集成在线监测系统，包括机柜，机柜的柜体上设置有发电机风扇高压法兰接口、发电机风扇低压口法兰接口、发电机内部高点法兰接口、发电机内部低点法兰接口、尾气排空法兰接口、补氢气进气法兰接口和补氢气出气法兰接口，机柜内设置有过线端子盘、高压区监测管路、低压区监测管路、高点监测管路、低点监测管路、排空管路和补氢管路；高压区监测管路与发电机风扇高压法兰接口连接，低压区监测管路与发电机风扇低压口法兰接口连接，高点监测管路与发电机内部高点法兰接口连接，低点监测管路与发电机内部低点法兰接口连接，排空管路与尾气排空法兰接口连接，补氢管路的两端口分别与补氢气进气法兰接口和补氢气出气法兰接口连接；

过线端子盘上设置有供电电源接口、氢检漏信号输出接口、氢检漏探头输入接口、氢压高报警接口、氢压低报警接口、氢压过低报警接口、发电机内部气压监测接口、氢气湿度信号接口、氢气纯度信号接口、氢中氧信号接口和差压信号接口。

补氢管路上设置有质量流量计，质量流量计连接有流量显示器。

高压区监测管路和低压区监测管路之间并联有差压变送器、差压表和第一常闭阀门；差压变送器通过信号线与过线端子盘连接；

高压区监测管路上设置有第一常开阀门和第二常开阀门，第一常开阀门与发电机风扇高压法兰接口的距离小于第二常开阀门与发电机风扇高压法兰接口的距离；

低压区监测管路上设置有距离发电机风扇低压口法兰接口依次增大的第三常开阀门、第四常开阀门和第五常开阀门；

差压变送器位于第二常开阀门和第五常开阀门之间，差压表及第一常闭阀门与高压区监测管路的连接点均位于第一常开阀门和第二常开阀门之间，差压表及第一常闭阀门与低压区监测管路的连接点均位于第四常开阀门和第五常开阀门之间。

排空管路的一端与尾气排空法兰接口连接，低点监测管路的一端与发电机内部低点法兰接口连接，排空管路的另一端与低点监测管路的另一端连接；

低点监测管路和排空管路上沿发电机内部低点法兰接口到尾气排空法兰接口的方向依次设置有第二常闭阀门、第六常开阀门、过滤器、第七常开阀门、第三常闭阀门、纯度变送器、第一流量计和第四常闭阀门；纯度变送器连接有纯度显示器，低点监测管路上在第三常闭阀门和纯度变送器之间连接有压力变送器及用于控制气路通断压力变送器的第八常开阀门，纯度变送器、纯度显示器和压力变送器均通过信号线与过线端子盘连接；

高点监测管路的一端与发电机内部高点法兰接口连接，高点监测管路的另一端连接在第二常闭阀门和第六常开阀门之间的低点监测管路上，高点监测管路上设置有第五常闭阀门；

低点监测管路上在第七常开阀门和第三常闭阀门之间设置有取样口，取样口处设置有第六常闭阀门。

还包括氢中氧检测管路，氢中氧检测管路的一端连接在第一流量计和第四常闭阀门之间，氢中氧检测管路的另一端连接在尾气排空法兰接口和第四常闭阀门之间，氢中氧检测管路上由第一流量计到尾气排空法兰接口的方向依次设置有第七常闭阀门、第二流量计、第九常开阀门、减压器、第三流量计、氧变送器和第十常开阀门；

氢中氧检测管路在第二流量计和第九常开阀门之间的位置与低点监测管路在第七常开阀门和第三常闭阀门之间的位置连通；

氢中氧检测管路上在第九常开阀门和减压器之间设置有第一校准口，第一校准口处设置有第八常闭阀门；

氧变送器连接有氧显示器，氧变送器和氧显示器均通过信号线与过线端子盘连接。

第三常闭阀门并联有一条湿度监测管路，湿度监测管路上依次设置有第十一常开阀门、湿度变送器和第十二常开阀门，湿度变送器连接有湿度显示器，湿度变送器和湿度显示器均通过信号线与过线端子盘连接。

还包括校准管路，校准管路的一端连接在发电机风扇高压法兰接口与第一常开阀门之间的高压区监测管路上，校准管路的另一端设置第九常闭阀门，校准管路分别与第二常闭阀门和第六常开阀门之间的高点监测管路及低点监测管路连接；校准管路上在高压区监测管路和低点监测管路之间设置有第十三常开阀门。

还包括分别与排空管路和低压区监测管路连接的压力监测管路，压力监测管路与排空管路的连接处位于第一流量计和第四常闭阀门之间，压力监测管路与低压区监测管路的连接处位于第四常开阀门和第三常开阀门之间；压力监测管路上并联有第一压力监测支管路、第二压力监测支管路、第三压力监测支管路、第四压力监测支管路和排污管路，第一压力监测支管路上设置有第一压力开关和用于控制气路通断第一压力开关的第十四常开阀门，第二压力监测支管路上设置有第二压力开关和用于控制气路通断第二压力开关的第十五常开阀门，第三压力监测支管路上设置有第三压力开关和用于控制气路通断第三压力开关的第十六常开阀门，第四压力监测支管路上设置有压力表和用于控制气路通断压力表的第十七常开阀门，排污管路上设置有第十常闭阀门；排空管路和低压区监测管路连接之间的一段压力监测管路上设置有第十八常开阀门；

第一压力开关、第二压力开关和第三压力开关均通过信号线与过线端子盘连接。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、氢气全参数集成监测：集成了发电机氢系统的所有氢气参数（包括氢气纯度、湿度、氢中氧、漏氢、压力、压力开关报警、差压、补氢流量等），设备集成化程度高。

2、设备更新、维护方便：更换氢气变送器，精度高。更换压力变送器、差压变送器、压力开关，带显示，就地观测更直观。在机柜内增加行程开关控制防爆照明灯，便用日常巡检维护。

3、监测充足：根据新的反措要求和技术规范，本发明增加对机组氢冷器、主油箱等区域的漏氢监测，并增加氧变送器（微氧仪），避免机组漏氢爆炸并加强氢气品质监督。

4、系统操作简单易维护：监测系统流程管路规范，操作简单，且机柜表面设有设计流程图，有利于操作和维护。

5、数据上传化学集中控制室。不仅传送部分数据至机组dcs，还设立数据输出接口，将数据传送至化学集中控制系统，方便对历史数据保留和查询，能为仪表故障和机组补氢、泄漏、压力波动等提供数据曲线和记录，有利于故障分析处理。所有检测数据设计两路模拟输出一路送至dcs,另一路备用或送至环化集中控制系统。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的发电机氢系统氢气全参数集成在线监测系统，包括机柜1，机柜1的柜体上设置有发电机风扇高压法兰接口2、发电机风扇低压口法兰接口3、发电机内部高点法兰接口4、发电机内部低点法兰接口5、尾气排空法兰接口6、补氢气进气法兰接口7和补氢气出气法兰接口8，机柜1内设置有过线端子盘9、高压区监测管路10、低压区监测管路11、高点监测管路12、低点监测管路13、排空管路14和补氢管路15；高压区监测管路10与发电机风扇高压法兰接口2连接，低压区监测管路11与发电机风扇低压口法兰接口3连接，高点监测管路12与发电机内部高点法兰接口4连接，低点监测管路13与发电机内部低点法兰接口5连接，排空管路14与尾气排空法兰接口6连接，补氢管路15的两端口分别与补氢气进气法兰接口7和补氢气出气法兰接口8连接；

过线端子盘9上设置有漏氢显示器57、供电电源接口16、氢检漏信号输出接口17、氢检漏探头输入接口18、氢压高报警接口19、氢压低报警接口20、氢压过低报警接口21、发电机内部气压监测接口22、氢气湿度信号接口23、氢气纯度信号接口24、氢中氧信号接口25和差压信号接口26。

补氢管路15上设置有质量流量计27，质量流量计27连接有流量显示器28。

高压区监测管路10和低压区监测管路11之间并联有差压变送器29、差压表30和第一常闭阀门88；差压变送器29通过信号线与过线端子盘9连接；

高压区监测管路10上设置有第一常开阀门86和第二常开阀门97，第一常开阀门86与发电机风扇高压法兰接口2的距离小于第二常开阀门97与发电机风扇高压法兰接口2的距离；

低压区监测管路11上设置有距离发电机风扇低压口法兰接口3依次增大的第三常开阀门95、第四常开阀门87和第五常开阀门96；

差压变送器29位于第二常开阀门97和第五常开阀门96之间，差压表30及第一常闭阀门88与高压区监测管路10的连接点均位于第一常开阀门86和第二常开阀门97之间，差压表30及第一常闭阀门88与低压区监测管路11的连接点均位于第四常开阀门87和第五常开阀门96之间。

排空管路14的一端与尾气排空法兰接口6连接，低点监测管路13的一端与发电机内部低点法兰接口5连接，排空管路14的另一端与低点监测管路13的另一端连接；

低点监测管路13和排空管路14上沿发电机内部低点法兰接口5到尾气排空法兰接口6的方向依次设置有第二常闭阀门81、第六常开阀门103、过滤器58、第七常开阀门101、第三常闭阀门106、纯度变送器31、第一流量计32和第四常闭阀门102；纯度变送器31连接有纯度显示器33，低点监测管路13上在第三常闭阀门106和纯度变送器31之间连接有压力变送器34及用于控制气路通断压力变送器34的第八常开阀门107，纯度变送器31、纯度显示器33和压力变送器34均通过信号线与过线端子盘9连接；

高点监测管路12的一端与发电机内部高点法兰接口4连接，高点监测管路12的另一端连接在第二常闭阀门81和第六常开阀门103之间的低点监测管路13上，高点监测管路12上设置有第五常闭阀门80；

低点监测管路13上在第七常开阀门101和第三常闭阀门106之间设置有取样口35，取样口35处设置有第六常闭阀门100。

本发明还包括氢中氧检测管路36，氢中氧检测管路36的一端连接在第一流量计32和第四常闭阀门102之间，氢中氧检测管路36的另一端连接在尾气排空法兰接口6和第四常闭阀门102之间，氢中氧检测管路36上由第一流量计32到尾气排空法兰接口6的方向依次设置有第七常闭阀门82、第二流量计40、第九常开阀门83、减压器37、第三流量计38、氧变送器39和第十常开阀门94；

氢中氧检测管路36在第二流量计40和第九常开阀门83之间的位置与低点监测管路13在第七常开阀门101和第三常闭阀门106之间的位置连通；

氢中氧检测管路36上在第九常开阀门83和减压器37之间设置有第一校准口41，第一校准口41处设置有第八常闭阀门105；

氧变送器39连接有氧显示器42，氧变送器39和氧显示器42均通过信号线与过线端子盘9连接。

第三常闭阀门106并联有一条湿度监测管路43，湿度监测管路43上依次设置有第十一常开阀门108、湿度变送器44和第十二常开阀门109，湿度变送器44连接有湿度显示器45，湿度变送器44和湿度显示器45均通过信号线与过线端子盘9连接。

本发明还包括校准管路46，校准管路46的一端连接在发电机风扇高压法兰接口2与第一常开阀门86之间的高压区监测管路10上，校准管路46的另一端设置第九常闭阀门104，校准管路46分别与第二常闭阀门81和第六常开阀门103之间的高点监测管路12及低点监测管路13连接；校准管路46上在高压区监测管路10和低点监测管路13之间设置有第十三常开阀门84。

本发明还包括分别与排空管路14和低压区监测管路11连接的压力监测管路47，压力监测管路47与排空管路14的连接处位于第一流量计32和第四常闭阀门102之间，压力监测管路47与低压区监测管路11的连接处位于第四常开阀门87和第三常开阀门95之间；压力监测管路47上并联有第一压力监测支管路48、第二压力监测支管路49、第三压力监测支管路50、第四压力监测支管路51和排污管路52，第一压力监测支管路48上设置有第一压力开关53和用于控制气路通断第一压力开关53的第十四常开阀门89，第二压力监测支管路49上设置有第二压力开关54和用于控制气路通断第二压力开关54的第十五常开阀门90，第三压力监测支管路50上设置有第三压力开关55和用于控制气路通断第三压力开关55的第十六常开阀门91，第四压力监测支管路51上设置有压力表56和用于控制气路通断压力表56的第十七常开阀门92，排污管路52上设置有第十常闭阀门93；排空管路14和低压区监测管路11连接之间的一段压力监测管路47上设置有第十八常开阀门85；

第一压力开关53、第二压力开关54和第三压力开关55均通过信号线与过线端子盘9连接。

本发明在运行时的具体过程为：

1、启机前的检查

本发明在启动运行前务必保证系统管道的气密性.

在有危险气体环境中，设备严禁在带电情况下接线、及从事各功能仪表的开盖调试.

差压表30、差压变送器29、第一常闭阀门88务必打开，只有在高压区监测管路10、低压区监测管路11都导通情况下方可关闭第一常闭阀门，使差压表30工作，其他阀门处于关闭状态。

检查过程接头气路管路是否有松动和脱离,确保无泄露。

检查机柜1内器件是否脱落,丢失。

2、发电机启机气体置换的操作

当设备开始充二氧化碳置换空气时，从发电机内部高点法兰接口4取样(打开第五常闭阀门80、第六常开阀门103和第七常开阀门101，隔离湿度变送器44（关闭第十一常开阀门108、第十二常开阀门109，打开第三常闭阀门106），隔离氧变送器39(关闭第九常开阀门83和第十常开阀门94)，启动纯度变送器31（打开第四常闭阀门102，调整第一流量计32为0.5scfh），通过纯度显示器33观察二氧化碳浓度，二氧化碳气体排入排空管路14，直到合格。

当设备开始氢气置换二氧化碳时，从发电机内部低点法兰接口5取样(关闭第五常闭阀门80，打开第二常闭阀门81)，隔离湿度变送器44（关闭第十一常开阀门108、第十二常开阀门109，打开第三常闭阀门106），隔离氧变送器39(关闭第九常开阀门83和第十常开阀门94)，投入启动纯度变送器31（打开第四常闭阀门102，调整第一流量计32为0.5scfh），通过纯度显示器33观察氢气浓度，氢气排入排空管路14，直到合格。

当氢气纯度合格时，开始进行升压，压力达到额定氢压0.4兆帕。同时打开压力表56(打开第十七常开阀门92)、压力变送器34(打开第八常开阀门107)、第一压力开关53(打开第十四常开阀门89)、第二压力开关54(打开第十五常开阀门90)和第三压力开关55(打开第十六常开阀门91)，监测氢压变化。依然从发电机内部低点法兰接口5取样，排入排空管路14，来检测氢气纯度。

当发电机冲转达到额定转速3000转/分钟，此时高压区监测管路10和低压区监测管路11形成差压，此时投入差压表30(打开第五常开阀门96和第二常开阀门97)及差压变送器29(打开第一常开阀门86和第四常开阀门87，关闭第一常闭阀门88，监测差压。同时从发电机内部高点法兰接口4取样(关闭第二常闭阀门81，打开第十三常开阀门84)，投运纯度变送器31，湿度变送器44（打开第十一常开阀门108、第十二常开阀门109，关闭第三常闭阀门106），气体排入低压区监测管路11（关闭第四常闭阀门102，打开第十八常开阀门85），形成内循环监测(调整第一流量计32为0.5scfh），为在压运行。投运氧变送器39（打开第九常开阀门83和第十常开阀门94），氢中氧经减压阀，流量调节(调整第二流量计40为0.5scfh)后排入排空管路14，为排空测量。

设备正常投入运行时，可以打开第六常闭阀门100，通过取样口35进行取样化验，与在线表进行数据比对。

发电机正常运行时不可避免的形成氢压下降，需要补氢，此时投入流量显示器28监测质量流量计27，保证补氢过程流量可控。

同时漏氢显示器57在线实时监测发电机冷却器回水管，主油箱等是否漏氢。

这样就形成了氢气全参数集成在线监测系统。

3、发电机停机气体置换的操作

当发电机停机时，需退出差压监测（打开第一常闭阀门88）,关闭差压表30(关闭第五常开阀门96和第二常开阀门97)及差压变送器29(关闭第一常开阀门86和第四常开阀门87)。

退出氧变送器39（关闭第九常开阀门83和第十常开阀门94）。

当氢压下降到可以开始二氧化碳置换氢气时，从发电机内部高点法兰接口4(关闭第十三常开阀门84、第十八常开阀门85和第二常闭阀门81，打开第五常闭阀门80和第四常闭阀门102)，隔离湿度变送器44（关闭第十一常开阀门108、第十二常开阀门109，打开第三常闭阀门106）和隔离氧变送器39(关闭第九常开阀门83和第十常开阀门94)，投入启动纯度变送器31（打开第四常闭阀门102，调整第一流量计32为0.5scfh），通过纯度显示器33观察氢气浓度，氢气浓度呈下降趋势，气体排入排空管路14，直到合格。

当设备开始空气置换二氧化碳时，从发电机内部低点法兰接口5取样(关闭第五常闭阀门80，打开第二常闭阀门81)，隔离湿度变送器44（关闭第十一常开阀门108、第十二常开阀门109，打开第三常闭阀门106）和隔离氧变送器39(关闭第九常开阀门83和第十常开阀门94)，投入启动纯度变送器31（打开第四常闭阀门102，调整第一流量计32为0.5scfh），通过纯度显示器33观察空气浓度，观察空气浓度呈上升趋势，气体排入总排空管道，直到合格。

退出氢气压力监测，关闭压力表56(关闭第十七常开阀门92)、压力变送器34(关闭第八常开阀门107)、第一压力开关53(关闭第十四常开阀门89)、第二压力开关54(关闭第十五常开阀门90)和第三压力开关55(关闭第十六常开阀门91)。

关闭除了第一常闭阀门88以外的所有阀门。

发电机检修期间可以通过第九常闭阀门104对纯度进行标气校验，通过第八常闭阀门105对氢中氧进行标气校验。

退出漏氢显示器57的漏氢监测，关闭发电机冷却器回水管的进出口阀，主油箱测点的阀门。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。