空壓機頻繁加卸載原因分析及糾正措施

郭 超

（江蘇核電有限公司維修一處,江蘇連云港 222042）

1 基本情況

田灣核電站一期建設(shè)2臺俄羅斯 AES-91型壓水堆核電機組，裝機容量2×106萬kW。電廠建有獨立的空氣壓縮機站（01USC），向電站各個廠房供應(yīng)維修用壓縮空氣、部分閥門的開關(guān)供氣以及核反應(yīng)堆安全殼定期密封試驗供氣。空壓站由5臺ZR型無油螺桿式空氣壓縮機及附屬組合式低露點型干燥器、空氣儲罐、系統(tǒng)管道附件等設(shè)備組成。

2 故障現(xiàn)象及處理

北BOP空壓站3號空氣壓縮機自2016年6月以來頻繁出現(xiàn)加卸載現(xiàn)象，空壓機本體在多次維修保養(yǎng)中沒發(fā)現(xiàn)異常情況。根據(jù)長時間觀察，懷疑與空壓機配套的3號干燥器吸附塔入口帶先導(dǎo)閥的氣動閥故障，導(dǎo)致空壓機的頻繁加卸載。檢查發(fā)現(xiàn)干燥器氣動閥先導(dǎo)閥排氣消聲器堵塞，拆除消聲器并清洗后回裝，重新啟動壓縮機，頻繁加卸載現(xiàn)象消失。

3 原因分析

田灣核電站有5臺ZR型無油螺桿空氣壓縮機，分別與5臺RSCS型干燥器配合工作向5個空氣儲罐供氣。編號1#～5#，其中3#壓縮機（ZR-250型）多次發(fā)生頻繁加卸載故障。

（1）壓縮機的加載和卸載控制邏輯。當壓力上升時，滿足管網(wǎng)壓力達到上限或本機壓力達上限兩者之間任一條件，則壓縮機卸載（母管壓力先到上限，上位機控制卸載，本機達到上限，本機可編程控制器控制卸載），但卸載完成后的第一次加載參數(shù)值取決于先達到上限的這組數(shù)據(jù)（如PLC控制卸載，則第一次加載必須由可編程控制器控制），下一個循環(huán)的卸載值仍取先到一組數(shù)據(jù)。

（2）正常工況。壓縮機的加載和卸載由母管壓力控制，即空氣母管壓力在（0.68～0.75）MPa間波動，發(fā)生異常情況時可能觸發(fā)壓縮機本機的卸載值，一旦觸發(fā)該值很容易引起壓縮機頻繁加卸載。

（3）壓縮機頻繁加卸載過程。頻繁加卸載的第一個過程：壓縮機壓力0.88 MPa左右（此時管網(wǎng)壓力＜0.75 MPa）時，干燥塔A，B塔進行切換（A，B塔切換頻次為每5 min 1次，由干燥器控制，和壓縮機無關(guān)），由于干燥器故障，切換過程中有一段時間內(nèi)2個塔的進口閥門都處于關(guān)閉狀態(tài)，導(dǎo)致壓縮機出口壓力瞬間上升并觸發(fā)壓力上限，PLC控制壓縮機卸載。頻繁加卸載的第二個過程：通過上面的分析可知，當壓縮機出口壓力達上限觸發(fā)卸載時，下一次加載必須由壓縮機出口壓力下限值控制。當出口壓力低于壓縮機加載值時，壓縮機加載。由于壓縮機和干燥器之間管線短而壓縮機出力較大（Q=2304 m3/h），在加載的前幾秒內(nèi)，出口壓力會迅速增加（試驗證明最快迅速增加了0.45 MPa左右，然后供入管網(wǎng)，壓力緩慢增加），很容易導(dǎo)致壓縮機出口壓力增加到壓縮機卸載值時，管網(wǎng)的壓力還沒有增加到0.75 MPa，再次觸發(fā)壓縮機卸載上限值，PLC再次控制壓縮機卸載。同理，壓縮機頻繁加卸載的第三個到第N個過程，重復(fù)第一個和第二個過程。

通過上述的分析可知，直接或間接導(dǎo)致壓縮機頻繁加卸載的原因：①壓縮機加載過程中，出口壓力瞬間上升；②壓縮機卸載壓力設(shè)置較低；③壓縮機加載壓力設(shè)定較高且和卸載壓力之間差值較小。

為找出壓縮機頻繁加卸載的具體原因，對產(chǎn)生頻繁加卸載的3個條件逐條分析，認為由于干燥器A，B塔進口氣動閥開關(guān)時間過長導(dǎo)致壓縮機出口壓力瞬間上升。氣動閥的結(jié)構(gòu)、控制原理如圖1所示。

干燥器吸附塔進口氣動閥控制原理：當五位二通閥通電狀態(tài)時，其閥門活塞右移到圖1狀態(tài)，母管的氣源從1處進入，通過4再進入氣動執(zhí)行機構(gòu)B孔，然后進入2個活塞中間，2個活塞向兩邊移動帶動齒輪逆時針旋轉(zhuǎn)，齒輪帶動氣動閥門的閥桿旋轉(zhuǎn)打開氣門，排氣從活塞兩邊通過A孔進入五位二通閥2處，再從3處到消聲器最后排到大氣中（反之，五位二通閥斷電時氣動閥門關(guān)閉）。

故障現(xiàn)象：干燥器A，B塔進口氣動閥開關(guān)時間過長，3號干燥器吸附塔入口2個氣動閥開關(guān)時間長達12 s（正常開關(guān)時間＜2 s）

故障原因：消聲器堵塞造成排氣無法及時排出，排氣速度非常緩慢，氣動閥執(zhí)行機構(gòu)活塞兩邊的壓差較小，導(dǎo)致活塞向兩邊活動速度緩慢，被齒輪帶動的截止閥關(guān)閉速度較慢。

處理措施：拆除五位二通閥門的2個消聲器后，發(fā)現(xiàn)氣動閥門開關(guān)時間迅速下降到1 s。將消聲器酸洗并用壓縮空氣吹掃后安裝，氣動閥開關(guān)時間為1.5 s。其次，對壓縮機本機卸載壓力設(shè)置較低進行分析和處理，經(jīng)現(xiàn)場檢查各個壓縮機的加、卸載設(shè)定值不同，見表1。

圖1 氣動閥控制原理

表1 修前5臺壓縮機出口壓力和管網(wǎng)壓力的加卸載參數(shù)

從表1可以看出，3號壓縮機本機的卸載壓力比其他幾個通道略低，壓縮機加載時，如果干燥器故障導(dǎo)致壓縮機出口壓力瞬間上升，該壓縮機更容易觸發(fā)壓縮機本機的卸載值，由此可知3號壓縮機本機卸載值較低是頻繁加、卸載的因素之一。壓縮機本機卸載值越高越不容易引發(fā)頻繁加、卸載，但通過和廠方專家溝通得知，卸載值太高容易導(dǎo)致壓縮機超壓損壞，通過對幾臺壓縮機進行試驗，最后認為壓縮機本機卸載值設(shè)定為（0.95～0.97）MPa最佳。

處理措施：把壓縮機卸載值設(shè)定為0.97 MPa。

最后，對壓縮機本機加載壓力設(shè)定較高且和卸載壓力之間差值較小進行分析。通過表1可知不同壓縮機本機的加載值在維修前不一致，2號機最低，3～5號機設(shè)定值較高。

通過壓縮機的試驗可知，當觸發(fā)壓縮機本機卸載值時，第二次加載必須由壓縮機本機可編程控制器控制，如果本機加載值設(shè)定太高，加上壓縮機入口到干燥器入口的管線很短，很容易導(dǎo)致壓縮機加載后出口壓力迅速上升，由于壓縮機本機的加載和卸載壓力之間的差值較小，很快導(dǎo)致壓縮機本機的第二次卸載，由此可知本機加載值設(shè)定太高也是壓縮機頻繁加卸載的原因之一。此外，如果本機加載值設(shè)定過低，容易導(dǎo)致母管的壓力逐漸下降，最后達不到系統(tǒng)用戶的要求。

處理措施：將壓縮機本機的加載值設(shè)定在一個最合適的參數(shù)值，通過試驗發(fā)現(xiàn)壓縮機加載值設(shè)定在（0.67～0.72）MPa最佳。

綜上所述，3號壓縮機頻繁加卸載的直接原因：壓縮機加載過程中，由于壓縮機出口干燥器吸附塔入口氣動閥門開關(guān)時間過長，導(dǎo)致壓縮機和干燥器間管線壓力超壓，觸發(fā)壓縮機本機卸載。3號壓縮機頻繁加卸載的根本原因：干燥器氣動閥先導(dǎo)閥排氣消聲器堵塞。3號壓縮機頻繁加卸載的促成因素：壓縮機本機卸載值設(shè)定值較低；壓縮機本機加載值設(shè)定和卸載壓力值之間差值過小。

4 糾正措施

（1）清洗干燥器氣動閥先導(dǎo)閥排氣消聲器。

（2）壓縮機卸載值設(shè)定為0.97 MPa，加載值設(shè)定為0.7 MPa。

（3）加強空壓機和干燥器的維護保養(yǎng)，重點是排氣消聲器的定期維護。