某發(fā)電機組壓縮空氣母管壓力頻繁波動問題分析與改造

梁 梅

(江蘇徐塘發(fā)電有限責任公司，江蘇邳州221300)

作為控制動力之一，壓縮空氣具有非常重要的作用，是氣動儀表和控制設(shè)備的動力源。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)定運行的必要指標（GB/T13277-91一般表示壓縮空氣質(zhì)量等級）。發(fā)電企業(yè)采用2臺或更多機組共用一套壓縮空氣系統(tǒng)的方式，這就對壓縮空氣的品質(zhì)提出了更高的要求。很多實際應用中，當壓縮空氣系統(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）和后處理設(shè)備（干燥機）的制氣量和處理量仍能滿足時，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、7號機組壓縮空氣系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)氣壓無法維持及空壓機頻繁加、卸載等故障。氣壓最低時僅能維持0.55 MPa，遠遠低于機組安全運行要求的0.65 MPa。對系統(tǒng)各測點數(shù)據(jù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，空氣壓縮機出口至空氣干燥機進口之間的母管壓力波動頻繁（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。而此時氣壓卻無法維持，即空壓機產(chǎn)生的壓縮空氣短時間內(nèi)在空壓機和干燥機之間的母管聚積，導致壓力暴增暴跌，但干燥機出口卻無法產(chǎn)生足夠的壓縮空氣。為盡量維持輸出壓力，只能開啟干燥機的旁路系統(tǒng)，讓一部分壓縮空氣不經(jīng)過干燥機直接輸出。這樣必然導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。氣動設(shè)備大部分同時存在電氣元器件、引線，一旦進入的壓縮空氣含有水分，其危害極大。

空壓機的加、卸載是根據(jù)母管壓力自動切換的。以該公司為例：1臺空壓機持續(xù)加載，但無法產(chǎn)生足夠的壓縮空氣，當母管壓力低于0.69 MPa時，另1臺空壓機自動加載。而2臺空壓機加載產(chǎn)生的壓縮空氣又超出了需要的制氣量，當母管壓力高于0.8 MPa時第2臺自動卸載（單位時間內(nèi)使用的壓縮空氣量不恒定且無法控制，因此無法設(shè)計出恒定的制氣量，只能依靠空壓機的加、卸載切換來實現(xiàn)）。第2臺空壓機運行的電流曲線如圖2所示。

可見，空壓機在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)，控制氣流由進氣孔進入，產(chǎn)生壓力作用在活塞右側(cè)。同時線圈帶電吸合，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。此時活塞在彈簧作用力下被推進活塞室內(nèi)部，控制氣流經(jīng)主活塞供氣孔進入主活塞室形成壓力，推動主活塞，空壓機進入加載狀態(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，空壓機進入卸載狀態(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、7號機組壓縮空氣系統(tǒng)中空壓機出口至干燥機進口母管容積僅為0.1 m3，而阿特拉斯GA132空氣壓縮機的制氣量為22.8 m3/min，2臺空壓機同時加載時，制氣量即為43.6 m3/min，該系統(tǒng)中運行的空氣干燥機為森潔40組合式，額定處理量為40 m3/min。系統(tǒng)設(shè)計之初，在機組用氣量較小時可以滿足要求。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)運行設(shè)備老化，額定處理量為40 m3/min的空氣干燥機以35 m3/min計算，當2臺空壓機加載時，母管內(nèi)壓力升降時間應為：

式中：T為母管壓力升降時間，min；V為空壓機出口至干燥機進口母管容積，m3；δ為空氣壓縮比；V1為2臺空壓機加載制氣量，m3；V2為干燥機處理量，m3。計算可得母管壓力升降時間8.4 s，也就是說，第2臺空壓機會在16.8 s內(nèi)完成一次加、卸載的切換。計算得出的結(jié)果與實際運行中的監(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出口至干燥機進口母管容積V?，F(xiàn)存的工況無法滿足機組的安全運行需要，必須增大母管壓力升降時間T，以保證空壓機出口至干燥機進口母管壓力不會在短時間內(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。

在實際運行中，2臺同時運行的空氣壓縮機1臺持續(xù)加載，另1臺約每次加載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)運行需要。因此，如果增大母管容積V，就可避免2臺空壓機同時加載時其中1臺不會短時間內(nèi)在加、卸載狀態(tài)間切換，壓力趨于平穩(wěn)。此時產(chǎn)生的壓縮空氣會平穩(wěn)地通過空氣干燥機，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氣罐串聯(lián)在空壓機出口至干燥機進口母管上，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用于當某臺干燥機出現(xiàn)故障時進行隔離檢修，單向閥1，2，3，4用于切換干燥機運行時避免壓縮空氣倒流，聯(lián)絡門1，2用于當緩沖儲氣罐出現(xiàn)故障時進行隔離檢修。此時，母管壓力升降時間為8.5 min，完全滿足系統(tǒng)運行需要，投用后母管壓力曲線如圖6所示。在這種工況下，空壓機產(chǎn)生的壓縮空氣平穩(wěn)流過干燥機，儀用氣壓穩(wěn)定維持在0.73 MPa。同時，空壓機頻繁加、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正常。

3 結(jié)束語

針對儀用氣壓無法穩(wěn)定維持及空壓機頻繁加、卸載的故障，分析得知，母管容積過小、造成空壓機頻繁加、卸載是其直接原因。在空壓機母管增加緩沖儲氣罐后，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：浙江大學出版社，2005.