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維修用壓縮空氣、部分閥門的開關供氣以及核反應堆安全殼定期密封試驗供氣?？諌赫居?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、系統管道附件等設備組成。

2 故障現象及處理

北BOP空壓站3號空氣壓縮機自2016年6月以來頻繁出現加卸載現象，空壓機本體在多次維修保養中沒發現異常情況。根據長時間觀察，懷疑與空壓機配套的3號干燥器吸附塔入口帶先導閥的氣動閥故障，導致空壓機的頻繁加卸載。檢查發現干燥器氣動閥先導閥排氣消聲器堵塞，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值取決于先達到上限的這組數據（如PLC控制卸載，則第一次加載必須由可編程控制器控制），下一個循環的卸載值仍取先到一組數據。

（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，發生異常情況時可能觸發壓縮機本機的卸載值，一旦觸發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），由于干燥器故障，切換過程中有一段時間內2個塔的進口閥門都處于關閉狀態，導致壓縮機出口壓力瞬間上升并觸發壓力上限，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，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，壓力緩慢增加），很容易導致壓縮機出口壓力增加到壓縮機卸載值時，管網的壓力還沒有增加到0.75 MPa，再次觸發壓縮機卸載上限值，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，重復第一個和第二個過程。

通過上述的分析可知，直接或間接導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壓縮機卸載壓力設置較低；③壓縮機加載壓力設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塔進口氣動閥開關時間過長導致壓縮機出口壓力瞬間上升。氣動閥的結構、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時，其閥門活塞右移到圖1狀態，母管的氣源從1處進入，通過4再進入氣動執行機構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，齒輪帶動氣動閥門的閥桿旋轉打開氣門，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閉）。

故障現象：干燥器A，B塔進口氣動閥開關時間過長，3號干燥器吸附塔入口2個氣動閥開關時間長達12 s（正常開關時間＜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，氣動閥執行機構活塞兩邊的壓差較小，導致活塞向兩邊活動速度緩慢，被齒輪帶動的截止閥關閉速度較慢。

處理措施：拆除五位二通閥門的2個消聲器后，發現氣動閥門開關時間迅速下降到1 s。將消聲器酸洗并用壓縮空氣吹掃后安裝，氣動閥開關時間為1.5 s。其次，對壓縮機本機卸載壓力設置較低進行分析和處理，經現場檢查各個壓縮機的加、卸載設定值不同，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壓力的加卸載參數

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，如果干燥器故障導致壓縮機出口壓力瞬間上升，該壓縮機更容易觸發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定為（0.95～0.97）MPa最佳。

處理措施：把壓縮機卸載值設定為0.97 MPa。

最后，對壓縮機本機加載壓力設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號機設定值較高。

通過壓縮機的試驗可知，當觸發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，很快導致壓縮機本機的第二次卸載，由此可知本機加載值設定太高也是壓縮機頻繁加卸載的原因之一。此外，如果本機加載值設定過低，容易導致母管的壓力逐漸下降，最后達不到系統用戶的要求。

處理措施：將壓縮機本機的加載值設定在一個最合適的參數值，通過試驗發現壓縮機加載值設定在（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時間過長，導致壓縮機和干燥器間管線壓力超壓，觸發壓縮機本機卸載。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定值較低；壓縮機本機加載值設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閥排氣消聲器。

（2）壓縮機卸載值設定為0.97 MPa，加載值設定為0.7 MPa。

（3）加強空壓機和干燥器的維護保養，重點是排氣消聲器的定期維護。