一种测量燃气轮机排气甲烷含量的装置的制作方法

1.本发明涉及燃气轮机气体测量装置领域，尤其涉及一种测量燃气轮机排气甲烷含量的装置。


背景技术：

2.燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机在运行时，将进入燃烧室的空气与天然气混合后燃烧，燃烧后形成的高温高压气体进入透平中膨胀做功，做完功后的高温气体经燃气轮机排气段排出。但燃气轮机的排气成分可能存在燃烧不充分的甲烷，而甲烷与氧气形成一定比例的混合气如果达到爆炸极限，在燃机点火时，可能会发生燃烧或爆炸。
3.在现有技术中，通常采用在燃气轮机点火前进行高速盘车吹扫的方式排出燃气轮机排气段残留的尾气，防止燃气轮机点火时，残留在燃气轮机排气段的甲烷浓度达到爆炸极限，给燃气轮机带来安全隐患。但这种通过一定时间的高速盘车吹扫降低排气段甲烷含量的方式，因吹扫的时间是通过燃气通道的自由容积确定的，导致仍然无法确认燃气轮机排气段的甲烷具体含量数值，因而在燃气轮机点火时仍然存在一定的风险。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供了一种测量燃气轮机排气甲烷含量的装置，本发明能够获得燃气轮机排气甲烷含量的具体数值，从而利用该数值判断燃气轮机是否具备点火条件，为燃气轮机安全运行提供可靠的数据支撑。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种测量燃气轮机排气甲烷含量的装置，其特征在于：包括控制系统、排气测量通路、空气测量支路和在线标定测量支路，其中，所述排气测量通路包括依次连接的排气段气体入口、除水过滤器、燃气排气防爆流量开关、过滤组件、流量调节组件、真空泵、传感器和放空出口；所述空气测量支路包括空气入口、空气流量防爆开关和切换电磁阀，空气流量防爆开关的一端与空气入口连接，另一端通过切换电磁阀连接在燃气排气防爆流量开关与过滤组件之间；所述在线标定测量支路包括标定气瓶、标定减压阀和标定电磁阀，标定气瓶通过标定电磁阀连接在过滤组件与流量调节组件之间，标定减压阀设置在标定气瓶与标定电磁阀之间；所述控制系统分别与燃气排气防爆流量开关、空气流量防爆开关、切换电磁阀、标定电磁阀、真空泵和传感器连接，控制系统用于接收燃气排气防爆流量开关、空气流量防爆开关和传感器的信号，并用于对切换电磁阀、标定电磁阀、真空泵和传感器进行控制。
6.所述的装置中，在燃气轮机点火之前，控制系统控制切换电磁阀和标定电磁阀使
排气测量通路连通，实现燃气轮机排气甲烷含量的测量；在燃气轮机点火之后，控制系统控制切换电磁阀和标定电磁阀使空气入口与放空出口连通，实现空气含量的测量；在燃气轮机点火之后或机组处于停机状态时，控制系统控制切换电磁阀和标定电磁阀使标定气瓶与放空出口连通，实现标定气体的测量。
7.所述控制系统包括模拟量输入接口、数字量输入接口一、数字量输入接口二、数字量输入接口三、数字量输入接口四、数字量输入接口五、数字量输出接口一、数字量输出接口二、数字量输出接口三和数字量输出接口四，其中，模拟量输入接口用于接收传感器测量的甲烷含量信号，数字量输入接口一用于接收传感器发出的报警信号，数字量输入接口二用于接收传感器发出的故障信号，数字量输出接口四用于向传感器发送标定指令，数字量输入接口三用于接收传感器发出的标定中信号，数字量输入接口四用于接收空气流量防爆开关的触发信号，数字量输入接口五用于接收燃气排气防爆流量开关的触发信号，数字量输出接口一用于控制切换电磁阀动作，数字量输出接口二用于控制标定电磁阀动作，数字量输出接口三用于控制真空泵和传感器的启停。
8.所述的模拟量输入接口与传感器之间设置有模拟量信号安全栅，所述的数字量输入接口一、数字量输入接口二、数字量输入接口三与传感器之间均设置有数字量输入安全栅，所述的数字量输出接口四与传感器之间设置有数字量输出安全栅。
9.所述过滤组件包括氧化硫过滤器和颗粒物过滤器，氧化硫过滤器和颗粒物过滤器依次连接在燃气排气防爆流量开关与流量调节组件之间。
10.所述流量调节组件包括流量调节阀和流量指示计，流量调节阀和流量指示计依次连接在过滤组件与真空泵之间。
11.所述除水过滤器通过管道外接疏水口，管道上设有疏水手动阀。
12.所述的装置具有柜体，排气测量通路、空气测量支路和在线标定测量支路均固定在柜体内。
13.所述柜体内设置有加热器和用于控制加热器的加热开关。
14.采用本发明的优点在于：1、本发明所述的测量装置包括控制系统、排气测量通路、空气测量支路和在线标定测量支路。其中，通过控制系统与排气测量通路配合能够获得燃气轮机排气甲烷含量的具体数值，从而利用该数值判断燃气轮机是否具备点火条件，为燃气轮机安全运行提供可靠的数据支撑。通过在线标定测量支路能够对装置的测量进行校准，保证测量结果的准确性。通过空气测量支路能够在完成排气测量后转为空气测量，避免装置中各部件因频繁启停而损坏。
15.2、本发明配置了切换电磁阀，通过切换电磁阀，实现了点火前通过排气测量通路从燃气轮机排气抽取气体测量，点火后切换至空气测量支路进行空气测量，有利于延长传感器的使用寿命。
16.3本发明设置的切换电磁阀和标定电磁阀采用偏安全设计，长期非带电状态，有利于延长电磁阀寿命。
17.4、本发明在排气测量通路和空气测量支路中分别设置了流量开关，切换电磁阀动作后，能够通过流量开关判断是否切换成功。通过该增加确认条件，提高了装置的可靠性。
18.5、本发明在排气测量通路中设置了除水过滤器、氧化硫过滤器和颗粒物过滤器，
通过这些过滤器能够过滤掉气体中的杂质，有利于提高传感器测量精度。
19.6、本发明中的切换电磁阀、在线标定电磁阀、真空泵和传感器均由控制系统控制，使得整个装置的自动化程度更高。
20.7、本发明在信号与控制系统之间配置隔离安全栅，装置安全系数更高。
21.8、本发明增加了加热器，使得装置能够适用于寒冷地区使用，提高了装置的使用范围。
附图说明
22.图1本发明的原理图。
23.图中标记为：1、除水过滤器，2、燃气排气防爆流量开关，3、空气流量防爆开关，4、切换电磁阀，5、氧化硫过滤器，6、颗粒物过滤器，7、标定电磁阀，8、流量调节阀，9、流量指示计，10、真空泵，11、传感器，12、模拟量信号安全栅，13、数字量输入安全栅，14、数字量输出安全栅，15、加热器，16、加热开关，17、标定减压阀，18、标定气瓶，19、燃气轮机，20、模拟量输入接口，21、数字量输入接口一，22、数字量输入接口二，23、数字量输入接口三，24、数字量输出接口四，25、数字量输入接口四，26、数字量输入接口五，27、数字量输出接口一，28、数字量输出接口二，29、数字量输出接口三，30、疏水手动阀。
具体实施方式
24.实施例1本发明公开了一种测量装置，用于测量燃气轮机19排气段气体中的甲烷含量，具体包括控制系统、排气测量通路、空气测量支路和在线标定测量支路。本发明在实际使用时仅需要在燃气轮机19点火前进行测量，确保燃机点火时，燃气轮机19排气段无残留的甲烷，甲烷测量值是燃气轮机19是否进行点火的重要判据，以便于保障机组安全运行。其中，排气测量通路用于在燃气轮机19点火之前对排气进行测量。而在燃气轮机19点火之后，因燃气轮机19的排气段为高温气体，传感器11无法承受，因此需将排气测量通路切换至空气测量支路，同时避免传感器11等组成频繁启停。而在燃气轮机19点火之后或机组处于停机状态有可能导致测量结果不准确时，需要切换为在线标定测量支路重新标定，以便于提高测量精度。具体的，各组成的结构、位置及连接关系如下：所述排气测量通路仅在燃气轮机19点火前进行连通，其包括排气段气体入口、除水过滤器1、燃气排气防爆流量开关2、过滤组件、流量调节组件、真空泵10、传感器11和放空出口，排气段气体入口、除水过滤器1、燃气排气防爆流量开关2、过滤组件、流量调节组件、真空泵10、传感器11和放空出口依次连接，排气段气体入口通过设置在燃气轮机19上的排气取样接口获取燃气轮机19排出的气体。其中，除水过滤器1和过滤组件用于过滤气体中的杂质和水分，以提高传感器11的测量精度和延长传感器11的使用寿命。除水过滤器1通过管道外接疏水口，管道上设有疏水手动阀30，根据除水过滤器1的观察窗口，维护期打开疏水手动阀30疏水，疏水完成后，关闭疏水手动阀30。流量调节组件用于调节进行传感器11的样气流量，真空泵10实现样气的传送。传感器11将甲烷含量、报警、故障等信号发送给控制系统。
25.进一步的，所述过滤组件包括氧化硫过滤器5和颗粒物过滤器6，氧化硫过滤器5和
颗粒物过滤器6依次连接在燃气排气防爆流量开关2与流量调节组件之间。当气体依次经过氧化硫过滤器5和颗粒物过滤器6时，气体中的氧化硫和颗粒物将被去除。
26.进一步的，所述流量调节组件包括流量调节阀8和流量指示计9，流量调节阀8和流量指示计9依次连接在过滤组件与真空泵10之间，两者配合用于调整进入传感器11的样气流量，以便于对样气进行准确测量。
27.所述空气测量支路仅在燃气轮机19点火之后进行连通，其包括空气入口、空气流量防爆开关3和切换电磁阀4，空气流量防爆开关3的一端与空气入口连接，另一端通过切换电磁阀4连接在燃气排气防爆流量开关2与过滤组件之间。其中，在燃气轮机19点火之前测量排气中的甲烷含量时，在切换电磁阀4的作用下，排气测量通路中的燃气排气防爆流量开关2与过滤组件相通，而空气入口与过滤组件不相通。在燃气轮机19点火之后，需通过切换电磁阀4将排气测量通路切换至空气测量支路。切换后，空气入口与过滤组件相通，而燃气排气防爆流量开关2与过滤组件不相通。
28.进一步的，通过燃气排气防爆流量开关2和空气流量防爆开关3配合，能够判断切换电磁阀4是否切换成功，以避免出现因切换不成功而导致设备损坏的问题。
29.所述在线标定测量支路包括标定气瓶18、标定减压阀17和标定电磁阀7，标定气瓶18通过标定电磁阀7连接在过滤组件与流量调节组件之间，标定减压阀17设置在标定气瓶18与标定电磁阀7之间。在需要标定时控制系统将指令发送给传感器11，传感器11在标定时将标定进行中的信号反馈给控制系统。其中，在燃气轮机19点火之前测量排气中的甲烷含量时，在标定电磁阀7的作用下，排气测量通路中的流量调节组件与过滤组件相通，而流量调节组件与标定气瓶18不相通。在燃气轮机19点火之后或机组处于停机状态需要进行标定时，需通过标定电磁阀7将排气测量通路切换至在线标定测量支路，切换后，流量调节组件与标定气瓶18相通，而流量调节组件与过滤组件不相通。
30.所述控制系统分别与燃气排气防爆流量开关2、空气流量防爆开关3、切换电磁阀4、标定电磁阀7、真空泵10和传感器11连接，控制系统用于接收燃气排气防爆流量开关2、空气流量防爆开关3和传感器11的信号，并用于对切换电磁阀4、标定电磁阀7、真空泵10和传感器11进行控制。
31.本发明在燃气轮机19点火之前，控制系统控制切换电磁阀4和标定电磁阀7使排气测量通路连通，实现燃气轮机19排气甲烷含量的测量。在燃气轮机19点火之后，控制系统控制切换电磁阀4和标定电磁阀7使空气入口与放空出口连通，实现空气含量的测量。在燃气轮机19点火之后或机组处于停机状态时，控制系统控制切换电磁阀4和标定电磁阀7使标定气瓶18与放空出口连通，实现标定气体的测量。
32.所述控制系统共用燃气轮机19的控制系统，其包括模拟量输入接口20、数字量输入接口一21、数字量输入接口二22、数字量输入接口三23、数字量输入接口四25、数字量输入接口五26、数字量输出接口一27、数字量输出接口二28、数字量输出接口三29和数字量输出接口四24。其中，模拟量输入接口20用于接收传感器11测量的甲烷含量信号，数字量输入接口一21用于接收传感器11发出的报警信号，数字量输入接口二22用于接收传感器11发出的故障信号，数字量输出接口四24用于向传感器11发送标定指令，数字量输入接口三23用于接收传感器11发出的标定中信号，数字量输入接口四25用于接收空气流量防爆开关3的触发信号，数字量输入接口五26用于接收燃气排气防爆流量开关2的触发信号，数字量输出
接口一27用于控制切换电磁阀4动作，数字量输出接口二28用于控制标定电磁阀7动作，数字量输出接口三29用于控制真空泵10和传感器11的启停。
33.进一步的，所述的模拟量输入接口20与传感器11之间设置有模拟量信号安全栅12，所述的数字量输入接口一21、数字量输入接口二22、数字量输入接口三23与传感器11之间均设置有数字量输入安全栅13，所述的数字量输出接口四24与传感器11之间设置有数字量输出安全栅14。
34.本发明中，所述的燃气排气防爆流量开关2、空气流量防爆开关3、切换电磁阀4、标定电磁阀7、真空泵10和传感器11均采用防爆产品；切换电磁阀4、标定电磁阀7、真空泵10和传感器11的电源采用冗余24vdc，由控制系统控制，整个测量装置安全稳定，自动化程度高。
35.本发明的实施原理为：如图1所示，在燃气轮机19排气段开取样接口，通过仪表管连接测量装置，装置设置排气段气体入口、空气入口、疏水口和测量后的气体放空出口。
36.在燃气轮机19点火之前进行测量燃气轮机19排气段气体时：疏水手动阀30关闭，控制系统通过数字量输出接口一27使切换电磁阀4带电，切换电磁阀4中的b、c端口导通。控制系统通过数字量输出接口二28使标定电磁阀7失电，标定电磁阀7中的a、b端口导通。控制系统通过数字量输出接口三29使真空泵10开始运转，使传感器11开始工作。燃气轮机19排气段气体在真空泵10的作用下通过除水过滤器1进行除水，当有流量通过燃气排气防爆流量开关2时，燃气排气防爆流量开关2触发信号，控制系统通过数字量输入接口五26接收到此信号使获知当前处于燃气轮机19排气测量，表示切换电磁阀4动作正常。排气气体经过氧化硫过滤器5和颗粒物过滤器6过滤除去氧化硫和颗粒物后，依次经标定电磁阀7、手动调节阀、流量指示计9和真空泵10后进入传感器11，传感器11测量完后，由装置放空出口排出。通过调整手动调节阀和流量指示计9的数值，调整传感器11需要的合适流量。传感器11分析燃气轮机19排气相关数据将甲烷含量、报警、故障信号后，分别通过模拟量输入接口20、数字量输入接口一21和数字量输入接口二22送入控制系统。控制系统将甲烷含量、报警作为燃气轮机19是否点火的判断条件，将故障作为传感器11是否正常工作的判断条件。
37.在燃气轮机19点火之后切换至测量空气时：控制系统通过数字量输出接口一27使切换电磁阀4失电，切换电磁阀4的a、b端口导通。控制系统通过数字量输出接口二28使标定电磁7持续失电，保持a、b端口导通。控制系统通过数字量输出接口三29使真空泵10和传感器11持续运转。当有流量通过时，空气流量防爆开关3触发信号，控制系统收到此信号便获知当前处于空气测量，表示切换电磁阀4动作正常，切换成功。空气在真空泵10作用下依次经过氧化硫过滤器5、颗粒物过滤器6、标定电磁阀7、手动调节阀、流量指示计9和真空泵10后进入传感器11，经传感器11测量完后，由装置放空出口排出。传感器11分析空气中相关数据将甲烷含量、报警、故障信号送入控制系统。控制系统将甲烷含量、报警、故障作为传感器11是否正常工作的判断条件，这些信号作为设备维护使用。
38.在线标定处于燃气轮机19点火后或机组处于停机状态切换至在线标定时：标定气体储存在标定气瓶18中，通过标定减压阀17设置合适的标定压力。标定时，切换电磁阀4处于失电状态，切换电磁阀4中a、b端口导通。控制系统通过数字量输出接口二28使标定电磁阀7带电，b、c端口导通，空气流量防爆开关3和燃气排气防爆流量开关2均不触发信号，控制系统通过数字量输入接口四25和数字量输入接口五26均未收到此信号，作为处于标定模式
的判断条件。控制系统使真空泵10和传感器11持续运转。控制系统通过数字量输出接口四24给传感器11发送“标定”指令，传感器11开始标定，并且发送“标定中”给控制系统。传感器11的测量结果甲烷含量与标定气体参数一致，则标定完成。系统首次运行时需要标定，之后根据运行情况定期标定，标定气体通过传感器11后经放空出口排出。
39.实施例2本实施例与实施例1基本相同，主要区别在于：所述的装置具有柜体，排气测量通路、空气测量支路和在线标定测量支路均固定在柜体内。另外，为了便于本发明能够适用于寒冷地区，在柜体内还设置有加热器15和加热开关16。加热器15的电源为220vac，通过加热开关16控制。加热器15的温度可调，通过加热器15能够对柜内空间进行加热，防止装置因寒冷而无法正常工作。
40.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。