AP1000核电厂压缩空气系统（CAS）空压机频繁加卸载问题及解决方案

吴 越，陈建旭，汤 君

（山东核电有限公司，山东 海阳 265116）

AP1000核电厂压缩空气系统（CAS）空压机频繁加卸载问题及解决方案

吴 越，陈建旭，汤 君

（山东核电有限公司，山东 海阳 265116）

文章对AP1000核电厂压缩空气系统（CAS）调试过程中空压机出现的频繁加卸载问题进行了描述，分析了空压机频繁加卸载是由于压缩空气系统工艺系统设计不合理引起的；文章从问题原因出发提出了三种不同的解决方案，并对每个方案的技术细节进行了介绍，其中方案一和方案三都在海阳核电现场进行了实际验证，实践证明方案是可行的，能够很好地解决空压机频繁加卸载问题。方案二由于海阳现场不具备条件，未进行试验；频繁加卸载问题的解决实现了CAS系统的稳定和安全运行，保障了用户用气的可靠性。该文对于后续AP1000核电厂压缩空气系统的设计有一定的借鉴意义。

空压机；加卸载；解决方案

压缩空气和仪用空气系统（CAS）是第三代核电AP1000的一个工艺子系统[1]。CAS是核电厂的辅助系统，为各个系统的气动阀、气动泵、气动风阀和气动工具提供合格的压缩空气。CAS系统分为仪用空气子系统和厂用空气子系统，由压缩机、干燥器、储气罐、管道和阀门组成，压缩机正常运行模式为加载运行和卸载运行，加载和卸载的控制信号来自压缩机出口的压力传感器，当压力达到0.93 MPa时，压缩机会自动卸载运行，停止向下游用户供气；当压力降低至0.86 MPa时，压缩机加载运行，向下游用户供气。

1 压缩机频繁加卸载

在CAS系统调试过程中，压缩机出现了频繁加载和卸载的现象，加载和卸载时间都在10s以内，压缩机频繁加卸载的原因是CAS系统压缩机加卸载压力控制信号取压点的选取不合理导致的，CAS系统布置简图如图1所示。

如图压缩机加卸载的信号来自压缩机出口压力传感器，由该传感器检测到的压力值来控制压缩机加载和卸载，加载压力值为0.86 MPa，卸载压力值为0.93 MPa。

由于压缩机第二级疏水电磁阀在压缩机加载和卸载时都会排气并且干燥器再生塔再生泄压时也会排气，造成压缩机到逆止阀之间的管道在很短的时间内压力会下降，由于干燥器和储气罐之间有一个逆止阀，储气罐内大量的压缩空气不能弥补压缩机到逆止阀之间管道压力下降的瞬态，压缩机出口压力传感器检测到压力下降至0.86 MPa时，压缩机加载，此时储气罐内的空气压力是很高的，在很短的时间内该管道又重新加压，压缩机出口压力瞬间升至0.93 MPa，压缩机出口压力传感器控制压缩机卸载，这样的工况导致了压缩机的频繁加卸载，海阳现场压缩机加卸载时间大约在几秒钟。

图1 CAS系统布置简图Fig.1 Simplified layout of CAS system

这样非常短时间的频繁加载和卸载对压缩机设备非常不利，尤其是对压缩机的进气阀和排气阀以及控制进气阀的液压缸及电磁阀等设备，因为在压缩机加载和卸载的时候这些设备都在动作，设备在很短的时间频繁动作会缩短设备的寿命，并且长时间频繁加卸载会改变压缩机进气蝶阀的开度，使压缩机卸载时进气蝶阀的开度比原来更小，从而增加压缩机在卸载时的入口真空度，如果该真空度达到0.09 MPa，压缩机就会自动跳机停运，这是压缩机的一个保护停机信号，这个情况在海阳1号机组压缩机运行过程中出现过多次，因此为了延长压缩机设备的使用寿命并且使压缩机能够稳定运行，需要解决压缩机频繁加卸载问题。

2 解决方案

压缩机频繁加卸载问题的解决还是要从触发加卸载问题的原因出发，一是需要改变压缩机加卸载压力控制信号的取压点，CAS系统设计的目的就是向用户提供流量、压力满足要求的压缩空气，因此压缩机应该根据用户的实际用气量来加载和卸载运行；第二是需要给干燥器和压缩机提供持续压缩空气以保证干燥器的再生循环排气和压缩机第二级疏水排气，因为逆止阀的存在，在压缩机卸载运行时，干燥器将没有压缩机空气进行再生，如果没有持续的压缩空气给干燥器进行再生用气消耗，干燥器露点将持续升高，导致供给用户的压缩空气露点不合格，基于以上原则有如下三种方案可解决压缩机频繁加卸载问题。

2.1 方案一

将压缩机加载和卸载信号取压点从压缩机出口改到储气罐后的母管上，通过用户的实际需求量来控制压缩机加载和卸载，可以通过一个压力开关将母管实际压力送至压缩机内部PLC来控制加卸载，同时用一个一寸的管道将干燥器和储气罐之间的逆止阀跨接，用储气罐内的压缩空气来满足干燥器和压缩机第二级疏水阀持续消耗的压缩空气，由于压缩机第二级疏水电磁阀是失电开启的，因此需要在跨接管道上安装一个失电关闭的电磁阀，以保证全厂失电后储气罐内的压缩空气不会从压缩机第二级电磁阀排出，这个电磁阀的设计是基于CAS系统仪用空气子系统纵深防御功能的，因为在AP1000核电厂全厂失去交流电源的情况下，柴油机启动到带载仪用压缩机需要4 min，因此CAS仪用空气子系统2个储气罐设计需要提供至少4 min的压缩空气给核安全相关的气动阀门用气，从而给备用柴油机的启动并带载压缩机提供时间，流程简图见图2。

图2 方案一流程简图Fig.2 Simplified flow of scheme 1

此方案经过了海阳AP1000核电厂CAS系统调试的实际验证，频繁加卸载时间明显改善，加载和卸载时间分别都在3 min左右。

本方案的执行需要选取以下元器件：

压力开关，将压力开关的定值调整为在母管压力为0.93 MPa时触点断开，使得压缩机卸载，在母管压力为0.86 MPa时，触点闭合，使得压缩机加载；

电磁阀，失电关闭的电磁阀，电磁阀的电源为交流电，可取至干燥器内的交流电源，当全厂失电时，压缩机停运，电磁阀自动关闭，以防止储气罐的压缩空气从压缩机第二级疏水电磁阀排出，满足仪用压缩空气的纵深防御功能；

一个空气开关，用于切换压缩机的远程和内部加卸载控制方式，空气开关闭合，导通压缩机PLC远程加卸载控制功能，开关断开，切断远程加卸载控制，恢复压缩机出口传感器内部控制加卸载，这样的好处是在远程加卸载出现问题时，能够切换到压缩机内部加卸载；

2芯控制电缆及配套的保护套管，用于将压力开关信号送至压缩机内部PLC；

1英寸的不锈钢管道，用于旁通干燥器和储气罐之间的逆止阀。

2.2 方案二

压缩机加卸载信号取压点还是在储气罐后的母管上，和方案一相同，区别就是将一寸的跨接管道取消，在压缩机和干燥器之间安装另外一个储气罐，一般称为湿罐，用这个储气罐来满足干燥器和压缩机第二级疏水阀持续消耗的压缩空气，这个方案对系统的改造相对较大，需要在压缩机和干燥器之间有足够空间来安装湿式储气罐，并且需要对系统供气主管道进行设计改造，重新布局，施工难度相对较大，预计实施方案的费用相比方案一也较多，海阳核电厂由于CAS系统压缩机和干燥器之间没有足够的空间再安装一个湿式储气罐，因此未对本方案进行试验，但是本方案在一些已运行的火电厂压缩空气系统已投运。

2.3 方案三

拆除图1中干燥器和储气罐之间的逆止阀阀芯，这样压缩机、干燥器、储气罐和用户之间就是贯通的。储气罐的压缩空气不仅能向下游用户供气，也能够反向给压缩机和干燥器的排气用气，这样就不用改变压缩机加卸载控制的取压点，该方案对系统的改造较小，简单易行，效果也不错。在海阳做试验时，加卸载时间也明显改善，大约2 min左右。但是该方案的缺点是在核电厂全厂失电事故时，储气罐的压缩空气会不断从压缩机的第二级疏水电磁阀排出，导致储气罐内储存的压缩空气不断流失，破坏CAS仪用空气子系统的纵深防御功能；针对厂用空气子系统，该方案是可行的，因为厂用空气系统的用户没有核安全相关的设备，没有纵深防御功能，失去全厂交流电源的情况下也不需要柴油机带载运行。

3 结论

CAS系统设计的目的是为下游用户提供合格压力和流量的压缩空气，压缩机是否加载向下游供气应该取决于用户的实际用气情况，因此将压缩机加载和卸载控制取压点设置在储气罐后是一个合理的选择，这样能彻底解决压缩机频繁加卸载问题，不仅满足了设计的原则也能够延长压缩机设备的使用寿命，仪用空气子系统推荐使用方案一，厂用空气子系统推荐使用方案三，本文提出的方案可以作为后续AP1000核电机组CAS系统的设计提供一些借鉴。

[1] 林诚格. 非能动安全先进核电厂AP1000[M]. 北京：原子能出版社，2008.

LIN Cheng-ge. Passive Safety Advanced Nuclear Power Plant AP1000 [M]. Beijing: Atomic Energy Press, 2008.

The Frequently Loading and Unloading Problems and Solutions for the Compressed and Instrument Air System (CAS) in AP1000 NPP

WU Yue, CHEN Jian-xu, TANG Jun
(Shandong Nuclear Power Co.,Ltd., Haiyang, Shandong Prov. 265116,China)

This thesis analyzes the reasons for frequently loading and unloading problems occurring in the CAS commissioning tests for the AP1000 nuclear power plant, which turned out to be caused by the illogical mechanical system design. Three resolutions are put forward in details, of which, the first and third resolution are proved to be feasible in practice when Haiyang NPP was tested. The second resolution has not yet been tested since Haiyang site are not ready. Solution of this frequently loading and unloading problem ensures not only the stable and safe operation of CAS, but gas-supplying reliability for its users. This thesis can also be usedfor reference when CAS needs to be re-designed in new-build AP1000 nuclear power plants.

compressor; loading and unloading; solution

TM623 Article character: A Article ID:1674-1617(2016)04-0329-04

TM623

A

1674-1617(2016)04-0329-04

2016-10-21

吴 越（1984—），男，四川成都人，工程师，工学硕士，从事核电厂工艺系统调试和运行工作。