摘要：主压缩空气系统是核电厂重要的全厂性公用系统，主要向仪表用压缩空气管网和公用压缩空气管网供气，用于核岛、常规岛和BOP的气动控制和满足所有厂房内动力设施运行和维修需要。主压缩空气系统在核电厂内不执行安全功能，如果主压缩空气系统的压缩机失效，安装在核岛厂房内的应急空气压缩机能接替工作，并提供全厂所需的仪表用压缩空气。因此压空系统的运行状态对核电厂的安全稳定运行具有非常重要的意义，一旦机组失去压缩空气，会对机组的安全产生严重威胁。本文以某核电压缩空气系统设计方案为基础，针对某核电压空系统运行期间经常出现的问题，从运行控制方面与技术改造方面提供了建议，并且部分优化建议在机组上得到了验证，效果良好，提高了主压缩空气系统的运行可靠性，减小了日常检修维护量，为同行电厂压空系统安全稳定运行提供参考。
关键字：压缩空气系统；运行控制；技术改造
1 主压缩空气系统简介
主压缩空气生产分配系统（SAP）的功能是生产整个核电站所需要的压缩空气。SAP系统向下列两个压缩空气分配管网供气：
仪表用压缩空气分配系统（SAR），用于核岛、常规岛和BOP的气动控制器；
公用压缩空气分配系统（SAT），满足所有厂房内动力设施运行和维修的需要。
2 某核电主压缩空气系统存在的问题
2.1 主压缩空气系统冷却塔设计不合理
某核电1-4号机组主压缩空气系统冷却塔采用开放式冷却塔，冷却水质较差，影响压空机安全稳定运行。
某核电ZC冷却塔长期运行后水质出现恶化，并且受到福建地区台风影响，三台冷却塔防护板及塔门多次脱落。冷却塔作为压空机的冷源，水质恶化会导致压空机一级二级排气温度增高，产生报警，严重运行压空机的安全稳定运行。（图4，图5为冷却塔内部青苔滋长，水质恶化）
显然采用开放式冷却塔，冷却塔运行时，会产生腐蚀、生成水垢、生成沉淀等障碍。冷却塔的冷却方式是根据循环水或散布水的一部分在大气中蒸发而进行的，因此循环水或散布水逐渐减少，并且根据风机强制使空气通过塔内,而使细微的水的飞沫溅出,水量也会逐渐减少，而冷却塔液位的整定是靠浮球阀来进行，浮球阀稳定性不高，经常出现故障，容易导致冷却水源不足，引发压空机排气温度高跳机。
2.2 多次出现主压空机转子卡死问题
ZC厂房0SAP主压空机转子无吹扫装置，停机后易造成主机生锈，转子卡死，无法正常启机。
某核电主压缩空气系统共有6台英格索兰主压空机0SAP401CO-406CO，为全厂4台机组供应压缩空气，其气路系统存在杂质和压缩空气湿度较大（主机螺杆生锈）易造成主机及齿轮磨损。特别是主压空机间歇运行，停机阶段容易造成细微颗粒沉积或空气水分滞留进而引发主机生锈。2015年-2017年期间某核电0SAP401CO/402CO/405CO主机均出现过损坏，更换主机成本较高，采购周期较长，安装精度要求高，维修不易。
2.3 主压空机及附属设备供电关系不合理
某核电主压缩空气系统主压空机和附属设备电源分别由6.6KV、380V两条母线供给，具体供电关系如下：
图9 0SAP主压缩空气机及附属设备供电关系图
从图中可以看出0SAP402CO/0SAP403CO动力电源与控制电源不是来自同一条6.6kV母线，0SAP402CO动力电源来自9LGIB，而其对应的控制电源来自0LKO，0LKO上游电源来自9LGIA；0SAP403CO动力电源来自9LGIA，而其对应的控制电源来自0LKW，0LKW上游电源来自9LGIB。如果6.6kV母线9LGIA意外断电或计划内停电维修，0SAP401CO、0SAP402CO、0SAP403CO、0SAP405CO四台压空机会失去动力或控制电而停机；同样，如果6.6kV母线9LGIB意外断电或计划内停电维修, 0SAP402CO、0SAP403CO、0SAP404CO、0SAP406CO四台压空机会失去动力或控制电而停机。某核电ZC厂房6台压空机是为1、2、3、4号机组供应压缩空气，若上游其中一条6.6KV母线断电导致4台压空机不可用，仅剩两台是无法满足1-4号机组用气，此时应急压空机再无法启动，会造成停堆事故，风险较大。
3 某核电主压缩空气系统从运行控制方面提升可靠性
3.1 对主压缩空气系统冷却塔循环冷却水系统加药保养
通过对ZC厂房屋顶冷却塔循环冷却水系统定期添加缓蚀阻垢剂和杀菌剂，减缓系统管道腐蚀和结垢。每月对循环冷却水系统取样送检，必要时适当调整药剂种类及加药量，从最大程度上控制循环水系中微生物，青苔滋生和垢下腐蚀速率。
3.2 通过定期切换方式防止备用压空机长期停运
ZC厂房主压空机采用的是无油螺杆机，一般停机时间超过两周需要启动避免转子受潮，因此可以制定主压空机定期切换的PM项，切换频率为两周，保证停运备机能够及时启动。
3.3 通过再供电方式增加一列压空设备运行
若正常9LGIA母线或9LGIB母线停电维修，将失去四台压空机可用，此时一般会对0SAP402CO或0SAP403CO的380V控制电开关进行再供电，恢复一台主压空机可用，保证能由三台主压空机为下游管网供应压缩空气。但是存在的问题就是如果母线意外失电，没有响应时间仍然会造成4台压空机不可用。
4 某核电主压缩空气系统从技术改造方面提升可靠
4.1 将主压缩空气系统冷却塔改造成闭式冷却塔
来自压空机温度较高的冷却水，送至闭式冷却塔冷却盘管的同时利用管道泵抽吸底池中的水至喷淋盘管，并在冷却盘管外表面反复喷淋，通过蒸发吸取热量来降低冷却水的温度。同时，空气利用冷却塔内风机具有抽吸作用而在冷却盘管自下而上流动，既有助于冷却盘管外表面的释放热量，也能有效吸收蒸发过程所产生的水蒸气，冷却效果更佳。由于循环水是管内闭式循环，其能够保证水质不受污染，可以有效的避免了M310机组ZC开放式冷却塔带来的问题。
4.2 对主压空机增加反吹扫装置
针对某核电6台主压缩空气机停机阶段容易受潮导致主机生锈，转子卡死问题，建议设置反吹扫模块。反吹扫所用气源为主压缩空气管网引出，位置在0SAP470VA下游（经过干燥器后的干燥气源），反吹扫管线从主管道引出后在压空机后侧分别引出六支路，分别接入六台压空机反吹扫模块，反吹扫模块内配止回阀，反之反吹扫模块电磁阀故障，造成压空机漏气进入吹扫管线。
整个反吹扫模块包括机械部分和电气部分，通过电磁阀控制主机模块反吹扫进气停气。机组卸载停机时，反吹扫模块内置电磁阀开启，反吹扫模块工作，机组加载时，电磁阀关闭，反吹扫模块停止工作。另外在电磁阀前设置手动阀，涉及主机检修时关闭相应阀门隔离检修。
目前方家山、秦山二期、宁德核电均完成了此装置的改造，使用后效果比较好，未发生主机磨损情况。（下图18为方家山核电改造后现场情况）
这样修改后，两列压空机设备所用的6.6kV和380V与压空机的对应关系可保持完全一致，可以保证单条6.6kV母线停电只影响3台主压空机，较改造之前多一台主压空机可用，很大程度上减小了一条6kV母线失电所带来的风险。
5 结论
本文主要针对某核电主压缩空气系统存在的问题进行分析和讨论，并且结合现场实际情况，提出了合理的控制方式与改造建议，提升了主压缩空气系统运行可靠性。改进建议对于同类型核电机组提高主压缩空气生产系统可靠性也有良好的借鉴意义。
参考文献：
[1] 压缩空气生产系统（SAP）系统手册2-5章，中国核电工程有限公司，2009年10月，B版.
[2] 刘建民、陈建军，螺杆式压空机运行及维护技术问答，中国电力出版社，2011年5月.
[3] 赵云驰、侯燕鸿，超大型自然通风冷却塔工艺设计探讨，电力建设，2009年5月.
论文作者:林享,郝元,郑金慧,卢晔,张少伦
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/14
标签：压缩空气论文; 核电论文; 冷却塔论文; 系统论文; 反吹论文; 母线论文; 机组论文; 《防护工程》2018年第31期论文;