空压机频繁加卸载原因分析及纠正措施

2018-03-12郭超

设备管理与维修 2018年17期

郭超

（江苏核电有限公司维修一处,江苏连云港 222042）

1 基本情况

田湾核电站一期建设2台俄罗斯 AES-91型压水堆核电机组，装机容量2×106万kW。电厂建有独立的空气压缩机站（01USC），向电站各个厂房供应维修用压缩空气、部分阀门的开关供气以及核反应堆安全壳定期密封试验供气。空压站由5台ZR型无油螺杆式空气压缩机及附属组合式低露点型干燥器、空气储罐、系统管道附件等设备组成。

2 故障现象及处理

北BOP空压站3号空气压缩机自2016年6月以来频繁出现加卸载现象，空压机本体在多次维修保养中没发现异常情况。根据长时间观察，怀疑与空压机配套的3号干燥器吸附塔入口带先导阀的气动阀故障，导致空压机的频繁加卸载。检查发现干燥器气动阀先导阀排气消声器堵塞，拆除消声器并清洗后回装，重新启动压缩机，频繁加卸载现象消失。

3 原因分析

田湾核电站有5台ZR型无油螺杆空气压缩机，分别与5台RSCS型干燥器配合工作向5个空气储罐供气。编号1#～5#，其中3#压缩机（ZR-250型）多次发生频繁加卸载故障。

（1）压缩机的加载和卸载控制逻辑。当压力上升时，满足管网压力达到上限或本机压力达上限两者之间任一条件，则压缩机卸载（母管压力先到上限，上位机控制卸载，本机达到上限，本机可编程控制器控制卸载），但卸载完成后的第一次加载参数值取决于先达到上限的这组数据（如PLC控制卸载，则第一次加载必须由可编程控制器控制），下一个循环的卸载值仍取先到一组数据。

（2）正常工况。压缩机的加载和卸载由母管压力控制，即空气母管压力在（0.68～0.75）MPa间波动，发生异常情况时可能触发压缩机本机的卸载值，一旦触发该值很容易引起压缩机频繁加卸载。

（3）压缩机频繁加卸载过程。频繁加卸载的第一个过程：压缩机压力0.88 MPa左右（此时管网压力＜0.75 MPa）时，干燥塔A，B塔进行切换（A，B塔切换频次为每5 min 1次，由干燥器控制，和压缩机无关），由于干燥器故障，切换过程中有一段时间内2个塔的进口阀门都处于关闭状态，导致压缩机出口压力瞬间上升并触发压力上限，PLC控制压缩机卸载。频繁加卸载的第二个过程：通过上面的分析可知，当压缩机出口压力达上限触发卸载时，下一次加载必须由压缩机出口压力下限值控制。当出口压力低于压缩机加载值时，压缩机加载。由于压缩机和干燥器之间管线短而压缩机出力较大（Q=2304 m3/h），在加载的前几秒内，出口压力会迅速增加（试验证明最快迅速增加了0.45 MPa左右，然后供入管网，压力缓慢增加），很容易导致压缩机出口压力增加到压缩机卸载值时，管网的压力还没有增加到0.75 MPa，再次触发压缩机卸载上限值，PLC再次控制压缩机卸载。同理，压缩机频繁加卸载的第三个到第N个过程，重复第一个和第二个过程。

通过上述的分析可知，直接或间接导致压缩机频繁加卸载的原因：①压缩机加载过程中，出口压力瞬间上升；②压缩机卸载压力设置较低；③压缩机加载压力设定较高且和卸载压力之间差值较小。

为找出压缩机频繁加卸载的具体原因，对产生频繁加卸载的3个条件逐条分析，认为由于干燥器A，B塔进口气动阀开关时间过长导致压缩机出口压力瞬间上升。气动阀的结构、控制原理如图1所示。

干燥器吸附塔进口气动阀控制原理：当五位二通阀通电状态时，其阀门活塞右移到图1状态，母管的气源从1处进入，通过4再进入气动执行机构B孔，然后进入2个活塞中间，2个活塞向两边移动带动齿轮逆时针旋转，齿轮带动气动阀门的阀杆旋转打开气门，排气从活塞两边通过A孔进入五位二通阀2处，再从3处到消声器最后排到大气中（反之，五位二通阀断电时气动阀门关闭）。

故障现象：干燥器A，B塔进口气动阀开关时间过长，3号干燥器吸附塔入口2个气动阀开关时间长达12 s（正常开关时间＜2 s）

故障原因：消声器堵塞造成排气无法及时排出，排气速度非常缓慢，气动阀执行机构活塞两边的压差较小，导致活塞向两边活动速度缓慢，被齿轮带动的截止阀关闭速度较慢。

处理措施：拆除五位二通阀门的2个消声器后，发现气动阀门开关时间迅速下降到1 s。将消声器酸洗并用压缩空气吹扫后安装，气动阀开关时间为1.5 s。其次，对压缩机本机卸载压力设置较低进行分析和处理，经现场检查各个压缩机的加、卸载设定值不同，见表1。

图1 气动阀控制原理

表1 修前5台压缩机出口压力和管网压力的加卸载参数

从表1可以看出，3号压缩机本机的卸载压力比其他几个通道略低，压缩机加载时，如果干燥器故障导致压缩机出口压力瞬间上升，该压缩机更容易触发压缩机本机的卸载值，由此可知3号压缩机本机卸载值较低是频繁加、卸载的因素之一。压缩机本机卸载值越高越不容易引发频繁加、卸载，但通过和厂方专家沟通得知，卸载值太高容易导致压缩机超压损坏，通过对几台压缩机进行试验，最后认为压缩机本机卸载值设定为（0.95～0.97）MPa最佳。

处理措施：把压缩机卸载值设定为0.97 MPa。

最后，对压缩机本机加载压力设定较高且和卸载压力之间差值较小进行分析。通过表1可知不同压缩机本机的加载值在维修前不一致，2号机最低，3～5号机设定值较高。

通过压缩机的试验可知，当触发压缩机本机卸载值时，第二次加载必须由压缩机本机可编程控制器控制，如果本机加载值设定太高，加上压缩机入口到干燥器入口的管线很短，很容易导致压缩机加载后出口压力迅速上升，由于压缩机本机的加载和卸载压力之间的差值较小，很快导致压缩机本机的第二次卸载，由此可知本机加载值设定太高也是压缩机频繁加卸载的原因之一。此外，如果本机加载值设定过低，容易导致母管的压力逐渐下降，最后达不到系统用户的要求。

处理措施：将压缩机本机的加载值设定在一个最合适的参数值，通过试验发现压缩机加载值设定在（0.67～0.72）MPa最佳。

综上所述，3号压缩机频繁加卸载的直接原因：压缩机加载过程中，由于压缩机出口干燥器吸附塔入口气动阀门开关时间过长，导致压缩机和干燥器间管线压力超压，触发压缩机本机卸载。3号压缩机频繁加卸载的根本原因：干燥器气动阀先导阀排气消声器堵塞。3号压缩机频繁加卸载的促成因素：压缩机本机卸载值设定值较低；压缩机本机加载值设定和卸载压力值之间差值过小。