核电站空压机常见的故障分析诊断与维修

核电站空压机常见的故障分析诊断与维修

陈希飞,高黄彬 ,姜铂洋,孙童语 ,褚大航,徐震,王冲

福建福清核电有限公司  福建 福清  350300

摘要：要延长核电站空压机的寿命，是目前工业行业发展、实现节能减排、减少生产成本的重要手段，因此受到极大的关注。核电站同一个类型的机械设备，由于设计水平、使用环境、维修单位的运营等不同的影响，核电站空压机的使用寿命也受到一定的影响。因此要针对核电站空压机设备的设计、制造、安装、运行、保养、维修全过程进行合理的管理，才能发挥延长机械寿命的效果。空气压缩机就是通过空气压缩来提高气体压力、实现输送气体的机器，常用于钢铁、电力、冶金、 纺织、矿山、军工科技、汽车工业等领域中，为各种阀门和设备提供动力。本文针对核电站空压机常见的问题进行分析，并且分析问题的解决办法，以此来保证设备的安全运行，延长核电站空压机的使用寿命。

关键词：核电站；空压机；常见故障；诊断维修

核电站空压机主要为核电站中的相关系统提供气源，从而保证核电站安全、稳定的运行。由于单机组设置高压空压机，因此空压机的运行状态等十分关键。为了保证空压机安全运行，就要针对空压机中的故障进行研究，评估故障前后的数据变化来判断故障点，结合检修中各种零部件的问题，找到故障发生的根本原因，从而制定合理的维修方案。核电站的空压机能够压缩空气系统，为厂房防排烟系统厂房防排烟系统提供压缩空气，厂房防排烟系统厂房防排烟系统能够自动启动和非能动运行，为主控室提供可以呼吸的空气，使主控室中的气压相比周围环境为正压，避免气溶胶污染物进入到主控室中，因此空压机的安全运行状态对核电站有重要意义。

一、空压机设备

某核电站一期工程采用的四级往复式压缩机，最大的输出压力为35MPa，容积流量为1897L/min。压缩机为T形，空气流转状态见图1。空气通过入孔过滤器进入到一级压缩机中，通过压缩后的空气流经一级冷却器进入到二级压缩机。一级、二级压缩机采用的差动活塞总成由同一连杆来带动以及压缩过程为二级吸气的过程，一级吸气过程则为二级压缩过程[1]。空气通过二级压缩和冷却后就进入到了三级压缩机中，三级压缩机与二级和一级压缩机呈90°角摆设，四级压缩机与三级压缩机则为180°摆放，从而形成一个T形的结构。实际压缩机由统一曲轴驱动，通过皮带则有380V的电动机驱动。压缩机中的压缩缸与压缩后的空气由轴流风机来提供冷却风源，每一级压缩机后都连接冷却器，空气通过前三级冷却后则随着一级汽水分离器排除冷凝水，第四级冷却器为油水分离器，用于排出压缩空气中的油水混合液[2]。

1-入口过滤器；2-一级压缩机；3-二级压缩机；4-三级压缩机；5-四级压缩机；6-以及冷却器；7-二级冷区器；8-三级冷却器；9-实际冷却器；10-一级气水分离器；11-二级气水分离器；12-三级气水分离器；13-油水分离器；14-一级安全阀；15-二级安全阀；16-三级安全阀；17-排气安全阀；18～25-疏水阀组

图1  压缩空气流程图

二、对核电站空压机高温报警故障分析

（一）故障现象

压缩空气高压子系统决定了正常状态下高压空压机处于停运的状态，若是某高压气源漏气或电站运行消耗则需要充气的时候则恢复运行，手动打开隔离阀，设备由高压储气罐给予供气。高压储气罐的压力下降的时候，压缩机启动后向高压储气罐进行充气。在设备调试的时候，由于厂房防排烟系统需要频繁的进行试验，高压气体会有很大的消耗，空压机运行时间也会明显增长。在高压储气罐充气的过程中，空压机连续运行40小时后发生了高温预警并且停机。检查时空压机已经停止运行。空压机西侧检测门打开，冷凝水储存箱排放阀连接输水管，跨过了检修门与厂房地漏连接[3]。就地检查后发现：压缩机与冷却器都无明显的异常，盘动传送皮带也没有卡顿的问题，工作人员关闭了检修门，重新启动空压机，发现三、四级压缩机的气温快速上升，运行20min左右，三级压缩机的温度升高到180℃，然后空压机停止了运行。同时，停运后工作人员听到了漏气声断电后打开检修门，发现漏气声从四级压缩机的机头传出，有一台冷却风机的皮带发生断裂。

调取高压空压机正常运行以及故障停机的排气温度数据。从空压机启动后半小时温度稳定后到运行18h之间，每隔5min获取一次数值，一共获取70个数值，见图2；从故障停机前15h到故障停机后2h之间，每隔5min获取一次数值，一共获取68个数值。从图2的分析可以发现，在空压机正常运行状态下，排气温度最高的为第三级压缩机，温度控制在154～157℃，二级压缩机的排气温度在140℃左右，一级压缩机的排气温度在130℃左右，四级压缩机的排气温度在120℃左右。根据图3的分析，在第7个数据上四级压缩机的温度处于不断上涨的状态，也就是故障停机当日的零点左右，第25个数据是四级压缩机温度曲线与一级压缩机温度曲线的交叉点，这时的排气温度在130℃左右

[4]。然后，第四级压缩机和第四级压缩机的排气温度不断升高，在第58个数据点位置，第三级和第四级压缩机排气温度都明显上升，最高达到了220℃，第四级压缩机排气温度达到了190.5℃后出发了停机信号，导致空压机停机，随后压缩机温度持续上升2min达到了198℃后下降。

图2  正常运行下各级压缩机排气温度曲线

图3  故障停机时各级压缩机排气温度曲线

图4数据是空压机故障停机之前的15h到故障停机后的2h之间，每隔5min获取一个温度值和压力值，一共获取了73个数值。通过图4数据变化可知，温度快速上涨的起点与压力停止快速上涨的起点重合。

图4  故障停机时四级压缩机排气温度与排气压力曲线

（二）原因分析及检修对策

导致压缩机运行发生排气温度异常的原因包括：中间冷却效率降低、气阀漏气以及活塞环漏气、压缩机冷源不足。本文研究的压缩机为空冷式压缩机，一级、二级冷却器为翅片管式换热器，三级和四级冷却器属于盘管式冷却器，带有两个皮带传动的轴流冷却风机。检查后发现换热器无异常，西侧的风机有一条传送皮带断裂，主要为一级和四级冷却器以及压缩机本体提供冷却风源。运行中工作人员未听到异常声响，停运后第四级压缩机机头的位置出现了漏气声音，并且第四级排气温度明显升高与空压机排气压力快速升高的时间相吻合，从而判断第四级压缩机出现了故障，风机皮带断裂导致空压机进风量较差，压缩机的散热能力因此降低[5]。

根据以上问题，对第四级压缩机进行解体处理，由于第三级压缩机排气温度为200℃，会对压缩机金属部件和金属特性造成影响，高温也会导致润滑油的碳化，检修方案就是将第三级压缩机阀头部分、第四级压缩机气缸部门阀头部门进行解体检查，然后发现：第一，第四级压缩机的排气阀由于高温氧化、润滑油碳化而变色，密封圈老化严重。第二，第四级压缩机进排气阀波浪式簧片失去了弹性。第三，四级压缩机进气阀盘破裂。第四，四级压缩机活塞衬套、活塞、活塞环由于高温氧化以及润滑油碳化而出现了变色。第五，第三级压缩机进排气阀受到高温氧化和润滑油碳化而发生变色。通过检查后对部件进行修复，不可修复的则进行更换。维修完成后，确定压缩机运行无异常则正式投入运行。

三、小结

    根据对故障原因的分析、检查和维修，也要制定定期保养对策，按照运维手册的时间和检查项目的保养计划进行设备的维护与保养，不可随意改变设备的运行状态，尽量加大厂房的通风量，降低厂房环境温度，为设备运行提供良好的环境。

参考文献：

[1]李刚.浅谈螺杆式空压机常见故障及处理措施[J].中国设备工程,2022(14):178-180.

[2]张振东,张聪泰.减少空压机排气温度高故障停机的措施[J].冶金动力,2021(06):58-60+64.

[3]王宇. 基于数据驱动的空压机故障诊断与性能预测系统研究[D].上海应用技术大学,2021.

[4]倪利明. 空压机远程故障诊断与预测技术[D].浙江理工大学,2020.

[5]鲁春燕,李炜.基于深度置信网络的炼化空压机故障诊断方法[J].化工学报,2019,70(02):757-763.