某水電站低壓空壓機(jī)運(yùn)行無反饋原因分析與處理

瞿大林，曠 熊，秦帥飛，羅 浩，賴 超，雷 翔

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

空壓機(jī)是一種用來壓縮氣體以提高氣體壓力的機(jī)械，主要應(yīng)用在采礦、冶金、機(jī)械制造、石油化工、電力生產(chǎn)以及國防工業(yè)等行業(yè)中[1]。隨著氣壓控制和氣動(dòng)控制的應(yīng)用日益廣泛，空壓機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代生產(chǎn)不可缺少的重要設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞嚴(yán)重影響到工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐[2]。

壓縮空氣系統(tǒng)作為水電站全站水輪機(jī)筒閥油壓裝置、調(diào)速器油壓裝置、制動(dòng)風(fēng)閘、檢修用氣等的供氣氣源，是水電站的重要輔助設(shè)備。作為壓縮空氣系統(tǒng)的核心設(shè)備，空壓機(jī)有著極其重要的作用，其工作過程并不復(fù)雜，但啟停、加卸載控制過程有嚴(yán)格的要求[3]。本文主要介紹了某水電站低壓空壓氣系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工作原理、控制流程。針對(duì)該水電站在實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的低壓空壓機(jī)運(yùn)行無反饋問題進(jìn)行了深入分析，并采取措施徹底解決了該問題。本文對(duì)解決低壓空壓機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的類似問題有一定的幫助。

1 低壓空壓氣系統(tǒng)介紹

1.1 低壓空壓氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

某水電站低壓空壓氣系統(tǒng)主要供氣對(duì)象為機(jī)組制動(dòng)用氣、機(jī)組檢修空氣圍帶供氣、機(jī)組檢修用風(fēng)動(dòng)工具用氣、廠房和設(shè)備吹掃用氣、管道清淤吹掃用氣等。

檢修吹掃用氣系統(tǒng)由2臺(tái)額定排氣壓力為0.8 MPa，最大排氣壓力為0.85 MPa，排氣量為12.67 m3/min螺桿式低壓空氣壓縮機(jī)、1只額定壓力為0.8 MPa，容積為4 m3的儲(chǔ)氣罐、控制設(shè)備和供氣管道、閥門等組成。2臺(tái)檢修空氣壓縮機(jī)1臺(tái)工作，1臺(tái)備用。在該水電站主廠房水輪機(jī)層下游墻上布置有貫穿全廠的DN100供氣干管，供氣干管還埋設(shè)到主變洞并貫通全洞。從該干管引接支管至各供氣用戶，在安裝間、發(fā)電機(jī)層、電氣夾層、水輪機(jī)層、水輪機(jī)錐管進(jìn)人廊道、技術(shù)供水設(shè)備室、深井泵房、尾水管操作廊道層和主變洞等部位均設(shè)有檢修用氣氣箱。

制動(dòng)用氣系統(tǒng)由2臺(tái)額定排氣壓力為0.8 MPa，最大排氣壓力為0.85 MPa，排氣量為3.45 m3/min的低壓空氣壓縮機(jī)、2只額定壓力為0.8 MPa，容積為4 m3的儲(chǔ)氣罐、控制設(shè)備和供氣管道、閥門等組成。2臺(tái)制動(dòng)空氣壓縮機(jī)1臺(tái)工作，1臺(tái)備用。同時(shí)，檢修吹掃用氣系統(tǒng)的2臺(tái)低壓空氣壓縮機(jī)也作為機(jī)組制動(dòng)用氣的備用氣源，以確保機(jī)組制動(dòng)用氣的可靠性。在該水電站主廠房水輪機(jī)層下游邊墻上設(shè)有一根貫穿全廠的DN50制動(dòng)用氣供氣主管，并從主管上引支管至各臺(tái)機(jī)組制動(dòng)柜、空氣圍帶柜。低壓空壓氣系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 低壓空壓氣系統(tǒng)圖

1.2 空壓機(jī)的工作原理

螺桿式空壓機(jī)的工作原理就是利用壓縮機(jī)頭的螺旋桿來壓縮油氣的混合液，然后將壓縮后的油氣混合液引人油氣分離器，使其進(jìn)行分離，使油和壓縮空氣分離，產(chǎn)生清潔的壓縮空氣供系統(tǒng)使用[4]，油冷卻以后再次放回到機(jī)頭進(jìn)行循環(huán)使用。

1.2.1 吸氣過程

圖2為螺旋式空壓機(jī)的氣回路圖，圖2中1-8為別進(jìn)氣過濾器、進(jìn)氣控制器、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子、油氣分離罐(儲(chǔ)油罐)、油氣分離器、最小壓力截止閥、后部冷卻器、截止閥?？諌簷C(jī)運(yùn)行過程中，空氣經(jīng)過進(jìn)氣過濾器濾除雜質(zhì)后由進(jìn)氣控制器控制進(jìn)入壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，氣體經(jīng)壓縮后在油氣分離罐內(nèi)將油與空氣利用重力作用進(jìn)行初步分離，再經(jīng)過油氣分離器進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)分離，氣體壓力大于0.35 MPa時(shí)最小壓力截止閥打開，壓縮空氣在后部冷卻器中進(jìn)行冷卻，同時(shí)，空氣中的大部分水蒸汽冷凝成水，隨壓縮空氣一起排出。

圖2 螺旋式空壓機(jī)的氣回路圖

1.2.2 壓縮及噴油過程

空氣進(jìn)入壓縮機(jī)機(jī)頭后便開始進(jìn)行壓縮，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的工作原理基于擠壓原理。陰陽轉(zhuǎn)子側(cè)面輪廓呈螺旋形，在電機(jī)和皮帶機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下互相嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，但并不相互接觸。這樣，進(jìn)入機(jī)頭內(nèi)的空氣在氣流的方向因?yàn)槁菪臻g不斷縮小，使壓力逐漸升高，進(jìn)而達(dá)到所要求的最高壓力。

在壓縮機(jī)機(jī)頭進(jìn)行壓縮的過程中，系統(tǒng)不斷向機(jī)頭噴入機(jī)油，用于散除壓縮熱(冷卻)、密封轉(zhuǎn)子之間以及轉(zhuǎn)子與壓縮室的間隙及潤滑軸承。圖3為螺旋式空壓機(jī)的油回路圖。經(jīng)壓縮的氣體進(jìn)入壓力儲(chǔ)氣罐，在儲(chǔ)氣罐內(nèi)機(jī)油因重力作用而初步分離。在壓縮的同時(shí)，潤滑油會(huì)因?yàn)閴毫Σ钭饔脧亩鴩娙氲綁嚎s室內(nèi)與室內(nèi)的氣體再進(jìn)行混合[5]?；赜突芈飞系臏乜亻y根據(jù)油溫將機(jī)油引入油冷卻器或旁路，這樣可以保持機(jī)油合適的工作溫度。

1.2.3 分離及排氣過程

空氣經(jīng)儲(chǔ)氣罐后，即通過油、氣分離器分離空氣中的殘油。之后通過最小壓力止回閥，該止回閥的作用是在系統(tǒng)壓力達(dá)到0.35 MPa時(shí)閥門打開，這樣可以快

圖3 螺旋式空壓機(jī)的油回路圖

速建立壓力和保證啟動(dòng)階段的潤滑，當(dāng)壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，無回流閥門阻止壓縮空氣從管網(wǎng)倒流回壓縮機(jī)。再經(jīng)過冷卻器使壓縮空氣中的水蒸氣冷卻析出，最后進(jìn)入系統(tǒng)管路，完成排氣過程。

1.3 空壓機(jī)的控制

空壓機(jī)除了配置有本體控制系統(tǒng)外，還設(shè)置了控制柜。正常情況下，空壓機(jī)的本體控制系統(tǒng)置“遠(yuǎn)程/允許”狀態(tài)，由集中控制柜統(tǒng)一進(jìn)行控制。

空壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置有多個(gè)壓力開關(guān)和壓力變送器。以制動(dòng)空壓氣系統(tǒng)為例，當(dāng)儲(chǔ)氣罐注滿空氣后，隨著壓力的下降，當(dāng)壓力低于0.7 MPa時(shí)，1號(hào)壓力開關(guān)將動(dòng)作自動(dòng)啟動(dòng)第1臺(tái)空壓機(jī)，而隨著1號(hào)空壓機(jī)的工作，儲(chǔ)氣罐中的壓力也隨之上升，最終達(dá)到0.8 MPa?？梢钥闯?，在這種情況下，另1臺(tái)空壓機(jī)處于備用狀態(tài)。當(dāng)?shù)蛪簹庀到y(tǒng)出現(xiàn)泄漏或大量用氣時(shí)，儲(chǔ)氣罐的壓力將持續(xù)下降，當(dāng)壓力低于0.6 MPa時(shí)，2號(hào)壓力開關(guān)動(dòng)作啟動(dòng)第2臺(tái)空壓機(jī)。當(dāng)壓力下降低于0.55 MPa時(shí)，3號(hào)壓力開關(guān)動(dòng)作發(fā)出低壓報(bào)警。低壓空壓氣系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。

表1 低壓空壓氣系統(tǒng)主要參數(shù)

2 存在的問題

2號(hào)制動(dòng)空壓機(jī)在加載過程中頻繁報(bào)警“2號(hào)制動(dòng)空壓機(jī)運(yùn)行信號(hào)無反饋”，導(dǎo)致空壓機(jī)啟動(dòng)失敗?，F(xiàn)地檢查2號(hào)制動(dòng)空壓機(jī)本體上紅色報(bào)警指示燈閃爍、空壓機(jī)本體顯示屏上故障代碼“5”(故障代碼5含義為壓縮機(jī)系統(tǒng)壓力過高)，空壓機(jī)控制柜內(nèi)“2號(hào)制動(dòng)空壓機(jī)故障”繼電器指示燈點(diǎn)亮，現(xiàn)地按下故障復(fù)歸按鈕報(bào)警信號(hào)無法復(fù)歸。

3 原因分析

1)空壓機(jī)本體故障。2號(hào)制動(dòng)空壓機(jī)此前定期工作中檢查空壓機(jī)本體無缺陷，油氣分離器有局部的銹蝕(已更換了新的同型號(hào)的油氣分離器)，其他過濾器無堵塞，加載電磁閥動(dòng)作正常，油箱內(nèi)油質(zhì)合格，電機(jī)工作正常，皮帶輪完好，氣水分離器的排污電磁閥可以正常排污，管路各接頭無泄漏，因此排除了空壓機(jī)本體故障的可能。

2)空壓機(jī)本體壓力傳感器故障。若壓力傳感器故障或定值發(fā)生了漂移，壓力節(jié)點(diǎn)信號(hào)不準(zhǔn)確會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)空壓機(jī)啟動(dòng)自動(dòng)保護(hù)程序而報(bào)警。定期工作中對(duì)儲(chǔ)氣罐壓力變送器進(jìn)行校驗(yàn)，整定值正確。因此排除空壓機(jī)本體壓力傳感器故障的可能。

3)氣罐停機(jī)壓力較高?，F(xiàn)場(chǎng)觀察2號(hào)制動(dòng)空壓機(jī)系統(tǒng)壓力高于氣罐和管網(wǎng)的壓力，壓差約0.1 MPa(出口壓力最高達(dá)0.88 MPa，對(duì)應(yīng)儲(chǔ)氣罐壓力為0.78 MPa)，即空壓機(jī)管路內(nèi)的壓力損失達(dá)到0.1 MPa。對(duì)比1號(hào)制動(dòng)空壓機(jī)發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣罐壓力達(dá)0.80 MPa時(shí)，1號(hào)制動(dòng)空壓機(jī)系統(tǒng)壓力為0.83 MPa，管路內(nèi)壓力損失約為0.03 MPa。2臺(tái)空壓機(jī)的管損值有較大差異。

4)氣罐停機(jī)壓力較高。制動(dòng)空壓機(jī)正常停機(jī)的條件：制動(dòng)儲(chǔ)氣罐的壓力達(dá)到停機(jī)壓力整定值0.80 MPa后，壓力信號(hào)反饋至盤柜電氣控制系統(tǒng)，空壓機(jī)自動(dòng)停機(jī)。若制動(dòng)儲(chǔ)氣罐的壓力尚未達(dá)到0.80 MPa，空壓機(jī)系統(tǒng)壓力已達(dá)到停機(jī)壓力保護(hù)值0.85 MPa后，制動(dòng)空壓機(jī)本體保護(hù)程序啟動(dòng)，空壓機(jī)會(huì)自動(dòng)停機(jī)且無信號(hào)反饋至盤柜電氣控制系統(tǒng)，導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)誤認(rèn)為制動(dòng)空壓機(jī)出現(xiàn)故障。

4 處理措施

4.1 降低管路損耗

由于制動(dòng)空壓機(jī)的運(yùn)行特性，每次運(yùn)行時(shí)間較短，僅為3 min左右，導(dǎo)致冷凝水不能及時(shí)排出，沉積在管路內(nèi)壁，以致冷卻器進(jìn)口連接管路內(nèi)壁發(fā)生銹蝕，產(chǎn)生的銹渣被壓縮氣流攜帶進(jìn)入冷卻器內(nèi)部，由于冷卻器內(nèi)部流道截面積較小，銹渣會(huì)在流道中發(fā)生沉積，堵塞流道，導(dǎo)致冷卻器流道有效截面積逐漸變小，壓力損失系數(shù)增大，造成空壓機(jī)本體壓力過高。

因此，后續(xù)在定期工作中對(duì)冷卻器進(jìn)口管路銹蝕情況以及冷卻器內(nèi)部雜質(zhì)堵塞情況進(jìn)行查看，并定期對(duì)管路內(nèi)壁及冷卻器內(nèi)部雜質(zhì)進(jìn)行清理。按照空壓機(jī)維護(hù)說明書2～3年清理冷卻器，修編空壓機(jī)定期工作工序卡，將冷卻器清理頻率明確為2年1次，確保冷卻器暢通，降低管路損耗。

4.2 優(yōu)化系統(tǒng)整定值

制動(dòng)空壓機(jī)本體停機(jī)壓力保護(hù)值為0.85 MPa，該定值設(shè)定較低，與氣罐停機(jī)壓力整定值0.8 MPa較為接近?？紤]到管損的情況，空壓機(jī)極有可能在儲(chǔ)氣罐尚未達(dá)到停機(jī)壓力時(shí)本體保護(hù)動(dòng)作自動(dòng)停機(jī)。

通過現(xiàn)場(chǎng)檢查與對(duì)比，發(fā)現(xiàn)檢修空壓機(jī)未出現(xiàn)這樣的情況，而檢修空壓氣的停機(jī)壓力為儲(chǔ)氣罐壓力達(dá)到0.78 MPa，因此后續(xù)將制動(dòng)空壓機(jī)的停機(jī)壓力也調(diào)整為0.78 MPa。并將制動(dòng)空壓機(jī)本體停止壓力值由0.85 MPa調(diào)整為0.9 MPa。

經(jīng)運(yùn)行觀察，采取上述措施后，未再出現(xiàn)空壓機(jī)運(yùn)行無反饋的情況。

5 結(jié) 語

壓縮空氣系統(tǒng)是水電站的重要輔助設(shè)備，當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)直接影響水電站供氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。文章對(duì)某水電站在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的低壓空壓機(jī)運(yùn)行無反饋問題進(jìn)行了深入分析，并采取措施徹底解決了該問題，對(duì)類似問題的解決有著一定的借鑒意義。