梁 梅

(江蘇徐塘發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇邳州221300)

作為控制動(dòng)力之一，壓縮空氣具有非常重要的作用，是氣動(dòng)儀表和控制設(shè)備的動(dòng)力源。發(fā)電企業(yè)中,儀用壓縮空氣壓力和干燥度是保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的必要指標(biāo)（GB/T13277-91一般表示壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)）。發(fā)電企業(yè)采用2臺(tái)或更多機(jī)組共用一套壓縮空氣系統(tǒng)的方式，這就對(duì)壓縮空氣的品質(zhì)提出了更高的要求。很多實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)壓縮空氣系統(tǒng)投用后，隨著后期用氣設(shè)備的增加，必然需要更多的壓縮空氣。而在壓縮空氣的生產(chǎn)設(shè)備（空壓機(jī)）和后處理設(shè)備（干燥機(jī)）的制氣量和處理量仍能滿足時(shí)，往往存在流通管路無法保證壓縮空氣流通的問題。文中分析了產(chǎn)生上述問題的原因，并提出了管路改造方案。

1 故障情況及分析

自2008年起，某發(fā)電企業(yè)6號(hào)、7號(hào)機(jī)組壓縮空氣系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)氣壓無法維持及空壓機(jī)頻繁加、卸載等故障。氣壓最低時(shí)僅能維持0.55 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機(jī)組安全運(yùn)行要求的0.65 MPa。對(duì)系統(tǒng)各測點(diǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，空氣壓縮機(jī)出口至空氣干燥機(jī)進(jìn)口之間的母管壓力波動(dòng)頻繁（如圖1所示）。母管壓力曲線在20 s內(nèi)完成一次波峰和波谷的切換。而此時(shí)氣壓卻無法維持，即空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣短時(shí)間內(nèi)在空壓機(jī)和干燥機(jī)之間的母管聚積，導(dǎo)致壓力暴增暴跌，但干燥機(jī)出口卻無法產(chǎn)生足夠的壓縮空氣。為盡量維持輸出壓力，只能開啟干燥機(jī)的旁路系統(tǒng)，讓一部分壓縮空氣不經(jīng)過干燥機(jī)直接輸出。這樣必然導(dǎo)致壓縮空氣后處理設(shè)備失效，無法除去壓縮空氣中的水分。氣動(dòng)設(shè)備大部分同時(shí)存在電氣元器件、引線，一旦進(jìn)入的壓縮空氣含有水分，其危害極大。

空壓機(jī)的加、卸載是根據(jù)母管壓力自動(dòng)切換的。以該公司為例：1臺(tái)空壓機(jī)持續(xù)加載，但無法產(chǎn)生足夠的壓縮空氣，當(dāng)母管壓力低于0.69 MPa時(shí)，另1臺(tái)空壓機(jī)自動(dòng)加載。而2臺(tái)空壓機(jī)加載產(chǎn)生的壓縮空氣又超出了需要的制氣量，當(dāng)母管壓力高于0.8 MPa時(shí)第2臺(tái)自動(dòng)卸載（單位時(shí)間內(nèi)使用的壓縮空氣量不恒定且無法控制，因此無法設(shè)計(jì)出恒定的制氣量，只能依靠空壓機(jī)的加、卸載切換來實(shí)現(xiàn)）。第2臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行的電流曲線如圖2所示。

可見，空壓機(jī)在20 s內(nèi)要完成一次加、卸載的切換。以該公司使用的阿特拉斯GA132空氣壓縮機(jī)為例，其加載、卸載的切換是依靠卸荷閥控制的。工作原理[1]如圖3、圖4所示。

圖3為加載狀態(tài)，控制氣流由進(jìn)氣孔進(jìn)入，產(chǎn)生壓力作用在活塞右側(cè)。同時(shí)線圈帶電吸合，氣流經(jīng)連接管路也產(chǎn)生壓力作用在活塞左側(cè)，在兩端形成同樣的壓力。此時(shí)活塞在彈簧作用力下被推進(jìn)活塞室內(nèi)部，控制氣流經(jīng)主活塞供氣孔進(jìn)入主活塞室形成壓力，推動(dòng)主活塞，空壓機(jī)進(jìn)入加載狀態(tài)。圖4為卸載狀態(tài)，線圈失電閉合，控制氣流產(chǎn)生壓力只作用在活塞右側(cè)，其壓力大于彈簧推力，控制氣流無法流向主活塞而經(jīng)乏氣排氣孔排出，空壓機(jī)進(jìn)入卸載狀態(tài)?；钊墓ぷ鳝h(huán)境溫度為75～95℃。在這樣高溫環(huán)境下，活塞每20 s完成控制加、卸載的2次動(dòng)作，其使用壽命由正常情況的1年縮短為不足10天。

2 解決方案

經(jīng)測量，6號(hào)、7號(hào)機(jī)組壓縮空氣系統(tǒng)中空壓機(jī)出口至干燥機(jī)進(jìn)口母管容積僅為0.1 m3，而阿特拉斯GA132空氣壓縮機(jī)的制氣量為22.8 m3/min，2臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)加載時(shí)，制氣量即為43.6 m3/min，該系統(tǒng)中運(yùn)行的空氣干燥機(jī)為森潔40組合式，額定處理量為40 m3/min。系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，在機(jī)組用氣量較小時(shí)可以滿足要求。2008年起，隨用氣設(shè)備增加，該系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)上述故障。

該系統(tǒng)中壓縮空氣的壓力為0.75 MPa，即空氣壓縮比為1:7.5。隨系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備老化，額定處理量為40 m3/min的空氣干燥機(jī)以35 m3/min計(jì)算，當(dāng)2臺(tái)空壓機(jī)加載時(shí)，母管內(nèi)壓力升降時(shí)間應(yīng)為：

式中：T為母管壓力升降時(shí)間，min；V為空壓機(jī)出口至干燥機(jī)進(jìn)口母管容積，m3；δ為空氣壓縮比；V1為2臺(tái)空壓機(jī)加載制氣量，m3；V2為干燥機(jī)處理量，m3。計(jì)算可得母管壓力升降時(shí)間8.4 s，也就是說，第2臺(tái)空壓機(jī)會(huì)在16.8 s內(nèi)完成一次加、卸載的切換。計(jì)算得出的結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行中的監(jiān)測數(shù)據(jù)一致。

在式（1）中，壓縮比δ、制氣量V1及干燥機(jī)處理量V2在不更換設(shè)備的情況下都是不可改變的，能改變的只有空壓機(jī)出口至干燥機(jī)進(jìn)口母管容積V。現(xiàn)存的工況無法滿足機(jī)組的安全運(yùn)行需要，必須增大母管壓力升降時(shí)間T，以保證空壓機(jī)出口至干燥機(jī)進(jìn)口母管壓力不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)暴增暴跌，使產(chǎn)生的壓縮空氣盡可能平穩(wěn)的流向并通過空氣干燥機(jī)。

在實(shí)際運(yùn)行中，2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行的空氣壓縮機(jī)1臺(tái)持續(xù)加載，另1臺(tái)約每次加載5 min即轉(zhuǎn)入約20 min的卸載狀態(tài)，產(chǎn)生的壓縮空氣可滿足系統(tǒng)運(yùn)行需要。因此，如果增大母管容積V，就可避免2臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)加載時(shí)其中1臺(tái)不會(huì)短時(shí)間內(nèi)在加、卸載狀態(tài)間切換，壓力趨于平穩(wěn)。此時(shí)產(chǎn)生的壓縮空氣會(huì)平穩(wěn)地通過空氣干燥機(jī)，輸出的壓縮空氣氣壓也趨于平穩(wěn)。

為此，公司將閑置的檢修用檢修儲(chǔ)氣罐串聯(lián)在空壓機(jī)出口至干燥機(jī)進(jìn)口母管上，使母管容積增大了6 m3。系統(tǒng)如圖5所示（虛線區(qū)域內(nèi)為新增加設(shè)備）。

隔離閥1，2，3，4用于當(dāng)某臺(tái)干燥機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行隔離檢修，單向閥1，2，3，4用于切換干燥機(jī)運(yùn)行時(shí)避免壓縮空氣倒流，聯(lián)絡(luò)門1，2用于當(dāng)緩沖儲(chǔ)氣罐出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行隔離檢修。此時(shí)，母管壓力升降時(shí)間為8.5 min，完全滿足系統(tǒng)運(yùn)行需要，投用后母管壓力曲線如圖6所示。在這種工況下，空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣平穩(wěn)流過干燥機(jī)，儀用氣壓穩(wěn)定維持在0.73 MPa。同時(shí)，空壓機(jī)頻繁加、卸載的現(xiàn)象完全消失，卸荷閥切換正常，活塞的磨損情況也恢復(fù)正常。

3 結(jié)束語

針對(duì)儀用氣壓無法穩(wěn)定維持及空壓機(jī)頻繁加、卸載的故障，分析得知，母管容積過小、造成空壓機(jī)頻繁加、卸載是其直接原因。在空壓機(jī)母管增加緩沖儲(chǔ)氣罐后，使壓縮空氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加合理，解決了頻繁加、卸載的故障。

[1]李 申.壓縮空氣凈化原理及設(shè)備[M].浙江：浙江大學(xué)出版社，2005.