浅析膜压机的升级改造

占建华　王培骏　周敏

【摘 要】高压氮气系统，作为氮气系统的一个子系统， 用于安注箱充压及备用高压氮气充瓶。而膜压机是高压氮气系统中的关键设备之一，其技术性能对高压氮气系统及中压安注系统（安注箱）有一定的影响。由于机组使用时间久，逐渐老化，磨损及漏油严重，启机操作困难，膜压机出力效能降低，机组未设连锁保护系统，无法保证机组与工作人员安全；原备品备件采购困难，渠道不畅，备件都为非原厂贴牌生产，无法有效保证质量要求；近年来电厂大修期间，膜压机向安注箱充压时间延长，需要将近10天左右，已经逐渐影响电厂大修主线，本文针对膜压机存在的问题，进行分析与改造，达到降低设备故障，提高充氮效率，保障机组与人员安全，保证大修工期按计划完成的目的。

【关键词】膜压机；升级改造；磨损；大修主线

中图分类号： TH45 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）26-0035-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.014

Upgrading of Membrane Presses

ZHAN Jian-hua WANG Pei-jun ZHOU Min

（Qinshan nuclear power，Jiaxing Zhejiang 314000，China）

【Abstract】High-pressure nitrogen system，as a subsystem of nitrogen system，is used for filling tank and reserve high-pressure nitrogen filling bottle.Membrane compressor is one of the key equipments in high pressure nitrogen system，its technical performance has certain influence on high pressure nitrogen system and medium pressure injection system（injection box）.Unable to ensure the safety of the unit and staff；original spare parts procurement difficulties， unobstructed channels，spare parts are non-original factory label production，can not effectively guarantee quality requirements；in recent years，during the overhaul of power plants，membrane compressor to the charging time of the ampoule tank extended，needs about 10 days，has gradually affected the main line of overhaul of power plants，this paper Aiming at the existing problems of membrane press，the paper analyzes and reforms them，so as to reduce the equipment failure，improve the nitrogen filling efficiency，ensure the safety of units and personnel，and ensure that the overhaul period is completed as planned.

【Key words】Membrane press；Upgrading；Wear；Mainline of overhaul

1 前言

G2V-5/200型膜壓机从1987年开始投入使用，随着使用年限的增加，设备逐渐老化，虽然能启动运行但操作困难，由于设备磨损及漏油严重，膜压机出力效能降低，近年来电厂大修期间，膜压机向安注箱充压时间延长，需要近10天左右，已逐渐影响电厂大修主线，而且此膜压机是80年代产品，现厂家已经推出新产品，原备品备件采购困难，渠道不畅，备件都为非原厂贴牌生产，无法有效保证质量要求.为便于操作人员操作，保障机组与人员安全，缩短安注箱充氮时间，提出了膜压机升级改造。

2 概述

2.1 氮气系统

功能：10#氮气系统为电厂各生产厂房提供0.4MPa和5Mpa高压氮气，其中高压氮气供01#厂房安注箱增压用气；低压氮气正常输出压力控制在0.31～0.47Mpa，高压氮气运行向安注箱充压时总管压力控制在≤5Mpa，10只氮气瓶平常储存15Mpa的高压氮气。

2.2 中压安注系统

功能：一回路失水情况下，注入冷水，淹没堆芯，冷却燃料组件，确保堆芯的几何形状和完整性；在二回路蒸汽管道破裂的情况下，其首先注入的高浓度硼酸水所引入的负反应性可以补偿由于一回路的温度效应而引入的正反应性；补偿一回路流体损失，特别是当化容系统失效时，保证稳压器的水位。

当一回路失去冷却剂，且其压力降至4.9Mpa（主系统压力低于安注箱压力时自动注入）以下时，它能在最短的时间内把含硼量为2400ppm的硼酸水注入到反应堆内，淹没堆芯，防止堆芯燃料元件熔化和反应堆重返临界。主要有2组（每组2台并联）安注箱，及相应管道、阀门和仪表组成。

技术规格书要求：每组（两台并联）两个反应堆冷却剂系统的安注箱必须满足下列可运行要求：安注箱内充氮压力维持在4.5～4.9MPa（46～50kgf/cm2）。

2.3 原膜压机存在的问题

油缸中的油液有一部分会通过活塞环与缸壁及环槽的间隙泄漏到曲轴箱中，膜片破裂，气体（氮气）进入油液中，影响机组安全运行。

机器各部件接合处普通存在漏油现象，平时停机后也会有油从接缝处缓慢渗出，最终机器旁形成一圈膜压机油。目前油缸油压表下放气阀处，因为经常开关使阀孔扩大了，现在运行时一直关不严会漏油，现场运行场面较差。

进气压力低（0.05MPa），氮气储槽出口压力在0.4Mpa左右，膜压机因设备结构原因，进气压力不能过高，增设了减压系统，增加了成本。

设备老化，缺陷增多，各部件磨损大，活塞间隙大，效率明显降低，出力小，给系统充压时间不断变长，短大修期间一旦故障影响大修主线进程的风险加大。OT-116大修安注箱充氮时间用了将近8天，使用了600多瓶氮气瓶（因有阀门内漏，一般需要400瓶左右），充氮时间久，影响大修主线，OT-116安注箱充氮压力与时间见图2-1，OT-116膜压机相关缺陷见表2-1。

图2-1 OT-116安注箱充氮压力与时间

图片说明：安注箱A与B、C与D曲线重叠：安注箱分为2组（A与B、C与D），膜压机出口分两条充氮管线，每条充氮管线同时往两个箱子充氮，所以压力差别很小，曲线几乎重叠，详见图3-3氮气流程图。

表2-1 OT-116膜压机缺陷表

启机操作复杂，开机前需手动给油腔加油（一级油腔与二级油腔）、盘车排油，开机时一级缸油压无法短时间内调整好，需要依据经验判斷进行综合调整，开机后其补偿油泵总是出力不足，然后需要在放气螺栓、出口管接头等处放油（气），这样将补偿油泵调整好，使一二级油缸能有足够的油压。

机组未设连锁保护系统，无法保障机组与人员安全。

3 膜压机的改造

3.1 改造原因

由于膜压机年限较长，活塞间隙变大，出力明显下降；本身磨损严重，每次开膜压机都会大量的漏油造成一大堆油外漏在地等原因；膜压机自动化程度很低，运行人员开启膜压机往往需要经验、技术上的能力，启动时间不可控，若单从操作说明上已无法开启机器；不具备远程监控和数据存储能力，不具备自动报警启停保护功能，需要操作人员时时现场监管，增加人为操作失误的风险和浪费人力资源；每次大修安注箱充压，都在7天以上，目前都快近10天，因此短大修期间，因膜压机故障而影响大修主线进程的风险变大，针对原膜压机出现的这些问题，决定对2台膜压机进行更换改造。

3.2 改造情况

目前1#膜压机已经改造完毕，可以投入使用；2#膜压机还在改造中。

3.3 改造后膜压机的介绍

改造后的膜压机由美国PDC公司生产，型号为PDC-3-600-3000。工作原理图如图3-1所示，机油压力和曲柄角的对照图如图3-2所示：

图3-1 原理图

图3-2 机油压力和曲柄角的对照图

a.吸气冲程，液压活塞向下死点移动，机头空腔中的压力降低，膜片向空腔底部移动。

b.当空腔中的压力低于压缩机入口压力时，进气单向阀打开，气体进入空腔，这时的曲柄角约为45°。

c.气体继续流入空腔直到活塞到达下死点。

d.之后活塞反方向运动，进气单向阀关闭，压缩过程开始。

e.当空腔中的压力超过压缩机的排气压力时，排气单向阀打开，气体流出压缩机，这时的曲柄角约为225°。

f.气体继续流出直到活塞到达上死点，之后活塞反向运动，重复前面的循环。

g.压缩机装有一个曲轴驱动的注油泵，在吸气冲程注油泵将液压油注入机头的空腔中。

h.注油泵补偿了系统中油的损失，以及正常运行时泄压阀中不断置换的油。油路泄压阀压力设定值略高于压缩机出口压力，使膜片可以接触到空腔顶部，并保证整个空腔中充满气体。当膜片接触到空腔顶部时，液压活塞还未抵达上死点，在这一过程，油压继续升高，达到泄压阀压力设定值时，泄压阀打开。泄压阀的打开意味着压力达到最高值，此时的曲柄角刚好360°。

与原膜压机相比，增加了以下性能：

三膜片检漏系统：金属隔膜压缩机每级都有一个检漏系统，这一系统可以检测到膜片的故障（膜片破裂），气体或油的泄漏。膜片的故障可能会导致污染物颗粒进入气体或油路系统，空腔内的水汽凝结，或压缩机机头螺栓无法正常夹紧。中间膜片上刻有泄漏槽，以便于泄漏的介质可以流入泄漏室。如果膜片破裂，气体或者油将穿过裂纹，经过泄漏槽进入泄漏室。随着气体和油的聚集，压力逐渐上升，压力开关设定值为15psig，当泄漏室压力到达15psig，s压力开关通过控制连锁停机，从压力表中可以观察到因泄漏而产生的压力。

进气管道安装进气过滤器：净化工艺气体，保护相关设备不被污染。

排气量升高：额定排气压力不变的情况下，将排气量从5m3/h提高至10m3/h。

远程监控：实现膜压机运行参数（排气量、排气压力）和报警信号远传至10#厂房控制室（变更设计上有此项功能，目前还没有实现）。

增加控制连锁功能：出口压力高、冷却水流量低、电机超载、检漏系统、润滑油压力低等会触发停机信号，保证机组安全。

3.4 运行情况

进气压力提高：原膜压机从氮气储槽出口（0.4MPa）经减压阀（0.05MPa）进入，减压阀旁路阀（D4-15）关闭；新膜压机氮气储槽出口经减压阀旁路阀进入（0.3～0.4MPa）.氮气流程图如图3-3

图3-3 氮气流程图

排气压力升高：原膜压机活塞间隙变大，其出力已明显下降，运行时排气压力在4～5MPa之间，新膜压机正常运行时出口压力下降至5MPa后程序将自动加载运行，达到20MPa后会保护自停。

启机操作简单：只需连续两次在膜压机控制柜上按“点动”按钮2-3秒，即可完成注油操作，启动膜压机（一键式启动功能）。

安注箱充氮速度提升：OT-117大修1#膜压机总共运行了大约3天，使用了260多瓶氮气瓶，如果两台新膜压机投入运行，可能不需要使用氮气瓶，减少人力、物力的损耗，保障人身安全安，OT-117的安注箱充氮压力与时间见图3-4。

4 改造后膜压机运行与维护

4.1 目的

保证机组经常处于良好的技术状态，随时可以投入运行，减少机组故障，减少机组磨损，减少停机维修时间，提高机组完好率、利用率，提高机组安全性能，延长机组使用寿命。

4.2 启动验证

由于振动会引起相对运动，相对运动又会导致压缩机轴承的接触腐蚀，每隔20～30天要转动一下飞轮，以修复轴承滚珠与座圈之间的油膜，从而避免轴承和其他表面间的接触腐蚀。

功能：检测故障及验证其可运行性。

注意事项：膜压机启动出口压力缓慢上升后，打开放空阀D4-23半圈，确保膜压机出口压力不超过5MPa.

存在问题：启动验证每月执行一次，类似于定期试验，缺乏相应的操作细则，缺少相关参考数据，对故障缺少判断依据。建议增加试验规程，增加相应的试验验收准则。

4.3 维护项目及时间

维护项目及时间如表4-1所示。

5 总结

通过本次改造，膜压机操作简单、维护方便；自动化程度高的控制系统充分地保证了设备的安全运行；高效的泄漏检测体系避免了工艺气体污染，压力输出稳定，安注箱充氮速度提升，充氮时间缩短，保证大修进度。

【参考文献】

[1]PDC金属隔膜压缩机操作手册.

[2]G2V-5/200型膜氏压缩机说明书.

[3]陈金，隔膜式压缩机金属膜片结构的改进[J].中国设备管理，2000年12期.

[4]G2V-5/200型隔膜式压缩机[J]，机电新产品导报，1998年Z3期.

[5]赵盛基，压缩机膜片破裂原因分析及预防措施[J].齐鲁石油化工，1998（ql）：301-303.