降低核電廠壓縮空氣生產系統故障率的研究

舒曉明

（海南核電有限公司，海南昌江 572733）

0 引言

核電廠壓縮空氣生產系統（以下簡稱“0SAP”）大部分地采用無油螺桿壓縮機，具有供氣可靠、技術成熟、空氣潔凈度高等優點。但由于海南天氣炎熱、空氣濕度大、管道材料選擇、電源設計等原因，0SAP 在運行過程中遇到了許多新問題，本文研究對于其他運用壓縮空氣生產設備的場合具有借鑒和指導作用。

1 現狀調查

在2013 年9 月至2014 年8 月一年的時間內，0SAP 故障次數多達53 次（表1）。其中，空壓機故障占到0SAP 系統故障總數的81.13%，所以空壓機故障是0SAP 故障率高的主要癥結。

表1 壓縮空氣生產系統故障統計

2 要因確認

為找到0SAP 故障率高的主要影響因素，采用頭腦風暴法對可能的原因進行了列舉并分析：①環境溫度高；②環境濕度大；③空壓機出口管道與母管的連接形式錯誤；④二級轉子排氣溫；⑤壓力參數設定錯誤；⑥失去控制電；⑦上位機系統失電；⑧冷卻水水質差。

針對以上8 個因素，分別對其一一確認和排除，排除過程如下：

（1）針對環境溫度高的確認。環境溫度高確認依據為查閱廠家說明書《空壓機說明書》第九章195 頁：技術數據第9.5 節溫度限制要求為低于40 ℃。對昌江地區2013 年9 月—2014年8 月的環境溫度進行統計，最高環境溫度和平均溫度均低于40 ℃，因此排除環境溫度高的因素。

（2）針對環境濕度大因素的確認。根據核電廠1 號、2 號機組系統手冊第2～第5 章（B 版）說明，要求壓空廠房內的相對濕度小于79%。收集2013 年9 月—2014 年8 月期間壓空廠房內空氣相對濕度數據，最高70%滿足要求，所以排除環境濕度大這個因素。

（3）針對空壓機出口管與母管的連接形式錯誤因素的確認。根據廠家提供的《空壓機安裝說明》，空壓機壓縮空氣出口管與母管的連接形式為倒U 形，目的是防止由于壓縮空氣溫度高且濕度大在母管中容易冷凝后形成凝結水經過此管道倒流回空壓機內部，導致轉子生銹、損壞等情況。然而廠房安裝連接型式為T 形連接。經統計，在43 次空壓機故障中有8 次是由于冷凝水回流造成的，因此確認其為主要因素。

（4）對二級轉子排氣溫度超標的確認。根據廠家提供的說明書可知，在使用過程中，二級排氣溫度應控制在140～175 ℃，過高容易導致設備損壞。根據2013 年9 月—2014 年8 月的現場巡檢記錄，二級排熱溫度最高179 ℃（一般在170 ℃左右），在一年時間內空壓機的二級排氣溫度在說明書規定的范圍內，所以可以排除該影響因素。

（5）針對參數設定錯誤的確認。根據《空壓機使用說明》第9.7 節要求，壓空出口壓力在4～10.5 bar（0.40～1.05 MPa）。經過現場查看空壓機的設定參數為6.0～7.8 Bar（0.60～0.78 MPa）。因此空壓機加載和卸載的壓力在正常的運行范圍內，空壓機運行正常，故可以排除空壓機參數錯誤的因素。

（6）針對失去控制電的因素確認。目前控制電源分別來自A列380 V 應急母線1、A 列380 V 應急母線2，而這兩個母線的上游電源都是來自6 kV 公共電源，這樣不能達到防止共模故障的目的。且在統計周期的12 個月內，由于失去6 kV 公共電源而停運空壓機的次數大于兩次，因此控制電的接線方式是導致空壓機停運的主要因素。

（7）針對上位機系統失電因素的確認。為驗證失去上位機后不影響空壓機工作且母管壓力滿足系統工藝要求（0.68～1.00 MPa（g.）），做了3 次試驗（間隔時間為3 d）。在壓空系統遠程自動運行時，手動斷開上位機供電電源（包括不間斷電源UPS），觀察現象和記錄壓空母管的出口壓力。試驗顯示，上位機雖然失去對空壓機等輔助設備的參數監控，但不影響空壓機及輔助設備的正常運行，依然可以保證用戶的正常用氣且參數滿足要求。

（8）針對冷卻水水質差的影響因素的確認。《ZR110-275 型空氣壓縮機使用說明書》中規定，冷卻水補水的萊氏指數RSI 應在5.6～7.5、pH 在6.8～8.5。萊氏指數是一個用來預測水會使其中的碳酸鈣溶解還是沉淀的參數，RSI=2×pHs-pH，pHs=（9.3+A+B）-（C+D）。其中，A、B、C 和D 可以根據濁度、溫度、鈣硬度、堿度等參數在說明書中得出。根據冷卻水化驗結果，萊氏指數RSI=4.5、不滿足要求，因此確認冷卻水質差為主要因素。

由以上分析得出，3 個要因分別為：①空壓機出口管道與母管的連接形式錯誤；②冷卻水水質差；③失去控制電。

3 對策制定

（1）空壓機出口管道與母管連接形式錯誤的整改。修改管道的連接形式，由T 形連接改為倒U 形，增大母管的傾斜角度：優點是有效避免了壓空由于濕度大造成的冷凝水回流到空壓機中的情況；缺點是管道需要重新焊接，施工費時。

（2）冷卻水水質差的整改。保證冷卻塔內水長期溢流，保證水質，其優點是成本小，可以實現在線換水，對核電運行影響小；缺點是浪費水資源。

（3）失去控制電的整改。修改控制電電源為兩路獨立電源，優點是可以防止共模故障，一個電源失去后，還能保證一半的空壓機運行；缺點是需要重新接線。

4 對策實施

（1）空壓機出口管道與母管連接形式錯誤的對策實施。完成變更設計單，修改管道連接方式（圖1）。修改后，空壓機的疏水量明顯減少，母管的緩沖罐疏水量增大，說明母管中的冷凝水全部去緩沖罐。這樣可以明顯減少冷凝水回流到空壓機、減少空壓機故障次數。經統計，空壓機每4 h 排出的冷凝水總量由技改前的1200 mL 減為小為當前的100 mL。

圖1 管道連接形式

（2）冷卻水質差的對策實施。調節冷卻水系統自動補水重錘閥開度，使冷卻水塔長期保持滿水溢流狀態，保證冷卻水塔連續以小流量換水，冷卻水水質合格，根據萊氏指數的公式，pHs 為7.35。滿足廠家要求的RSI 在5.6～7.5、pH 在6.8～8.5，所以改進后，冷卻水質滿足要求。

（3）失去控制電的對策實施。在B 列6 kV 下游380 V 負荷母線上選擇一個合適的開關柜給第二路空壓機供控制電。對策實施后，對供電可靠性進行試驗。試驗方案為兩列空壓機正常運行一段時間后人為斷掉一路電源，在一列停運后另一列仍繼續正常運行。

5 結果與結論

2015 年1—6 月期間，對0SAP 的運行情況進行統計、分析得出0SAP 系統故障率從開始啟用的4.42 次/月降低到0.666次/月，故障率大幅下降了84.9%，大大減小了核電站操縱人員的工作強度，提高核電站的安全性。經過計算，僅一年時間就可以為核電站節約檢修費用約75.5 萬元。采用的PDCA（Plan-Do-Check-Act，計劃、執行、檢查和處理）方法能夠有效找出問題原因，并能夠有針對性地采取措施，且對每步措施都制定嚴格的驗收標準，很好地解決了問題。