核電站主壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)空壓機與干燥器聯(lián)鎖控制方案比較分析及解決方案研究

摘 要：該文主要介紹了核電站主壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)的作用、主要設備及運行方式，并以系統(tǒng)和設備調(diào)試過程中一次試驗故障為切入點，深入比較分析了空壓機與干燥器四種聯(lián)鎖控制方案的優(yōu)劣，并提出相應改進建議及提出建設性的解決方案。

關鍵詞：壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng) 空壓機 干燥器 控制方案

中圖分類號：TL4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-02

壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)主空壓機組作為核電站壓縮空氣的主要來源，承擔著為全廠動力設施和氣動裝置提供壓縮空氣的任務，空壓機與干燥器控制方案的選擇是否恰當關系到整個電站壓縮空氣的來源是否穩(wěn)定可靠。該文通過深入的調(diào)研和大量的數(shù)據(jù)和材料的分析，并以系統(tǒng)和設備調(diào)試過程中的一次試驗故障為切入點，深入比較分析了主空壓機與干燥器四種連鎖控制方案的優(yōu)劣，并提出了建設性的解決方案，對后續(xù)核電項目有著重要的參考價值和普遍的借鑒意義。

1 壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)介紹

壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)提供核電站內(nèi)所有動力設施和氣動裝置所需的壓縮空氣，并通過儀表用壓縮空氣分配系統(tǒng)和公用壓縮空氣分配系統(tǒng)分配至各用戶。壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)包括BOP廠房主壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)和NI廠房應急壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)，以A核電站為例，BOP廠房主壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)主要設備為三臺無油水冷螺桿式空壓機、一臺濕儲氣罐、三臺無熱再生吸附式干燥器及配套過濾器、一臺干儲氣罐等。

BOP廠房主壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)的空壓機啟動或停運的指令同時使干燥器啟動或停運，空壓機和干燥器的啟動均不需要預熱或者預潤滑?？諌簷C是否啟動和停運是根據(jù)系統(tǒng)管網(wǎng)壓力來確定，當系統(tǒng)管網(wǎng)壓力為1.0 MPa（abs）時，一臺空壓機空載運行，其余兩臺空壓機備用；系統(tǒng)壓力降至0.86 MPa（abs），空載運行的空壓機轉(zhuǎn)入帶載運行，當系統(tǒng)管網(wǎng)壓力降至0.86 MPa（abs）以下時，系統(tǒng)啟動第一臺備用空壓機，若系統(tǒng)管網(wǎng)壓力繼續(xù)下降，啟動第二臺備用空壓機。

2 空壓機與干燥器控制方案的優(yōu)劣比較及相應改進及選擇建議

A核電站BOP廠房主壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)為設備廠家設計并負責供貨，在系統(tǒng)控制設計上，廠家選擇采用干燥器固定數(shù)量模式，壓力監(jiān)測點選擇為濕儲氣罐。在系統(tǒng)和設備調(diào)試階段，在進行完系統(tǒng)失電試驗后，空壓機出現(xiàn)無法自動啟動的情況，當時測得系統(tǒng)管網(wǎng)壓力為0.667 MPa，濕儲氣罐壓力為0.8 MPa左右，而空壓機自動啟動的壓力點為0.75 MPa。經(jīng)分析，空壓機與干燥器聯(lián)鎖控制方案以及壓力監(jiān)測點選取不當是造成這一故障的主要原因。

空壓機與干燥器聯(lián)鎖啟停方案可分為兩種。

（1）一一對應模式：即相應的空壓機啟動運行只對應相應的干燥器啟動運行。

（2）干燥器固定數(shù)量模式：即在控制面板上設定固定數(shù)量的干燥器運行。

監(jiān)測系統(tǒng)管網(wǎng)壓力的壓力監(jiān)測點可布置在以下兩處。

（1）濕儲氣罐：位于空壓機與干燥器之間。

（2）干儲氣罐：位于干燥器之后。

根據(jù)空壓機與干燥器聯(lián)鎖啟停方案和壓力監(jiān)測點的不同，空壓機與干燥器共有如下四種聯(lián)鎖控制方案。

2.1 空壓機與干燥器采用一一對應模式

2.1.1 壓力監(jiān)測點布置在濕儲氣罐

采用此控制方案的優(yōu)勢：只要將干燥器和空壓機都投入到聯(lián)控狀態(tài)，那么啟動任何一臺空壓機啟動，對應的干燥器都會啟動，無需人為干預。

采用此控制方案的劣勢主要有以下

兩點。

（1）當空壓機因故障停機時，對應的干燥器也將會停運，干燥器對應的進氣閥會自動關閉，從空壓機出氣閥到干燥器進氣閥這段管路及濕儲氣罐中的壓縮空氣氣只能通過空壓機出氣閥上的小孔排掉，這將導致這段封管路的壓力下降會很慢，而系統(tǒng)壓力監(jiān)測點401 mP正好設置在這段封閉管路的濕儲氣罐上。當主空壓機跳機后，控制系統(tǒng)將顯示管網(wǎng)壓力一直保持高壓并誤認為下游用戶用氣量較少，備用空壓機會一直不能啟動直到封閉管路中氣壓慢慢下降到加載壓力，整個降壓過程大概需要1 h。這段時間內(nèi)若出現(xiàn)下游用氣量較大情況時，會產(chǎn)生無氣可用的嚴重后果。

（2）當空壓機和干燥器全部失去電源時，由于空壓機出口閥和干燥器入口閥全部關死，濕儲氣罐壓力將保持在失電前壓力，而干儲氣罐會由于用戶用氣而導致壓力一直下降。當空壓機和干燥器重新得電后，濕儲氣罐壓力將大于空壓機啟動壓力，空壓機和干燥器繼續(xù)停運直到手動開啟。

分析：可在空壓機控制系統(tǒng)中增加設置故障啟動備用機邏輯，但這只能解決劣勢分析中第一條所述空壓機因跳機使管網(wǎng)憋壓從而導致空壓機較長時間不可用的問題，但無法解決第二條所述空壓機和干燥器短時失電后得電而無法自動啟動的

問題。

2.1.2 壓力監(jiān)測點布置在干儲氣罐

采用此控制方案的優(yōu)勢主要有以下

兩點。

（1）只要將空壓器和干燥機都投入到聯(lián)控狀態(tài)，那么啟動任何一臺空壓機對應的干燥器都會啟動，無需手動干預。

（2）壓力監(jiān)測點選為干儲氣罐，可以更加真實的反映系統(tǒng)管網(wǎng)壓力，控制系統(tǒng)可以及時響管網(wǎng)下游用戶的用氣需求，不會出現(xiàn)因空壓機故障導致管網(wǎng)憋壓而導致空壓機較長時間不可用的情況。

采用此控制方案的劣勢：由于壓力監(jiān)測點選擇在干儲氣罐，若干燥器或過濾器出現(xiàn)堵塞的情況，會發(fā)生主空壓機在滿負荷運行而干儲氣罐壓力極速下降，這會導致主空壓機跳機或是過濾器被沖破，也有可能觸發(fā)核島應急空壓機的啟動。

分析：在此模式下增加濕儲氣罐和干儲氣罐的壓差控制，當該壓差值高于某個定值時啟動備用的空壓機，同時自動停運正在運行的空壓機及干燥器，以防止干燥器或過濾器出現(xiàn)堵塞而影響供氣，能夠較好地解決現(xiàn)有問題。

2.2 空壓機與干燥器采用干燥器固定數(shù)量模式

2.2.1 壓力監(jiān)測點布置在濕儲氣罐

采用此控制方案的優(yōu)勢：干燥器始終保持設定數(shù)量運行，即使其中一臺干燥器因故障停運，備用干燥器也會自動啟動保持設定數(shù)量運行，保證下游用氣量。不會出現(xiàn)第一種模式中所描述的空壓機因故障停機而管網(wǎng)壓力無法下降，從而導致空壓機接近1個多小時不可用的情況。

采用此控制方案的劣勢主要有以下

兩點。

（1）當空壓機運行數(shù)量改變時，需要人為啟動干燥器，若手動啟動干燥器時間較晚，會出現(xiàn)備用空壓機頻繁加載卸載，嚴重影響空壓機齒輪箱等部件的使用壽命。

（2）在全廠進行完失電試驗后，由于空壓機出口閥以及干燥器入口閥全部關閉，濕儲氣灌壓力一直維持在0.8 MPa左右，而空壓機的啟動壓力設置在

0.75 MPa，因此失電試驗完成后空壓機不能正常啟動，管網(wǎng)壓力因為下游用戶的用氣而迅速下降。

分析：當用氣量不穩(wěn)定時，人為干預干燥器太多，在日常運行過程中危害較大，應避免采用此控制方案。

2.2.2 壓力監(jiān)測點布置在干儲氣罐

采用此控制方案的優(yōu)勢：干燥器始終保持設定數(shù)量運行，即使其中一臺干燥器因故障停運，備用干燥器也會自動啟動保持設定數(shù)量運行，保證下游用氣質(zhì)量。不會出現(xiàn)第一種模式種描述的空壓機因故障停機而管網(wǎng)壓力下不去，從而導致空壓機接近1個多小時不可用。

采用此控制方案的劣勢：當空壓機運行數(shù)量改變時，需要人為啟動干燥器，若手動啟動干燥器時間較晚，會出現(xiàn)備用空壓機頻繁加載卸載，嚴重影響空壓機齒輪箱等部件的使用壽命。

分析：當用氣量不穩(wěn)定時，人為干預干燥器太多，在日常運行過程中危害較大，應避免采用此控制方案。

3 結語

綜合比較上述四種主空壓機與干燥器連鎖控制方案，采用空壓機與干燥器為一一對應模式聯(lián)鎖控制方案，壓力監(jiān)測點布置在干儲氣罐，同時增加濕儲氣灌與干儲氣灌的壓差控制，當壓差值高于

0.2 MPa時自動停運正在運行的空壓機及干燥器，啟動備用空壓機，可以有效達到空壓機及干燥器啟停響應速度快、手動干預少、壓力監(jiān)測點真實反映系統(tǒng)管網(wǎng)壓力等目的。實踐證明，采用該方案可以保證空壓機組穩(wěn)定可靠運行，安全地為核電站提供壓縮空氣，滿足了機組正常運行的

需求。

參考文獻

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