核电厂的压空系统运行与异常处理

核电厂的压空系统运行与异常处理

张从功

福建福清核电有限公司，福建 福清 350300

摘要：核电厂为实现其安全及生产功能设置了很多系统，而这些系统功能的实现则需要众多动力源的支持。这些动力源包括常规的电力、水、蒸汽等，还包括氢气、氮气、压缩空气等。在日常运行中，由于压空系统故障产生缺陷非常多，而其中有很多可能造成机组瞬态，甚至停机停堆。

关键词：核电厂；压空系统；异常处理

前言

核电厂压缩空气系统大部分地采用无油螺杆压缩机，具有供气可靠、技术成熟、空气洁净度高等优点。但由于天气、空气湿度大、管道材料选择、电源设计等原因，核电厂压缩空气系统在运行过程中遇到了许多新问题，本文研究对于其他运用压缩空气生产设备的场合具有借鉴和指导作用。

1 压空系统故障的危害

1.1 缩短设备寿命

当用气量波动大的极端情况出现时，空压机将频繁加、卸载，严重时甚至引起喘振，减少电磁换向阀、温控阀、压力控制单元和卸荷阀等零件的寿命。

1.2 能源浪费

为保障生产防止现场工艺波动，操作人员会根据经验判断开启一定裕量数量的空压机，冷却水及其他辅助系统未能随空压机负荷变化有效调节，存在供应过量现象。

1.3 响应滞后

无法实时掌握设备运行状态，存在设备长时间带故障运行现象以及预防性维护管理不及时等现象。

1.4 设备劣化的不确定性浪费

由于缺乏科学判断策略，在多台并联使用条件下的空压机群组不能够智能判断任意单台出气量和工况异常情况，对设备劣化状态无法界定，只能依靠单台设备完全损坏引发设备自身的报警判断，导致高昂的维修成本。

2 空压机系统缺陷原因分析

①环境湿度大；②空压机出口管道与母管的连接形式错误；③二级转子排气温；④压力参数设定错误；⑤失去控制电；⑥上位机系统失电；⑦冷却水水质差。

3 异常排除措施

3.1 针对环境湿度大因素的确认

根据核电厂要求压空厂房内的相对湿度小于79%。收集压空厂房内空气相对湿度数据，最高70%满足要求，所以排除环境湿度大这个因素。

3.2 针对空压机出口管与母管的连接形式错误因素的确认

根据厂家提供的《空压机安装说明》，空压机压缩空气出口管与母管的连接形式为倒U形，目的是防止由于压缩空气温度高且湿度大在母管中容易冷凝后形成凝结水经过此管道倒流回空压机内部，导致转子生锈、损坏等情况。然而厂房安装连接型式为T形连接。经统计，在43次空压机故障中有8次是由于冷凝水回流造成的，因此确认其为主要因素。

3.3 对二级转子排气温度超标的确认

根据厂家提供的说明书可知，在使用过程中，二级排气温度应控制在140~175℃，过高容易导致设备损坏。根据现场巡检记录，二级排热温度最高179℃（一般在170℃左右），在一年时间内空压机的二级排气温度在说明书规定的范围内，所以可以排除该影响因素。

3.4 针对参数设定错误的确认

根据《空压机使用说明》第9.7节要求，压空出口压力在4~10.5bar（0.40~1.05MPa）。经过现场查看空压机的设定参数为6.0~7.8Bar（0.60~0.78MPa）。因此空压机加载和卸载的压力在正常的运行范围内，空压机运行正常，故可以排除空压机参数错误的因素。

3.5 针对失去控制电的因素确认

目前控制电源分别来自A列380V应急母线1、A列380V应急母线2，而这两个母线的上游电源都是来自6kV公共电源，这样不能达到防止共模故障的目的。且在统计周期的12个月内，由于失去6kV公共电源而停运空压机的次数大于两次，因此控制电的接线方式是导致空压机停运的主要因素。

3.6 针对上位机系统失电因素的确认

为验证失去上位机后不影响空压机工作且母管压力满足系统工艺要求（0.68~1.00MPa（g.）），做了3次试验（间隔时间为3d）。在压空系统远程自动运行时，手动断开上位机供电电源（包括不间断电源UPS），观察现象和记录压空母管的出口压力。试验显示，上位机虽然失去对空压机等辅助设备的参数监控，但不影响空压机及辅助设备的正常运行，依然可以保证用户的正常用气且参数满足要求。

3.7 针对冷却水水质差的影响因素的确认

《ZR110-275型空气压缩机使用说明书》中规定，冷却水补水的莱氏指数RSI应在5.6~7.5、pH在6.8~8.5。莱氏指数是一个用来预测水会使其中的碳酸钙溶解还是沉淀的参数，RSI=2×pHs-pH，pHs=（9.3+A+B）-（C+D）。其中，A、B、C和D可以根据浊度、温度、钙硬度、碱度等参数在说明书中得出。根据冷却水化验结果，莱氏指数RSI=4.5、不满足要求，因此确认冷却水质差为主要因素。

4 异常防治措施

4.1 调整定期工作频次

针对近期冷干机换热器堵塞造成冷干机处理不足缺陷，将换热器每半年进行一次清理反冲洗调整为每三个月一次，确保换热器不堵塞，防止冷干机出力不足。

4.2 压力控制信号选取

前面分析干燥器再生塔再生泄压时排气是主要压缩气的浪费因素，还有疏水电磁阀在压缩机加载、卸载时也会产生排气，这两种工况造成压缩机到止回阀之间的管道在很短的时间内压力下降，压缩机出口压力检测到压力下降到加载压力值时加载，此时储气罐内压力很高，短时间升至卸载压力，这样的情况导致空压机出现频繁加卸载现象。

提出如方案A：将信号取压点从压缩机出口改到储气罐后，通过实际需求气量来控制压缩机加载和卸载，为防止止回阀前端流程堵塞而导致的无法停机现象，采用前后双压变控制调节空压机加卸载。

4.3 润滑油系统监测

润滑油是设备运行的血液，根据有关方面数据统计，75%的设备故障是由于润滑不良引起的。空压机组润滑油系统运行稳定。当压缩机副轴振动跳跃时，油温、油压、滤油器压差等参数与正常记录的参数相比不发生变化，从而保证空压机长期稳定运行。公司制定了相应的润滑油管理制度和规章制度。空压机润滑油样品每6个月送GTI分析一次，运动粘度、总酸值、水分、湿度等重要参数对抗乳化性和漆膜价值进行了分析和归档。

今年我们联系润滑油清洗厂家，用油过滤器对空压机的润滑油进行清洗、过滤，然后将GTI进行检测和分析。从分析数据可以看出，压缩机润滑油各项指标均正常。

4.4 后端流程优化

提出方案B：单向阀后增加电磁阀。在干燥器和储气罐之间的止回阀处用电磁阀跨接，用储气罐内的压力来补充干燥器和压缩机排水、再生干燥时持续消耗的压缩空气。注：该电磁阀应为失电关闭，以保证在失电后储气罐内的压缩气从该电磁阀处排出。

提出方案C：减小干燥塔排气量。在再生阶段对湿的干燥剂颗粒进行干燥。通过放空阀为塔降压。一小部分干燥空气通过节流孔板流向单向阀，通往需要再生的塔。该部分空气在大气压力下膨胀，向下流经干燥剂颗粒，再生空气通过排气阀和消音器释放。可以尝试更换排放量更小的排气阀，在调整干燥塔排气量的同时必须保证干燥塔再生气的干燥能力不受影响，建议调整后进行水露点测试保证干燥气质量。

5 结束语

项目成功试运行，有效解决了空压机系统能效检测、实时检测、节能评价等一系列现场测试问题，有利于节能改造评价和空压机技术推广，推进社会节能降耗。

参考文献：

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