基于延长核电站空压机寿命研究与应用

【摘要】延长设备使用寿命，是当今工业生产中提倡节能降耗、降低生产成本，提高生产率，作为一项重要的举措越来越受到重视并逐渐成为新趋势。

在核电站同一类型的机械设备，由于设计水平，制造质量，使用环境以及使用维修单位的生产运营，技术管理水平各不相同，其使用寿命会有很大的差别。因此，机械设备的研究，设计，制造，安装直至运行，保养和维修的全过程，都有责任为延长机械的寿命做贡献。本文以核电站空压机技术理论、性能特点为依据，结合生产实践经验，分析影响其使用寿命主要因素，通过分析其潜在问题，找出解决问题的方式方法并应用于生产中，以达到延长核电站空压机使用寿命，提高设备运行安全可靠性。

【关键词】无油螺杆空气压缩机；低压转子；高压转子；干罐

1.前言

空气压缩机，是一种将空气压缩从而提高气体压力或输送气体的机器，主要用于钢铁、电力、冶金、造船、纺织、矿山、轻工业、军工科技、汽车工业及基础设施等领域，为不同的工具、阀门、设备提供动力。无油螺杆压缩机作为一种高效，节能环保的通用机械，在石油化工、核电、食品医药等行业应用范围十分广泛。

2.无油螺杆空压机的主要特点

（1）可靠性高：无油螺杆压缩机结构简单、易损件少，因此运转持续性强，可靠性高，大修间隔期可达4～8万小时。（2）操作维护方便：无油螺杆压缩机采用微电脑控制，自动化程度高，运行人员不必经过长时间的专业培训，可实现无人值守运转。（3）稳定性好：无油螺杆压缩机没有不平衡惯性力，可实现无固定基础平稳高速运转，特别适合于空间小、安装要求低的厂区。（4）适应性强：无油螺杆压缩机具有排气量大，排气压力范围广，在要求苛刻的工况下能保持较高的效率。

3.影响核电站主空压机寿命原因分析

无油螺杆空压机使用寿命与故障的出现有一定的规律性，可以用U型曲线来表示，见图1.图中F（t）表示故障率。区域Ⅰ为早期故障，故障主要由产品本身的设计问题、材料缺陷等原因引起的。早期故障特点是发生故障概率较高，但随着运行时间的积累，故障发生的次数将会减少，设备逐步进入稳定工作状态。区域Ⅱ为偶然故障期，表示设备进入稳定工作状态，故障只是随机发生，这期间的特点是空压机运行稳定，故障率最低。这个阶段的长短，直接决定了空压机的使用寿命。区域Ⅲ为损耗故障期，曲线呈急剧上升趋势。随着运行时间的延长，空压机零部件的老化、磨损等使故障频繁出现，有效的维护可以延缓设备进入这一工作阶段的时间。中广核目前在建项目红沿河核电站，宁德核电站，阳江核电站空压机均采用空压机行业品牌知名度比较高的阿特拉斯ZR系列无油螺杆空压机，但在2012年三个项目空压机高压主机例行检查中发现高压主机阴阳转子均出现轻微涂层的剥落，均属于U型曲线初期Ⅰ阶段，处于设备运行安全、经济性的考虑，由公司设备采购与成套中心组织设计、厂家、现场调试和维修相关人员针对目前宁德核电空压机高压转子涂层脱落对空压机运行的影响进行了综合分析，分析结果如下：

1）空压机高压转子采用45#锻钢，表面喷涂特氟龙，涂层脱落的原因主因是：空压机贮存的时间比较长，现场环境湿度比较大。停运时间较长时在现场的环境条件下易结露形成小水滴，再次启动后水滴在转子高速运动中撞击转子，破坏转子表面涂层。

2）在拆检空压机二级排气管道及二级冷却器时，发现管道和二级冷却器气路管道内均有部分锈蚀物。形成原因是机组在停运期间各连接管道、高压端主机壳体内腔和转子等部件受潮产生锈蚀物，这些锈蚀物在机组再次启动阶段脱落随高压气流进入主机，主机螺杆在压缩腔内各部分间隙很小，在狭小的腔体内经高温灼烧、高转速摩擦影响下极易造成转子表面涂层脱落。

4.延长核电空压机寿命改进措施

提高空压机的使用寿命，从U型曲线来分析，主要有两点：①缩短I区域的长度，早期故障应及时发现并解决，使设备的故障率达到或靠近偶然期水平。②保证或延长区域II的长度，及时更换偶然故障内出现失效的易损件。针对中广核宁德项目空压机I阶段出现的问题，就如何有效避免转子涂层脱落，延长空压机使用寿命，与会各方进行了详细的分析和讨论，结合在红沿河、阳江核电处理此类似问题经验的基础上，形成如下改造方案，一劳永逸解决制约影响空壓机使用寿命关键问题。

1）无油螺杆空压机在停运期间内部会发生凝结水聚集，管道、壳体受潮锈蚀，锈蚀物进入主机内会加速设备磨损，损坏密封面，影响机组效率，甚至直接造成主机转子卡死。因此逐台在一级低压主机排气端接入DN10不锈钢管，引入空压站房内干罐干燥的压缩空气，并从二级水分离器排出口吹出，在机组停运期间连续吹扫，置换出二级主机、二级冷却器、二级气水分离器及连接管道内湿空气，有效保证了流道内部的干燥度，避免发生锈蚀，杜绝了造成主机涂层剥落的主要原因。见图2改进措施工艺流程图。工作原理描述：V1为单向阀，V2为压力调节阀，V3，V4，V5为电磁阀。无油螺杆空压机工作时各阀门状态：V3得电关闭，V4，V5间断开启。机组停运时各阀门状态：V3失电全开，V2调整压力为2-4Bar；V4，V5阀门全开。

2）定期对备机盘车，适时切换。对长期停运或备运机组定期盘车，要确保停运机组一周至少盘车一次，每次盘车时间不少于一分钟，确保传动部件灵活自如，避免卡滞。对多台机组逻辑上合理优化，确保每台机组顺序轮换时间不大于一周。

5.结束语

福建宁德核电站空压机初期发现问题经过现场改造及设备运行维护方面的优化改良后，极大地保证了无油螺杆空压机压缩腔内部干燥度，彻底消除了由于压缩腔湿度过大造成主机转子涂层脱落，有力的延长了空压机的使用寿命，为当今工业生产中提倡的节能降耗、降低生产成本，提高生产可靠性提供了有力保障。

参考文献

[1]崔天生压缩机安装与维护西安：西安交通大学，1997.

[2]张松，杨学松.提高空压机机组运行安全性和可靠性[J].自动化技术与应用，2011，（07）.

[3]谭志华.螺杆式空与压缩机常见故障及排除方法[J].上海铁道科技，2011，（02）.

[4]李玉忠.空压机使用时容易出现的错误及螺杆式空压机常见故障的处理[J].黑龙江科技信息，2011，（23）.

作者简介

韩彦宁（1976.3-），男，湖北武汉，中级职称，毕业于武汉大学经管学院项目管理工程硕士专业，现从事中广核工程公司核电站调试工作。