消防氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)氣體管路泄漏的分析及處理

段昌威

摘 要：文章針對消防氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)調(diào)試階段氣體管路出現(xiàn)的泄漏問題，深入分析了可能導(dǎo)致氣體管路泄漏的各種原因，并提出了解決辦法，為后續(xù)調(diào)試、設(shè)計改造提供參考。

關(guān)鍵詞：氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)；泄漏；止回閥；空氣壓縮機(jī)

引言

消防氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)，以維持消防管網(wǎng)（+0.00m標(biāo)高處）壓力為13bar（abs），并提供火災(zāi)初期70S消防用水。在某項目建設(shè)中，由于氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)氣體管路多次出現(xiàn)泄漏，系統(tǒng)壓力難保證，影響項目安全。

1 氣體管路流程圖

氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)由2臺氣壓罐、2臺穩(wěn)壓水泵、2臺空氣壓縮機(jī)、控制設(shè)備和閥門管路等組成。穩(wěn)壓泵通過液位開關(guān)和壓力開關(guān)聯(lián)動控制啟停，空氣壓縮機(jī)通過壓力開關(guān)控制啟停，系統(tǒng)流程圖見圖1：

空氣壓縮機(jī)為系統(tǒng)提供壓縮空氣，空氣壓縮機(jī)的出力為15Nm3/h，壓力開關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)壓力，為空氣壓縮機(jī)提供啟停信號。

撓性軟管連接空氣壓縮機(jī)和管道。電磁閥排出空壓機(jī)運(yùn)行中的水及停機(jī)狀態(tài)下的殘氣，電磁閥為常開型，在空氣壓縮機(jī)運(yùn)行時關(guān)閉。止回閥確保空氣壓縮機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，下游氣體不逆流，并通過電磁閥排出。

2 氣體管路泄漏分析

結(jié)合氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)調(diào)試實踐，氣體管路泄漏主要表現(xiàn)在撓性軟管、止回閥處泄漏，故障分析如下：

2.1 空氣壓縮機(jī)長時間運(yùn)行，下游管路超溫，影響設(shè)備密封性

2.1.1 空氣壓縮機(jī)運(yùn)行時間長

空氣壓縮機(jī)設(shè)計僅作為系統(tǒng)補(bǔ)氣，不宜長時間運(yùn)行，不作為系統(tǒng)建立初壓的氣源，但氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)沒有外界氣源，系統(tǒng)啟動時，必須通過空氣壓縮機(jī)建立初壓。根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程PV=nRT（克拉伯龍方程），氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)置2臺容積75m3的穩(wěn)壓罐，其中水容積25m3，氣體50m3，系統(tǒng)初壓13bar（abs）。在系統(tǒng)建立初壓時，兩臺空壓機(jī)同時運(yùn)行，計算時間t為：t=PV/QP1，其中Q為空氣壓縮機(jī)出力。經(jīng)計算，兩臺空氣壓縮機(jī)需同時連續(xù)運(yùn)行40h，才能為兩臺穩(wěn)壓罐建立13bar（abs）初壓。在調(diào)試過程中，考慮空氣壓縮機(jī)效率、氣體泄漏等原因，空氣壓縮機(jī)需同時連續(xù)運(yùn)行2天多才能為系統(tǒng)建立初壓。

2.1.2 空氣壓縮機(jī)運(yùn)行，溫度很高

本系統(tǒng)采用2級活塞式空氣壓縮機(jī)，設(shè)計運(yùn)行壓力17.6bar（表壓），在空氣壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，空氣被壓縮，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，對于絕熱過程，熱力學(xué)系統(tǒng)始終不與外界交換熱量，即Q=0的過程，外界對熱力學(xué)系統(tǒng)做的功等于內(nèi)能的增加，空氣壓縮機(jī)出口溫度高。在調(diào)試過程中，空氣壓縮機(jī)出口溫度高達(dá)100℃。

2.1.3 高溫影響下游設(shè)備密封性

由于系統(tǒng)設(shè)計未考慮空氣壓縮機(jī)出口溫度的影響，撓性接管、止回閥等設(shè)備選型均按照常溫進(jìn)行選型。撓性軟管采用橡膠軟管，空氣壓縮機(jī)長期運(yùn)行，導(dǎo)致橡膠老化，出現(xiàn)軟管泄漏。止回閥采用升降式止回閥，通過彈簧提供密封預(yù)緊力，密封材料為EPDM（三元乙丙橡膠），空氣壓縮機(jī)長期運(yùn)行產(chǎn)生的高溫，導(dǎo)致橡膠老化，使止回閥泄漏。止回閥結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 止回閥結(jié)構(gòu)圖

在調(diào)試過程中，由于空氣壓縮機(jī)長時間運(yùn)行（連續(xù)運(yùn)行超過48h），下游管道溫度高，影響撓性軟管、止回閥密封性，導(dǎo)致設(shè)備泄漏。

2.2 空氣壓縮機(jī)潤滑油進(jìn)入空氣管路，影響止回閥密封性

空氣壓縮機(jī)為2級活塞式壓縮機(jī)，在運(yùn)行過程中，部分潤滑油隨空氣進(jìn)入下游管道，影響止回閥密封性。在調(diào)試過程中，檢查泄漏止回閥發(fā)現(xiàn)，止回閥沾污嚴(yán)重，閥瓣、彈簧處均有黑色潤滑油，閥瓣吸收潤滑油變形，彈簧卡澀不能關(guān)閉閥門，最終導(dǎo)致止回閥泄漏。

2.3 系統(tǒng)設(shè)置不合理，增加泄漏點

根據(jù)運(yùn)行規(guī)定，空氣壓縮機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，需要排除殘氣及運(yùn)行積水，本系統(tǒng)設(shè)置了電磁閥，電磁閥為常開型，空壓機(jī)運(yùn)行電磁閥關(guān)閉，空壓機(jī)停止電磁閥打開。

電磁閥為常開型，運(yùn)行中止回閥防止氣體逆流，在設(shè)計中，止回閥不作關(guān)斷閥，該電磁閥的設(shè)置增加了系統(tǒng)泄漏點。

在調(diào)試過程中，由于止回閥失效，導(dǎo)致JPD氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)內(nèi)空氣通過電磁閥排出。

3 解決辦法

3.1 優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，減小空氣壓縮機(jī)對下游影響

項目中有穩(wěn)定氣源，壓力為0.7～0.8MPa，通過該氣源為氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)建立初壓，使系統(tǒng)壓力達(dá)到8bar（abs）。再通過穩(wěn)壓泵為系統(tǒng)補(bǔ)水，穩(wěn)壓罐容積75m3，水容積25m3，當(dāng)?shù)竭_(dá)額定水位后，JPD氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)的壓力達(dá)到12bar（abs）。最后投入空氣壓縮機(jī)，通過空氣壓縮機(jī)使系統(tǒng)壓力達(dá)到13bar（abs）。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV/nT=R，經(jīng)計算兩臺空壓機(jī)同時投運(yùn)下，系統(tǒng)只需3.3h即可為系統(tǒng)建立初壓。經(jīng)改造后再進(jìn)行調(diào)試，空氣壓縮機(jī)只需運(yùn)行4h即可建立初壓，極大地縮短了空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行時間，縮短了氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)的調(diào)試時間，也確保了后續(xù)管路的密封性。

3.2 優(yōu)化設(shè)備選型，降低空氣壓縮機(jī)出口溫度

采用自帶空氣緩沖罐的壓縮機(jī)，空氣緩沖罐容積為150L，空氣壓縮機(jī)自帶止回閥和自動排氣閥，空壓機(jī)圖紙見圖3。

空氣壓縮機(jī)只有在氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)建立初始壓力時才是長期運(yùn)行，其余階段均為斷續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行時間不超過2h。通過設(shè)置空氣緩沖罐，一方面通過混合冷熱空氣方式，降低了空氣壓縮機(jī)出氣溫度，另一方面相當(dāng)于增設(shè)了一臺換熱器，也降低了空氣壓縮機(jī)出氣溫度。正常運(yùn)行中，通過空氣壓縮機(jī)自帶排氣閥排出活塞腔內(nèi)殘氣，通過緩沖罐自帶排水閥定期排出積水。取消電磁閥，避免將緩沖罐的空氣排空。對于150L的空氣緩沖罐，壓力達(dá)到13bar（abs），空氣壓縮機(jī)需運(yùn)行0.12h，將導(dǎo)致系統(tǒng)啟動滯后。

3.3 優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，提高下游設(shè)備耐高溫耐腐蝕性

空氣壓縮機(jī)出口溫度較高，且運(yùn)行中產(chǎn)生油污，撓性軟管、止回閥、截止閥等設(shè)備應(yīng)選用耐高溫、抗油污的設(shè)備。撓性軟管選用金屬軟管，以避免高溫下出現(xiàn)泄漏。止回閥、截止閥的閥瓣選用耐高溫、耐油污材料，以防止高溫、油污引起的閥瓣變形，建議選用密特隆材料。

4 結(jié)束語

文章介紹了氣壓給水穩(wěn)壓系統(tǒng)氣體管路泄漏問題的分析及解決辦法，在后續(xù)項目調(diào)試中若出現(xiàn)以上問題，可以參考文章進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化及設(shè)計改進(jìn)，可有效解決調(diào)試中的各類問題，確保系統(tǒng)可用；如參考文章進(jìn)行設(shè)計，可以減少系統(tǒng)設(shè)計的多樣化的風(fēng)險，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，減少后續(xù)運(yùn)行維護(hù)成本。

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