占建華　王培駿　周敏

【摘 要】高壓氮氣系統(tǒng)，作為氮氣系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)， 用于安注箱充壓及備用高壓氮氣充瓶。而膜壓機是高壓氮氣系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其技術(shù)性能對高壓氮氣系統(tǒng)及中壓安注系統(tǒng)（安注箱）有一定的影響。由于機組使用時間久，逐漸老化，磨損及漏油嚴(yán)重，啟機操作困難，膜壓機出力效能降低，機組未設(shè)連鎖保護系統(tǒng)，無法保證機組與工作人員安全；原備品備件采購困難，渠道不暢，備件都為非原廠貼牌生產(chǎn)，無法有效保證質(zhì)量要求；近年來電廠大修期間，膜壓機向安注箱充壓時間延長，需要將近10天左右，已經(jīng)逐漸影響電廠大修主線，本文針對膜壓機存在的問題，進行分析與改造，達到降低設(shè)備故障，提高充氮效率，保障機組與人員安全，保證大修工期按計劃完成的目的。

【關(guān)鍵詞】膜壓機；升級改造；磨損；大修主線

中圖分類號： TH45 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）26-0035-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.014

Upgrading of Membrane Presses

ZHAN Jian-hua WANG Pei-jun ZHOU Min

（Qinshan nuclear power，Jiaxing Zhejiang 314000，China）

【Abstract】High-pressure nitrogen system，as a subsystem of nitrogen system，is used for filling tank and reserve high-pressure nitrogen filling bottle.Membrane compressor is one of the key equipments in high pressure nitrogen system，its technical performance has certain influence on high pressure nitrogen system and medium pressure injection system（injection box）.Unable to ensure the safety of the unit and staff；original spare parts procurement difficulties， unobstructed channels，spare parts are non-original factory label production，can not effectively guarantee quality requirements；in recent years，during the overhaul of power plants，membrane compressor to the charging time of the ampoule tank extended，needs about 10 days，has gradually affected the main line of overhaul of power plants，this paper Aiming at the existing problems of membrane press，the paper analyzes and reforms them，so as to reduce the equipment failure，improve the nitrogen filling efficiency，ensure the safety of units and personnel，and ensure that the overhaul period is completed as planned.

【Key words】Membrane press；Upgrading；Wear；Mainline of overhaul

1 前言

G2V-5/200型膜壓機從1987年開始投入使用，隨著使用年限的增加，設(shè)備逐漸老化，雖然能啟動運行但操作困難，由于設(shè)備磨損及漏油嚴(yán)重，膜壓機出力效能降低，近年來電廠大修期間，膜壓機向安注箱充壓時間延長，需要近10天左右，已逐漸影響電廠大修主線，而且此膜壓機是80年代產(chǎn)品，現(xiàn)廠家已經(jīng)推出新產(chǎn)品，原備品備件采購困難，渠道不暢，備件都為非原廠貼牌生產(chǎn)，無法有效保證質(zhì)量要求.為便于操作人員操作，保障機組與人員安全，縮短安注箱充氮時間，提出了膜壓機升級改造。

2 概述

2.1 氮氣系統(tǒng)

功能：10#氮氣系統(tǒng)為電廠各生產(chǎn)廠房提供0.4MPa和5Mpa高壓氮氣，其中高壓氮氣供01#廠房安注箱增壓用氣；低壓氮氣正常輸出壓力控制在0.31～0.47Mpa，高壓氮氣運行向安注箱充壓時總管壓力控制在≤5Mpa，10只氮氣瓶平常儲存15Mpa的高壓氮氣。

2.2 中壓安注系統(tǒng)

功能：一回路失水情況下，注入冷水，淹沒堆芯，冷卻燃料組件，確保堆芯的幾何形狀和完整性；在二回路蒸汽管道破裂的情況下，其首先注入的高濃度硼酸水所引入的負(fù)反應(yīng)性可以補償由于一回路的溫度效應(yīng)而引入的正反應(yīng)性；補償一回路流體損失，特別是當(dāng)化容系統(tǒng)失效時，保證穩(wěn)壓器的水位。

當(dāng)一回路失去冷卻劑，且其壓力降至4.9Mpa（主系統(tǒng)壓力低于安注箱壓力時自動注入）以下時，它能在最短的時間內(nèi)把含硼量為2400ppm的硼酸水注入到反應(yīng)堆內(nèi)，淹沒堆芯，防止堆芯燃料元件熔化和反應(yīng)堆重返臨界。主要有2組（每組2臺并聯(lián)）安注箱，及相應(yīng)管道、閥門和儀表組成。

技術(shù)規(guī)格書要求：每組（兩臺并聯(lián)）兩個反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的安注箱必須滿足下列可運行要求：安注箱內(nèi)充氮壓力維持在4.5～4.9MPa（46～50kgf/cm2）。

2.3 原膜壓機存在的問題

油缸中的油液有一部分會通過活塞環(huán)與缸壁及環(huán)槽的間隙泄漏到曲軸箱中，膜片破裂，氣體（氮氣）進入油液中，影響機組安全運行。

機器各部件接合處普通存在漏油現(xiàn)象，平時停機后也會有油從接縫處緩慢滲出，最終機器旁形成一圈膜壓機油。目前油缸油壓表下放氣閥處，因為經(jīng)常開關(guān)使閥孔擴大了，現(xiàn)在運行時一直關(guān)不嚴(yán)會漏油，現(xiàn)場運行場面較差。

進氣壓力低（0.05MPa），氮氣儲槽出口壓力在0.4Mpa左右，膜壓機因設(shè)備結(jié)構(gòu)原因，進氣壓力不能過高，增設(shè)了減壓系統(tǒng)，增加了成本。

設(shè)備老化，缺陷增多，各部件磨損大，活塞間隙大，效率明顯降低，出力小，給系統(tǒng)充壓時間不斷變長，短大修期間一旦故障影響大修主線進程的風(fēng)險加大。OT-116大修安注箱充氮時間用了將近8天，使用了600多瓶氮氣瓶（因有閥門內(nèi)漏，一般需要400瓶左右），充氮時間久，影響大修主線，OT-116安注箱充氮壓力與時間見圖2-1，OT-116膜壓機相關(guān)缺陷見表2-1。

圖2-1 OT-116安注箱充氮壓力與時間

圖片說明：安注箱A與B、C與D曲線重疊：安注箱分為2組（A與B、C與D），膜壓機出口分兩條充氮管線，每條充氮管線同時往兩個箱子充氮，所以壓力差別很小，曲線幾乎重疊，詳見圖3-3氮氣流程圖。

表2-1 OT-116膜壓機缺陷表

啟機操作復(fù)雜，開機前需手動給油腔加油（一級油腔與二級油腔）、盤車排油，開機時一級缸油壓無法短時間內(nèi)調(diào)整好，需要依據(jù)經(jīng)驗判斷進行綜合調(diào)整，開機后其補償油泵總是出力不足，然后需要在放氣螺栓、出口管接頭等處放油（氣），這樣將補償油泵調(diào)整好，使一二級油缸能有足夠的油壓。

機組未設(shè)連鎖保護系統(tǒng)，無法保障機組與人員安全。

3 膜壓機的改造

3.1 改造原因

由于膜壓機年限較長，活塞間隙變大，出力明顯下降；本身磨損嚴(yán)重，每次開膜壓機都會大量的漏油造成一大堆油外漏在地等原因；膜壓機自動化程度很低，運行人員開啟膜壓機往往需要經(jīng)驗、技術(shù)上的能力，啟動時間不可控，若單從操作說明上已無法開啟機器；不具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲能力，不具備自動報警啟停保護功能，需要操作人員時時現(xiàn)場監(jiān)管，增加人為操作失誤的風(fēng)險和浪費人力資源；每次大修安注箱充壓，都在7天以上，目前都快近10天，因此短大修期間，因膜壓機故障而影響大修主線進程的風(fēng)險變大，針對原膜壓機出現(xiàn)的這些問題，決定對2臺膜壓機進行更換改造。

3.2 改造情況

目前1#膜壓機已經(jīng)改造完畢，可以投入使用；2#膜壓機還在改造中。

3.3 改造后膜壓機的介紹

改造后的膜壓機由美國PDC公司生產(chǎn)，型號為PDC-3-600-3000。工作原理圖如圖3-1所示，機油壓力和曲柄角的對照圖如圖3-2所示：

圖3-1 原理圖

圖3-2 機油壓力和曲柄角的對照圖

a.吸氣沖程，液壓活塞向下死點移動，機頭空腔中的壓力降低，膜片向空腔底部移動。

b.當(dāng)空腔中的壓力低于壓縮機入口壓力時，進氣單向閥打開，氣體進入空腔，這時的曲柄角約為45°。

c.氣體繼續(xù)流入空腔直到活塞到達下死點。

d.之后活塞反方向運動，進氣單向閥關(guān)閉，壓縮過程開始。

e.當(dāng)空腔中的壓力超過壓縮機的排氣壓力時，排氣單向閥打開，氣體流出壓縮機，這時的曲柄角約為225°。

f.氣體繼續(xù)流出直到活塞到達上死點，之后活塞反向運動，重復(fù)前面的循環(huán)。

g.壓縮機裝有一個曲軸驅(qū)動的注油泵，在吸氣沖程注油泵將液壓油注入機頭的空腔中。

h.注油泵補償了系統(tǒng)中油的損失，以及正常運行時泄壓閥中不斷置換的油。油路泄壓閥壓力設(shè)定值略高于壓縮機出口壓力，使膜片可以接觸到空腔頂部，并保證整個空腔中充滿氣體。當(dāng)膜片接觸到空腔頂部時，液壓活塞還未抵達上死點，在這一過程，油壓繼續(xù)升高，達到泄壓閥壓力設(shè)定值時，泄壓閥打開。泄壓閥的打開意味著壓力達到最高值，此時的曲柄角剛好360°。

與原膜壓機相比，增加了以下性能：

三膜片檢漏系統(tǒng)：金屬隔膜壓縮機每級都有一個檢漏系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可以檢測到膜片的故障（膜片破裂），氣體或油的泄漏。膜片的故障可能會導(dǎo)致污染物顆粒進入氣體或油路系統(tǒng)，空腔內(nèi)的水汽凝結(jié)，或壓縮機機頭螺栓無法正常夾緊。中間膜片上刻有泄漏槽，以便于泄漏的介質(zhì)可以流入泄漏室。如果膜片破裂，氣體或者油將穿過裂紋，經(jīng)過泄漏槽進入泄漏室。隨著氣體和油的聚集，壓力逐漸上升，壓力開關(guān)設(shè)定值為15psig，當(dāng)泄漏室壓力到達15psig，s壓力開關(guān)通過控制連鎖停機，從壓力表中可以觀察到因泄漏而產(chǎn)生的壓力。

進氣管道安裝進氣過濾器：凈化工藝氣體，保護相關(guān)設(shè)備不被污染。

排氣量升高：額定排氣壓力不變的情況下，將排氣量從5m3/h提高至10m3/h。

遠(yuǎn)程監(jiān)控：實現(xiàn)膜壓機運行參數(shù)（排氣量、排氣壓力）和報警信號遠(yuǎn)傳至10#廠房控制室（變更設(shè)計上有此項功能，目前還沒有實現(xiàn)）。

增加控制連鎖功能：出口壓力高、冷卻水流量低、電機超載、檢漏系統(tǒng)、潤滑油壓力低等會觸發(fā)停機信號，保證機組安全。

3.4 運行情況

進氣壓力提高：原膜壓機從氮氣儲槽出口（0.4MPa）經(jīng)減壓閥（0.05MPa）進入，減壓閥旁路閥（D4-15）關(guān)閉；新膜壓機氮氣儲槽出口經(jīng)減壓閥旁路閥進入（0.3～0.4MPa）.氮氣流程圖如圖3-3

圖3-3 氮氣流程圖

排氣壓力升高：原膜壓機活塞間隙變大，其出力已明顯下降，運行時排氣壓力在4～5MPa之間，新膜壓機正常運行時出口壓力下降至5MPa后程序?qū)⒆詣蛹虞d運行，達到20MPa后會保護自停。

啟機操作簡單：只需連續(xù)兩次在膜壓機控制柜上按“點動”按鈕2-3秒，即可完成注油操作，啟動膜壓機（一鍵式啟動功能）。

安注箱充氮速度提升：OT-117大修1#膜壓機總共運行了大約3天，使用了260多瓶氮氣瓶，如果兩臺新膜壓機投入運行，可能不需要使用氮氣瓶，減少人力、物力的損耗，保障人身安全安，OT-117的安注箱充氮壓力與時間見圖3-4。

4 改造后膜壓機運行與維護

4.1 目的

保證機組經(jīng)常處于良好的技術(shù)狀態(tài)，隨時可以投入運行，減少機組故障，減少機組磨損，減少停機維修時間，提高機組完好率、利用率，提高機組安全性能，延長機組使用壽命。

4.2 啟動驗證

由于振動會引起相對運動，相對運動又會導(dǎo)致壓縮機軸承的接觸腐蝕，每隔20～30天要轉(zhuǎn)動一下飛輪，以修復(fù)軸承滾珠與座圈之間的油膜，從而避免軸承和其他表面間的接觸腐蝕。

功能：檢測故障及驗證其可運行性。

注意事項：膜壓機啟動出口壓力緩慢上升后，打開放空閥D4-23半圈，確保膜壓機出口壓力不超過5MPa.

存在問題：啟動驗證每月執(zhí)行一次，類似于定期試驗，缺乏相應(yīng)的操作細(xì)則，缺少相關(guān)參考數(shù)據(jù)，對故障缺少判斷依據(jù)。建議增加試驗規(guī)程，增加相應(yīng)的試驗驗收準(zhǔn)則。

4.3 維護項目及時間

維護項目及時間如表4-1所示。

5 總結(jié)

通過本次改造，膜壓機操作簡單、維護方便；自動化程度高的控制系統(tǒng)充分地保證了設(shè)備的安全運行；高效的泄漏檢測體系避免了工藝氣體污染，壓力輸出穩(wěn)定，安注箱充氮速度提升，充氮時間縮短，保證大修進度。

【參考文獻】

[1]PDC金屬隔膜壓縮機操作手冊.

[2]G2V-5/200型膜氏壓縮機說明書.

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[5]趙盛基，壓縮機膜片破裂原因分析及預(yù)防措施[J].齊魯石油化工，1998（ql）：301-303.