基于延長核電站空壓機壽命研究與應用

【摘要】延長設備使用壽命，是當今工業(yè)生產(chǎn)中提倡節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率，作為一項重要的舉措越來越受到重視并逐漸成為新趨勢。

在核電站同一類型的機械設備，由于設計水平，制造質(zhì)量，使用環(huán)境以及使用維修單位的生產(chǎn)運營，技術管理水平各不相同，其使用壽命會有很大的差別。因此，機械設備的研究，設計，制造，安裝直至運行，保養(yǎng)和維修的全過程，都有責任為延長機械的壽命做貢獻。本文以核電站空壓機技術理論、性能特點為依據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，分析影響其使用壽命主要因素，通過分析其潛在問題，找出解決問題的方式方法并應用于生產(chǎn)中，以達到延長核電站空壓機使用壽命，提高設備運行安全可靠性。

【關鍵詞】無油螺桿空氣壓縮機；低壓轉(zhuǎn)子；高壓轉(zhuǎn)子；干罐

1.前言

空氣壓縮機，是一種將空氣壓縮從而提高氣體壓力或輸送氣體的機器，主要用于鋼鐵、電力、冶金、造船、紡織、礦山、輕工業(yè)、軍工科技、汽車工業(yè)及基礎設施等領域，為不同的工具、閥門、設備提供動力。無油螺桿壓縮機作為一種高效，節(jié)能環(huán)保的通用機械，在石油化工、核電、食品醫(yī)藥等行業(yè)應用范圍十分廣泛。

2.無油螺桿空壓機的主要特點

（1）可靠性高：無油螺桿壓縮機結(jié)構簡單、易損件少，因此運轉(zhuǎn)持續(xù)性強，可靠性高，大修間隔期可達4～8萬小時。（2）操作維護方便：無油螺桿壓縮機采用微電腦控制，自動化程度高，運行人員不必經(jīng)過長時間的專業(yè)培訓，可實現(xiàn)無人值守運轉(zhuǎn)。（3）穩(wěn)定性好：無油螺桿壓縮機沒有不平衡慣性力，可實現(xiàn)無固定基礎平穩(wěn)高速運轉(zhuǎn)，特別適合于空間小、安裝要求低的廠區(qū)。（4）適應性強：無油螺桿壓縮機具有排氣量大，排氣壓力范圍廣，在要求苛刻的工況下能保持較高的效率。

3.影響核電站主空壓機壽命原因分析

無油螺桿空壓機使用壽命與故障的出現(xiàn)有一定的規(guī)律性，可以用U型曲線來表示，見圖1.圖中F（t）表示故障率。區(qū)域Ⅰ為早期故障，故障主要由產(chǎn)品本身的設計問題、材料缺陷等原因引起的。早期故障特點是發(fā)生故障概率較高，但隨著運行時間的積累，故障發(fā)生的次數(shù)將會減少，設備逐步進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。區(qū)域Ⅱ為偶然故障期，表示設備進入穩(wěn)定工作狀態(tài)，故障只是隨機發(fā)生，這期間的特點是空壓機運行穩(wěn)定，故障率最低。這個階段的長短，直接決定了空壓機的使用壽命。區(qū)域Ⅲ為損耗故障期，曲線呈急劇上升趨勢。隨著運行時間的延長，空壓機零部件的老化、磨損等使故障頻繁出現(xiàn)，有效的維護可以延緩設備進入這一工作階段的時間。中廣核目前在建項目紅沿河核電站，寧德核電站，陽江核電站空壓機均采用空壓機行業(yè)品牌知名度比較高的阿特拉斯ZR系列無油螺桿空壓機，但在2012年三個項目空壓機高壓主機例行檢查中發(fā)現(xiàn)高壓主機陰陽轉(zhuǎn)子均出現(xiàn)輕微涂層的剝落，均屬于U型曲線初期Ⅰ階段，處于設備運行安全、經(jīng)濟性的考慮，由公司設備采購與成套中心組織設計、廠家、現(xiàn)場調(diào)試和維修相關人員針對目前寧德核電空壓機高壓轉(zhuǎn)子涂層脫落對空壓機運行的影響進行了綜合分析，分析結(jié)果如下：

1）空壓機高壓轉(zhuǎn)子采用45#鍛鋼，表面噴涂特氟龍，涂層脫落的原因主因是：空壓機貯存的時間比較長，現(xiàn)場環(huán)境濕度比較大。停運時間較長時在現(xiàn)場的環(huán)境條件下易結(jié)露形成小水滴，再次啟動后水滴在轉(zhuǎn)子高速運動中撞擊轉(zhuǎn)子，破壞轉(zhuǎn)子表面涂層。

2）在拆檢空壓機二級排氣管道及二級冷卻器時，發(fā)現(xiàn)管道和二級冷卻器氣路管道內(nèi)均有部分銹蝕物。形成原因是機組在停運期間各連接管道、高壓端主機殼體內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子等部件受潮產(chǎn)生銹蝕物，這些銹蝕物在機組再次啟動階段脫落隨高壓氣流進入主機，主機螺桿在壓縮腔內(nèi)各部分間隙很小，在狹小的腔體內(nèi)經(jīng)高溫灼燒、高轉(zhuǎn)速摩擦影響下極易造成轉(zhuǎn)子表面涂層脫落。

4.延長核電空壓機壽命改進措施

提高空壓機的使用壽命，從U型曲線來分析，主要有兩點：①縮短I區(qū)域的長度，早期故障應及時發(fā)現(xiàn)并解決，使設備的故障率達到或靠近偶然期水平。②保證或延長區(qū)域II的長度，及時更換偶然故障內(nèi)出現(xiàn)失效的易損件。針對中廣核寧德項目空壓機I階段出現(xiàn)的問題，就如何有效避免轉(zhuǎn)子涂層脫落，延長空壓機使用壽命，與會各方進行了詳細的分析和討論，結(jié)合在紅沿河、陽江核電處理此類似問題經(jīng)驗的基礎上，形成如下改造方案，一勞永逸解決制約影響空壓機使用壽命關鍵問題。

1）無油螺桿空壓機在停運期間內(nèi)部會發(fā)生凝結(jié)水聚集，管道、殼體受潮銹蝕，銹蝕物進入主機內(nèi)會加速設備磨損，損壞密封面，影響機組效率，甚至直接造成主機轉(zhuǎn)子卡死。因此逐臺在一級低壓主機排氣端接入DN10不銹鋼管，引入空壓站房內(nèi)干罐干燥的壓縮空氣，并從二級水分離器排出口吹出，在機組停運期間連續(xù)吹掃，置換出二級主機、二級冷卻器、二級氣水分離器及連接管道內(nèi)濕空氣，有效保證了流道內(nèi)部的干燥度，避免發(fā)生銹蝕，杜絕了造成主機涂層剝落的主要原因。見圖2改進措施工藝流程圖。工作原理描述：V1為單向閥，V2為壓力調(diào)節(jié)閥，V3，V4，V5為電磁閥。無油螺桿空壓機工作時各閥門狀態(tài)：V3得電關閉，V4，V5間斷開啟。機組停運時各閥門狀態(tài)：V3失電全開，V2調(diào)整壓力為2-4Bar；V4，V5閥門全開。

2）定期對備機盤車，適時切換。對長期停運或備運機組定期盤車，要確保停運機組一周至少盤車一次，每次盤車時間不少于一分鐘，確保傳動部件靈活自如，避免卡滯。對多臺機組邏輯上合理優(yōu)化，確保每臺機組順序輪換時間不大于一周。

5.結(jié)束語

福建寧德核電站空壓機初期發(fā)現(xiàn)問題經(jīng)過現(xiàn)場改造及設備運行維護方面的優(yōu)化改良后，極大地保證了無油螺桿空壓機壓縮腔內(nèi)部干燥度，徹底消除了由于壓縮腔濕度過大造成主機轉(zhuǎn)子涂層脫落，有力的延長了空壓機的使用壽命，為當今工業(yè)生產(chǎn)中提倡的節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)可靠性提供了有力保障。

參考文獻

[1]崔天生壓縮機安裝與維護西安：西安交通大學，1997.

[2]張松，楊學松.提高空壓機機組運行安全性和可靠性[J].自動化技術與應用，2011，（07）.

[3]譚志華.螺桿式空與壓縮機常見故障及排除方法[J].上海鐵道科技，2011，（02）.

[4]李玉忠.空壓機使用時容易出現(xiàn)的錯誤及螺桿式空壓機常見故障的處理[J].黑龍江科技信息，2011，（23）.

作者簡介

韓彥寧（1976.3-），男，湖北武漢，中級職稱，畢業(yè)于武漢大學經(jīng)管學院項目管理工程碩士專業(yè)，現(xiàn)從事中廣核工程公司核電站調(diào)試工作。