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。