某发电机组压缩空气母管压力频繁波动问题分析与改造

2013-07-06梁梅

电力工程技术 2013年3期

梁梅

(江苏徐塘发电有限责任公司，江苏邳州221300)

作为控制动力之一，压缩空气具有非常重要的作用，是气动仪表和控制设备的动力源。发电企业中,仪用压缩空气压力和干燥度是保证系统安全稳定运行的必要指标（GB/T13277-91一般表示压缩空气质量等级）。发电企业采用2台或更多机组共用一套压缩空气系统的方式，这就对压缩空气的品质提出了更高的要求。很多实际应用中，当压缩空气系统投用后，随着后期用气设备的增加，必然需要更多的压缩空气。而在压缩空气的生产设备（空压机）和后处理设备（干燥机）的制气量和处理量仍能满足时，往往存在流通管路无法保证压缩空气流通的问题。文中分析了产生上述问题的原因，并提出了管路改造方案。

1 故障情况及分析

自2008年起，某发电企业6号、7号机组压缩空气系统频繁出现气压无法维持及空压机频繁加、卸载等故障。气压最低时仅能维持0.55 MPa，远远低于机组安全运行要求的0.65 MPa。对系统各测点数据监测发现，空气压缩机出口至空气干燥机进口之间的母管压力波动频繁（如图1所示）。母管压力曲线在20 s内完成一次波峰和波谷的切换。而此时气压却无法维持，即空压机产生的压缩空气短时间内在空压机和干燥机之间的母管聚积，导致压力暴增暴跌，但干燥机出口却无法产生足够的压缩空气。为尽量维持输出压力，只能开启干燥机的旁路系统，让一部分压缩空气不经过干燥机直接输出。这样必然导致压缩空气后处理设备失效，无法除去压缩空气中的水分。气动设备大部分同时存在电气元器件、引线，一旦进入的压缩空气含有水分，其危害极大。

空压机的加、卸载是根据母管压力自动切换的。以该公司为例：1台空压机持续加载，但无法产生足够的压缩空气，当母管压力低于0.69 MPa时，另1台空压机自动加载。而2台空压机加载产生的压缩空气又超出了需要的制气量，当母管压力高于0.8 MPa时第2台自动卸载（单位时间内使用的压缩空气量不恒定且无法控制，因此无法设计出恒定的制气量，只能依靠空压机的加、卸载切换来实现）。第2台空压机运行的电流曲线如图2所示。

可见，空压机在20 s内要完成一次加、卸载的切换。以该公司使用的阿特拉斯GA132空气压缩机为例，其加载、卸载的切换是依靠卸荷阀控制的。工作原理[1]如图3、图4所示。

图3为加载状态，控制气流由进气孔进入，产生压力作用在活塞右侧。同时线圈带电吸合，气流经连接管路也产生压力作用在活塞左侧，在两端形成同样的压力。此时活塞在弹簧作用力下被推进活塞室内部，控制气流经主活塞供气孔进入主活塞室形成压力，推动主活塞，空压机进入加载状态。图4为卸载状态，线圈失电闭合，控制气流产生压力只作用在活塞右侧，其压力大于弹簧推力，控制气流无法流向主活塞而经乏气排气孔排出，空压机进入卸载状态。活塞的工作环境温度为75～95℃。在这样高温环境下，活塞每20 s完成控制加、卸载的2次动作，其使用寿命由正常情况的1年缩短为不足10天。

2 解决方案

经测量，6号、7号机组压缩空气系统中空压机出口至干燥机进口母管容积仅为0.1 m3，而阿特拉斯GA132空气压缩机的制气量为22.8 m3/min，2台空压机同时加载时，制气量即为43.6 m3/min，该系统中运行的空气干燥机为森洁40组合式，额定处理量为40 m3/min。系统设计之初，在机组用气量较小时可以满足要求。2008年起，随用气设备增加，该系统频繁出现上述故障。

该系统中压缩空气的压力为0.75 MPa，即空气压缩比为1:7.5。随系统运行设备老化，额定处理量为40 m3/min的空气干燥机以35 m3/min计算，当2台空压机加载时，母管内压力升降时间应为：

式中：T为母管压力升降时间，min；V为空压机出口至干燥机进口母管容积，m3；δ为空气压缩比；V1为2台空压机加载制气量，m3；V2为干燥机处理量，m3。计算可得母管压力升降时间8.4 s，也就是说，第2台空压机会在16.8 s内完成一次加、卸载的切换。计算得出的结果与实际运行中的监测数据一致。

在式（1）中，压缩比δ、制气量V1及干燥机处理量V2在不更换设备的情况下都是不可改变的，能改变的只有空压机出口至干燥机进口母管容积V。现存的工况无法满足机组的安全运行需要，必须增大母管压力升降时间T，以保证空压机出口至干燥机进口母管压力不会在短时间内暴增暴跌，使产生的压缩空气尽可能平稳的流向并通过空气干燥机。

在实际运行中，2台同时运行的空气压缩机1台持续加载，另1台约每次加载5 min即转入约20 min的卸载状态，产生的压缩空气可满足系统运行需要。因此，如果增大母管容积V，就可避免2台空压机同时加载时其中1台不会短时间内在加、卸载状态间切换，压力趋于平稳。此时产生的压缩空气会平稳地通过空气干燥机，输出的压缩空气气压也趋于平稳。

为此，公司将闲置的检修用检修储气罐串联在空压机出口至干燥机进口母管上，使母管容积增大了6 m3。系统如图5所示（虚线区域内为新增加设备）。

隔离阀1，2，3，4用于当某台干燥机出现故障时进行隔离检修，单向阀1，2，3，4用于切换干燥机运行时避免压缩空气倒流，联络门1，2用于当缓冲储气罐出现故障时进行隔离检修。此时，母管压力升降时间为8.5 min，完全满足系统运行需要，投用后母管压力曲线如图6所示。在这种工况下，空压机产生的压缩空气平稳流过干燥机，仪用气压稳定维持在0.73 MPa。同时，空压机频繁加、卸载的现象完全消失，卸荷阀切换正常，活塞的磨损情况也恢复正常。