摘要：核电厂压缩空气系统空压机频繁加卸载问题可能与压缩空气系统工艺设计不合理的问题有关。本文对相关问题及问题的解决措施进行了分析。
关键词：核电厂；压缩空气系统；空压机；加卸载
前言：核电厂压缩空气系统包含有空压机系统、压缩空气干燥系统、干燥机和制冷系统等多种系统。压缩空气系统可以对经过过滤器进入的空气进行初步压缩。压缩空气系统中的中冷器可以降低空气温度，析出空气中的水分，让处理过的空气进入空气中的高压转子，后将空气压缩为高压压缩空气。从高压转子中排出的气体需要经过消音器进行消音降噪处理，后进入冷却器中进行再次冷却，这一过程会排出冷凝液。压缩气体最后会经过管道，进入到干燥器中。一般情况下，核电厂的压缩空气系统的运行模式以加载运行和卸载运行为主，压力传感器会在设备运行过程中发出加载信号与控制信号。但是就压缩空气系统的实际运行情况而言，压缩机频繁加卸载的问题是设备运行过程中的常见问题。
1压缩机频繁加卸载问题的表现与影响
1.1压缩机频繁加卸载问题的表现
在核电领域，空气压缩机中的空气过滤器压降需控制在44mbar以内，低压级出口的温度在160-180℃之间；中冷器的压力需要控制在1.9-2.6bar以内，高压机出口的温度在140-175℃之间，油压在2-2.5bar之间[1]。空压机的机房控制室内包含有PLC控制柜，在工控机启动以后，设备会让干燥器通信程序与上位机通信程序处于自动运行状态，在干燥器通信程序与上位机通信程序启动以后，空压站自控系统程序会进入运行状态，控制柜可以对系统所涉及到的所有设备进行控制和检测，与之相关的系统运行模式可以分为就地运行模式与远控运行模式两种模式。在实际压力值小于加载设定值的情况下，空压机会处于加载运行状态，在实际压力值高于卸载设定值得情况下，空压机会处于卸载运行状态。频繁加卸载问题会严重影响设备运行。以某核电站使用的压缩空气系统为例，该设备在出现频繁加卸载问题以后，加载时间和卸载时间都在10s以内。加载信号主要来自位于压缩机出口处的压力传感器，压缩空气系统会根据传感器检测到的压力值控制压缩机的加载过程与卸载过程。在处于加载状态或卸载状态的情况下，压缩机第二级疏水电磁阀均有排气操作，与之相关的干燥器再生塔也会再生泄压排气，此时压缩机与逆止阀之间的管道会在短时间内出现压力下降的问题。受逆止阀的影响，储气罐内的压缩空气并不能及时进入压缩机与逆止阀之间的管道之中，在压缩机、逆止阀之间的管道压力下降至0.86MPs时，压缩机会出现加载操作，此时储气罐内的空气压力相对较高，管道的重新加压会让压缩机出口压力传感器控制压缩机卸载，故而压缩机会出现频繁加载、卸载的问题[2]。
1.2压缩机频繁加卸载问题的影响
压缩机频繁加卸载问题的产生原因可能与压缩机加卸载压力控制信号取压点选取的不合理性有关。短时期内的频繁加卸载会给压缩机进气阀、排气阀、液压缸和电磁阀等设备带来不利的影响。在压缩机加卸载运行过程中，进气阀、排气阀等设备均处于运转状态，频繁加卸载问题的出现，会严重影响设备的使用寿命，也会让压缩机卸载时的入口真空度有所增加，该设备在真空度达到0.99MPa的情况下会出现跳机停运的故障。
2压缩机频繁加卸载问题的处理措施
从触发加卸载问题的原因入手，对压缩机频繁加卸载问题进行处理，可以为核电厂压缩空气系统的使用寿命提供保障。一般情况下，压缩机需要根据核电厂的实际情况，完成加卸载运行。在核电厂发电设备运行过程中，压缩机及与之相关的干燥器内需要保证有源源不断的空气（压缩空气）供应。受逆止阀的影响，干燥器在压缩机卸载运行时，并不能让压缩机空气得到再生。在干燥器再生用气消耗的压缩空气得不到有效供应的情况下，干燥器露点的升高易导致供给用户的压缩空气露点不合格的问题。压缩机设备的局部改动，是解决压缩机频繁加卸载问题的可行措施。
2.1拆除逆止阀阀芯
通过对核电厂压缩空气系统进行分析，在干燥器与储气罐之间的逆止阀拆除以后，压缩机、干燥器、储气罐之间会相互贯通。储气罐中的压缩空气可以供下游用户使用，也可以为压缩机和干燥器提供排气用气。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在此种方法应用于核电厂压缩空气系统以后，相关人员可以在不改变压缩机加卸载控制取压点的基础上，解决频繁加卸载问题。此种处理措施也可以让加卸载的时间得到改善。研究表明同样设备在经过调整以后，加卸载时间可以控制在2min左右。但是此种修改方式也存在一定的弊端，如核电厂出现全场失电事故，储气罐内的压缩空气可能会从压缩机第二级疏水电磁阀中派出，这一问题的出现，易导致储气罐内储存的压缩空气流失，进而给整个压缩空气系统的纵深防御功能带来不利的影响。就核电厂的实际情况而言，此种处理措施可以应用于常用空气子系统之中。常用空气子系统中不包含有事关核安全的设备，整个系统不具有纵深防御运行。在全厂交流电源不足的情况下，此种设备无需柴油机带载运行，故而可以将此种方式应用其中。
2.2调整压缩机取压点的位置
出于解决压缩机频繁加卸载问题的需要，相关人员也可以对加载信号与卸载信号的取压点进行适当调整。根据系统的实际情况，取压点可以从压缩机的出口处调整至储气罐后的母管之上。此种处理方案可以让压缩空气系统使用者根据实际需求量，对压缩机加载情况与卸载情况进行控制。此种处理方式应用以后，相关人员需要对加卸载的控制方式进行调整，相对理想的处理措施为借助压力开关将母管实际压力传送至压缩机内部的PLC系统之中[3]。为了让储气罐内的压缩空气满足干燥器与压缩机第二级疏水阀持续消耗的压缩空气需求，相关人员也需要利用一寸管道，完成干燥器与储气罐之间的逆止阀跨接。压缩机第二级疏水电磁阀的启动方式为失电启动，为保证设备的正常运转，相关人员也需要将失电关闭的电磁阀安装于跨接管道之上。此种措施在核电厂全场失电的情况下可以有效避免压缩空气从压缩机第二级电磁阀排出的问题。
为保证核电厂设备的运行，相关人员在压缩机设备保养维护与调整前，需要让设备保持停机状态。相关人员也需要按下紧急停机按钮，并在切断电源以后，及时释放压缩机内的压力。在设备改造过程中，相关人员不能对安全阀进行擅自调整。根据核电厂设备的运行情况，压缩机的空载连续运行时间需要控制在30min以内，如高压力指示与低压力指示均为0，此时操作人员不能进行开机操作。干燥机在实际运行过程中不能频繁启动，在设备停机以后，操作人员需要在10-20min以后进行设备的再次启动。在应用于实际运行以后，相关人员可选取压力开关、电磁阀、空气开关等设备进行调整。压力开关调整为触电在0.93MPa时断开，让压缩机处于卸载，触点在母管压力为0.86MPa时闭合，让压缩机处于加载状态。根据前文论述，压缩空气系统中包含有失电关闭的电磁阀。电磁阀为交流电电源电磁阀（可取自干燥器内交流电源）。在核电厂处于失电状态的情况下，压缩机会处于停运状态，此时电磁阀会自动关闭。电磁阀的自动关闭措施可以避免让系统更好地满足压缩空气设备的纵深防御功能。系统中的空气开关可以发挥出切换压缩机远程及内部加卸载控制方式的作用。在空气开关处于闭合状态的情况下，系统会让压缩机的PLC远程加卸载控制功能自动运行，此时可以通过断开开关的方式切断远程加卸载控制。在远程加卸载出现问题的情况下，上述方式可以直接切换至压缩机内部加卸载，以解决加卸载出现的问题。新控制电缆及与之相关的保护套管也是相关人员所要关注的内容。
在压缩机加卸载信号取压点放置在储气罐后母管以后。操作人员也可以采用取消一寸跨接管道的方案。此种方案要求操作人员在压缩机与干燥器之间添加一个储气罐。此种储气罐可以有效可以为空气压缩系统提供干燥器和压缩机第二级疏水阀持续消耗的压缩空气。可以说，在此种改造措施应用以后，相关人员需要对核电厂的压缩空气系统进行大幅度调整，如压缩机与干燥器之间需要预留出安装储气罐的空间；为保证设备的正常运行，相关人员也需要对空气压缩系统的供气主管道进行改造。此种改造方式的设计难度相对较大，设备改造所需的成本相对较高。
结语：核电厂压缩空气系统具有为下游用户提供合格的压力与压缩空气的作用，压缩机的的供气情况与用户的实际用气情况之间有一定的联系。为解决核电厂压缩空气系统中出现的空压机频繁加卸载问题，相关人员可以将加载控制与卸载控制的取压点放置在储气罐的后方，此种调整措施不仅有助于解决压缩机频繁加卸载的问题，也可以让压缩机设备的使用寿命得到延长。
参考文献：
[1]李斯峰.核电厂压缩空气系统运行探讨[J].电工技术,2017(05):130-131+136.
[2]李晶,庞永梅,杨建辉,等.核电厂压缩空气系统供气管径和储气罐容积计算的研究[J].应用能源技术,2017(04):19-21.
[3]吴越,陈建旭,汤君.AP1000核电厂压缩空气系统(CAS)空压机频繁加卸载问题及解决方案[J].中国核电,2016,9(04):329-332.
论文作者:朱建军
论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期
论文发表时间:2020/5/6