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        空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)改造與應(yīng)用

        2021-06-04 03:32:58耿中意
        科技視界 2021年12期

        耿中意

        (中核核電運(yùn)行管理有限公司運(yùn)行三處,浙江 海鹽314300)

        1 概述

        1.1 空氣壓縮機(jī)工作原理

        秦二廠所用空氣壓縮機(jī)為低噪聲,油潤滑,水冷箱式螺桿型空氣壓縮機(jī)組,型號為2R-250-10,分低壓缸和高壓缸兩級壓縮,出口為無油,無波動壓縮空氣,最大工作壓力為10bar,ZC廠房內(nèi)的每個(gè)空氣壓縮機(jī)都封在一個(gè)絕熱箱內(nèi),它主要由以下幾部分組成:空氣過濾器、低壓轉(zhuǎn)子、中間冷卻器、高壓轉(zhuǎn)子、后冷卻器、電動機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪罩、安全閥和控制系統(tǒng)。

        空壓機(jī)從大氣取氣,經(jīng)空氣過濾后,由低壓轉(zhuǎn)子壓縮后,經(jīng)中間冷卻器冷卻后,送到高壓轉(zhuǎn)子,高壓轉(zhuǎn)子出口經(jīng)消音器,逆止閥后,送至后冷卻器冷卻,進(jìn)入除油過濾器。高壓轉(zhuǎn)子出口,當(dāng)管網(wǎng)壓力高時(shí),由電磁閥控制,經(jīng)消音器后直接排向大氣。當(dāng)中間冷卻器或后冷卻器由于故障壓力達(dá)到安全排放壓力時(shí),自動排向大氣。油泵,低壓轉(zhuǎn)子,高壓轉(zhuǎn)子由機(jī)械連接并由同一電機(jī)帶動,潤滑油泵從油箱抽油至油泵,經(jīng)油冷卻器冷卻后過濾,用以潤滑各軸承及轉(zhuǎn)子。

        壓縮機(jī)組由閉路冷卻水對其進(jìn)行冷卻。閉路冷卻水分兩路,一路經(jīng)油冷卻器冷卻潤滑油,再依次冷卻一級壓縮機(jī)高壓轉(zhuǎn)子流體。另一路經(jīng)中間冷卻器和后冷卻器冷卻壓縮空氣后,返回至閉路冷卻水出口。冷卻后的壓縮空氣,冷凝水由自動或手動冷凝水排放閥排軸。其工作原理圖如圖1所示[1]。

        1.2 冷卻系統(tǒng)功能及組成

        0SAP壓空冷卻回路為壓空機(jī)提供冷卻,保障壓空機(jī)組各部分溫度在正常范圍以內(nèi),避免因溫度高而導(dǎo)致壓空機(jī)停運(yùn),從而為機(jī)組正常生產(chǎn)和供應(yīng)壓空。系統(tǒng)包括3臺冷卻水泵、2臺冷卻塔、2套冷凍水機(jī)組及1臺膨脹水箱等設(shè)備,所有設(shè)備都位于ZC廠房[2]。

        圖1 空氣壓縮機(jī)原理圖

        1.3 系統(tǒng)存在的問題及缺陷

        1.3.1 設(shè)備老化、故障率高

        目前,0SAP壓空冷卻回路采用冷卻塔水機(jī)和冷組混聯(lián)運(yùn)行方式,冷水機(jī)組包括壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器以及一些輔助設(shè)備等。該型號冷水機(jī)組存在質(zhì)量差、型號老舊的情況,并且冷凍水機(jī)組只在夏季投入運(yùn)行,其他季節(jié)停運(yùn),機(jī)組內(nèi)部設(shè)備出現(xiàn)銹蝕、老化嚴(yán)重等多問題。同時(shí)冷凍水機(jī)組啟動困難,需要維修人員短接油壓低信號才能啟動,運(yùn)行時(shí)故障率高,近期出現(xiàn)的401KR蒸發(fā)器老舊,導(dǎo)致?lián)Q熱不均勻,經(jīng)常產(chǎn)生高壓報(bào)警,引起跳機(jī)。跳機(jī)后無法第一時(shí)間啟動,需要儀控人員短接信號,對壓空機(jī)的運(yùn)行非常不利。另外,0SAP401/402KR兩臺機(jī)組夏季不能滿足符合要求,因自我保護(hù)經(jīng)常產(chǎn)生高壓報(bào)警,引起跳機(jī),并且0SAP冷凍水機(jī)組采用R22制冷劑,R22制冷劑對環(huán)境臭氧層破壞嚴(yán)重,已逐漸被取締。長期運(yùn)行以來,原開式冷卻塔內(nèi)部零件銹蝕嚴(yán)重,導(dǎo)致冷卻水水質(zhì)惡化,銹渣隨著冷水系統(tǒng)的循環(huán),進(jìn)入到冷卻水泵體內(nèi),在泵運(yùn)行期間,細(xì)小的銹渣沿軸的方向向外移動,進(jìn)而影響機(jī)封的運(yùn)行,嚴(yán)重時(shí)造成機(jī)封漏水甚至燒壞。

        1.3.2 冷卻塔投運(yùn)過程中,冷卻塔容易被吸空

        由于冷卻塔回路水裝量較小,在日常切換和做隔離過程中控制困難,容易出現(xiàn)冷卻塔被吸空現(xiàn)象,2018年,1#機(jī)組在對0SAP402AF實(shí)施臨時(shí)摘牌操作,并配合機(jī)械人員投運(yùn)0SAP402AF進(jìn)行再鑒定,在投運(yùn)過程中,由于操作同步性很難掌握,0SAP401AF被吸空,0SAP壓空機(jī)因失去冷卻水而跳閘,導(dǎo)致機(jī)組失去壓空,當(dāng)班值響應(yīng)迅速,及時(shí)恢復(fù)冷卻水供應(yīng)并迅速啟動壓空機(jī)組,壓空供應(yīng)恢復(fù)正常。

        1.3.3 單塔隔離時(shí),冷卻水泵容易吸氣

        冷卻塔回路隔離時(shí)存在較大風(fēng)險(xiǎn),運(yùn)行現(xiàn)場人員執(zhí)行巡檢任務(wù)時(shí),發(fā)現(xiàn)被隔離的冷卻塔出現(xiàn)吸氣現(xiàn)象,原因是被隔離的冷卻塔出口閥門無法保證嚴(yán)密,導(dǎo)致冷卻水泵吸氣,如不及時(shí)發(fā)現(xiàn),嚴(yán)重時(shí)也會導(dǎo)致冷卻水?dāng)嗨?,壓空機(jī)組停運(yùn)。

        1.3.4 兩個(gè)冷卻塔供水調(diào)配困難,補(bǔ)水閥容易卡塞

        兩個(gè)冷卻塔經(jīng)常出現(xiàn)供水不均現(xiàn)象,很難調(diào)配均勻,需要花費(fèi)大量時(shí)間才能調(diào)配均勻,給運(yùn)行人員帶來極大麻煩。并且冷卻塔回路補(bǔ)水浮球閥容易卡死不能正常動作,由于冷卻塔為開式布置,回路水分蒸發(fā)迅速,如果補(bǔ)水回路不能正常工作,冷卻水會很快蒸發(fā)掉,進(jìn)而導(dǎo)致冷卻水?dāng)嗨?/p>

        綜上所述,目前冷卻塔和冷水機(jī)組已不能保證機(jī)組安全生產(chǎn)需求,存在多處隱患,為保證高溫天氣壓控機(jī)組的正常運(yùn)行,需要對冷卻回路進(jìn)行改造。

        2 改造方案

        本次改造是對空氣壓縮機(jī)房冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行改造,冷卻水系統(tǒng)新增兩臺開式冷卻塔(13.5 kW,380V)代替原來的開式冷卻塔和冷水機(jī)組,新增的開式冷卻塔可以全年為空氣壓縮機(jī)提供所需的冷卻水。新增的兩臺開式冷卻塔布置在ZC廠房外,每臺開式冷卻塔可以為兩臺空氣壓縮機(jī)組提供冷卻水,在正常運(yùn)行情況下,兩臺開式冷卻塔一用一備,在負(fù)荷高峰時(shí),ZC子項(xiàng)的設(shè)備會全部投入工作。新增開式冷卻塔旁布置管溝,冷卻塔溢流及疏排水經(jīng)管溝排至雨水井,冷卻塔出水管經(jīng)管溝進(jìn)入冷卻水泵房間,經(jīng)過過濾器后進(jìn)入冷卻水泵,泵出口冷卻水經(jīng)ZC廠房內(nèi)管溝送至各空氣壓縮機(jī)冷卻。新增開式冷卻塔及相應(yīng)閥門、管道均采用不銹鋼材質(zhì),從而消除原冷卻塔及不見銹蝕老化問題。取消并拆除原屋頂開式冷卻塔和冷水機(jī)組、膨脹水箱0SAP431BA(該水箱支架已經(jīng)嚴(yán)重腐蝕,存在傾倒風(fēng)險(xiǎn)),與之相連的管道、閥門一并拆除,取消冷卻水泵入口電動閥(0SAP551/561/571VT)及空氣壓縮機(jī)冷卻水入口電動閥門(0SAP417/427/437/447VT),僅保留手動閥,剩余冷卻水管道均更換為不銹鋼管,更換范圍為:冷卻水泵入口母管及泵進(jìn)出口管道(保留至泵出入口伸縮節(jié)),冷卻水泵出口母管、各空氣壓縮機(jī)冷卻水進(jìn)出口管道、空壓機(jī)冷卻水出口母管,涉及材質(zhì)替換的管道保留原管道布置方式和走向,適當(dāng)降低泵出口母管的安裝高度(降低至1.7~2.0m之間,具體高度根據(jù)現(xiàn)場管道和泵出口閥門安裝情況進(jìn)行調(diào)整)。原冷卻水泵進(jìn)出口手動閥、壓空機(jī)冷卻水進(jìn)出口手動閥均更換為不銹鋼閥門,三個(gè)冷卻水泵出口壓力儀表根閥更換為不銹鋼閥門,并增加排氣支管及排氣閥0SAP401/402/403VT。本次變更涉及的外部接口主要是冷卻塔水源,一路正常補(bǔ)水水源來自SER(接至0XCA016VD下游,從SER進(jìn)入ZC廠房管道經(jīng)異徑彎頭連接),一路備用水源來自SEP(使用三通接至0SEP907VT下游),與ZC廠房原有SER、SEP管道連接,正常由SER供水,由于管道為不銹鋼材質(zhì),不必特意進(jìn)行水化學(xué)控制,定期進(jìn)行排污,若SER停運(yùn),采用SEP供水,必須控制SEP水使用時(shí)間,SER可用后要進(jìn)行沖洗。

        報(bào)警、控制及電氣回路,冷卻塔設(shè)故障停機(jī)報(bào)警和水槽液位過高、過低報(bào)警,在就地控制柜上顯示,并送主控綜合報(bào)警0SAP906AA,報(bào)警信號按原有冷卻塔故障信號路徑接入,原冷卻塔故障信號取消,接入新的冷卻塔故障信號。冷卻水泵出口母管上設(shè)就地流量計(jì),用于顯示冷卻水流量,冷卻水供回水管上設(shè)有就地壓力表和溫度計(jì),以指示空氣壓縮機(jī)進(jìn)出口冷卻水的壓力和溫度,僅用于指示,不參與連鎖控制,取消泵出口溫度計(jì)0SAP401/402/403LT。冷卻塔通過就地控制柜控制啟停,新增冷卻塔控制柜0SAP005AR安裝在0SAP003AR旁,不設(shè)自動停機(jī)聯(lián)鎖,水槽液位過低連鎖停運(yùn)冷卻塔電加熱器。新增冷卻塔的電源從冷卻塔配套的控制柜0SAP005AR引出,0SAP005AR由兩路電源供電,分別來自0LKW001TB的0LKW1341JA和0LKW002TB的0LKW2241JA,控制柜內(nèi)可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)冷卻塔分開供電。

        3 運(yùn)行注意事項(xiàng)及合理化建議

        3.1 冷卻塔投運(yùn)注意事項(xiàng)

        參照原冷卻塔及相鄰3#/4#機(jī)組5SAP冷卻塔運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),雖然改造后冷卻塔水裝量增加不少,但是冷卻塔投運(yùn)過程中還是出現(xiàn)過冷卻水?dāng)嗨畬?dǎo)致壓空機(jī)跳機(jī)事件,液位調(diào)節(jié)過程中還是存在風(fēng)險(xiǎn):(1)節(jié)流過多導(dǎo)致冷卻水流量過低,會因冷卻不足引起壓空機(jī)跳機(jī);(2)冷卻塔液位過低,導(dǎo)致冷卻水管道進(jìn)氣,冷卻水給水出口壓力低于0.2 MPa會直接導(dǎo)致運(yùn)行壓空機(jī)跳機(jī)。1#/2#機(jī)組新增加的冷卻塔的水箱容積擴(kuò)容,水箱長度約3 m,寬2.28 m,高1.4 m,水箱溢流口距離地面1.9 m,水箱容積的增大減少了冷卻塔被吸空的風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)本次技改在兩個(gè)冷卻塔水箱之間增加了聯(lián)通管線,管線直徑16.8 cm,這樣可以很好避免兩個(gè)冷卻塔流量偏差較大時(shí),避免一個(gè)溢流而另一個(gè)被吸空,雖然水箱擴(kuò)容和增加連通管線一定程度上減少斷水風(fēng)險(xiǎn),但是不能完全杜絕,例如:夏季高溫天氣,如果需要投運(yùn)第二個(gè)冷卻塔,或者執(zhí)行冷卻塔之間定期切換操作,在節(jié)流原運(yùn)行冷卻塔流量時(shí),會存在冷卻水流量偏小,導(dǎo)致冷卻水溫度升高的風(fēng)險(xiǎn),因?yàn)橐淹_\(yùn)冷卻塔進(jìn)水管線一開始沒有達(dá)到水實(shí)體狀態(tài),無法建立虹吸流量,流量較小,這個(gè)時(shí)候如果不注意冷卻水流量,貿(mào)然節(jié)流原運(yùn)行冷卻塔流量,可能導(dǎo)致冷卻水溫度上漲,所以執(zhí)行冷卻塔投運(yùn)操作時(shí),操作過程一定要慢,要等冷卻水流量平穩(wěn)后再操作閥門,不可操之過急,整個(gè)過程比較耗時(shí)。

        3.2 單塔隔離時(shí)注意事項(xiàng)

        在執(zhí)行一臺冷卻塔隔離檢修操作時(shí),如果水箱水需要放空,那么連通閥必須保證隔離嚴(yán)密,避免冷卻水流失,同時(shí),注意已隔離冷卻塔的出口閥隔離嚴(yán)密,防止隔離不嚴(yán)導(dǎo)致冷卻水泵吸入空氣。

        3.3 合理化建議

        3.3.1 進(jìn)水管線上增加流量計(jì)

        建議在每個(gè)進(jìn)水管線上增加一臺流量計(jì),方便在投運(yùn)冷卻塔或者調(diào)平兩臺冷卻塔流量時(shí)精準(zhǔn)控制閥門開度,避免通過不斷摸索來調(diào)節(jié)冷卻塔液位,減少操作時(shí)間。

        3.3.2 每個(gè)冷卻水箱上增加就地液位計(jì)

        建議在每個(gè)冷卻水箱上增加就地液位計(jì),方便運(yùn)行人員及時(shí)關(guān)注運(yùn)行冷卻塔液位,同時(shí)在投運(yùn)冷卻塔時(shí)也可以幫助運(yùn)行人員了解水箱液位變化。

        3.3.3 冷卻塔進(jìn)風(fēng)口加裝過濾器

        由于本次增加的冷卻塔為逆流開式塔,風(fēng)機(jī)向上排風(fēng),冷卻塔兩側(cè)進(jìn)風(fēng),環(huán)境中各種沙塵及其他固體顆粒會進(jìn)入冷卻水中,會加大冷卻水泵前置過濾器負(fù)擔(dān),同時(shí)如果雜志進(jìn)入機(jī)封,還可能導(dǎo)致機(jī)封損壞,建議在冷卻塔進(jìn)風(fēng)口加裝過濾裝置,過濾掉環(huán)境中的一部分雜質(zhì)。

        3.3.4 增加一臺冷卻水泵

        原冷卻塔設(shè)計(jì)在ZC廠房屋頂,冷卻水箱液面距離地面有8 m,新增加冷卻水箱溢流口距離地面1.9 m,水泵入口壓頭少了6 m水柱,參照3#/4#機(jī)組,建議增加一臺冷卻水泵,夏季高溫天氣,可以保持三臺冷卻水泵運(yùn)行,一臺備用,其他季節(jié)保持兩臺運(yùn)行,一臺第一備用,一臺第二備用。

        4 結(jié)語

        綜上所述,建議:(1)增加一臺冷卻水泵;(2)在兩臺冷卻水箱上加裝就地液位計(jì);(3)在冷卻塔進(jìn)水管線增加就地流量計(jì);(4)在冷卻塔進(jìn)風(fēng)口加裝空氣過濾器;(5)在執(zhí)行冷卻塔投運(yùn)及切換操作時(shí),注意冷卻水流量變化,避免冷卻水流量減小導(dǎo)致水溫上升;(6)執(zhí)行單塔隔離時(shí),注意聯(lián)通閥及冷卻塔出口閥隔離嚴(yán)密,避免冷卻水流失及冷卻水泵吸入空氣。

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