某火电厂仪用空压机跳闸原因分析及对策研究

王升辉

(1.安徽理工大学，安徽淮南，232000；2.大唐淮南洛河发电厂，安徽淮南，232000)

1 引言

仪用压缩空气系统在火电企业生产环节中有着举足轻重的地位。空气压缩机作为该系统的核心设备，其正常工作与否直接关系火电机组能否安全运行，经济效益、社会效益影响显著。

2 案例现象

某火电厂仪用压缩空气系统共有A、B、C、D四台仪用空压机，为1-4号机组提供仪用压缩空气。其中A、B为美国原产西门子CGF型水冷空压机，C为无锡阿特拉斯GA250-8.5型空冷机组，D为烟台冰轮SCA250-8型空冷机组。四台空压机排气量均为40m3/min左右。正常运行时，由一台空压机向压缩空气母管提供压缩空气，经组合干燥装置、缓冲罐供各机组用户使用，其余三台空压机做热备用，在系统用气量增大或运行空压机跳闸时投入运行，维持系统母管压力在正常范围内。

事故当天，A仪用空压机正常运行，B仪用空压机处于检修状态，C、D仪用空压机停备。运行人员检查发现A仪用空压机运行声音异常，随即停运，经维护人员处理正常后再次投入运行。在重新投运A仪用空压机之后不久，A仪用空压机跳闸，首发报警信号为“第一级温度高跳脱”，备用C空压机自启成功。

查阅报警历史记录发现，跳闸原因首发“第一级温度跳脱”，距“第一级温度”报警信号发出仅间隔2秒。空压机“第一级温度”报警定值为49℃，“第一级温度跳脱”温度定值为52℃。在2秒时间内，第一级温度快速上涨超过3℃。

3 过程分析

空压机“第一级温度高跳闸”原因存在以下两种情况：

(1)温度测点故障，保护误动；

(2)温度快速上涨属实，设备运行出现异常。

经对该测温元件检查后，确认元件工作正常，保护动作正确。结合现场设备外壳温度升高故障现象，可以确认空压机工作温度异常属实。而造成该现象出现有以下几种可能：

(1)进气量不足；

(2)油系统异常；

(3)机械故障；

(4)工况异常，发生喘振。

对进口空气滤网进行检查，排除了误操作及进气滤网脏堵原因。对空压机冷却水系统进行检查，核对阀门状态以及冷却水运行参数，排除了因冷却系统故障造成温度异常上涨。对空压机油系统检查无异常。空压机外观检查无异味、冒烟、异响等明显故障现象。结合空压机工作温度快速上升的事实，设备运行工况发生变化，出现喘振可能性大。

图1 A仪用空压机跳闸前后系统压力曲线

查阅A空压机跳闸前后历史参数曲线可知，在跳闸之前，系统压力有一个缓慢上升的过程，原因为当日某用户因工作需要，大量使用仪用压缩空气，在工作结束后停止用气，系统压力开始上升。

在此之前，A仪用空压机运行，供1-4号机四台机组用气，出现备用空压机因系统压力低频繁自启现象。之后发现A空压机运行声音异常，解体检查发现空压机放空阀定位器出现异常。显示100%关闭的情况下，实际仍留有30%左右的开度，部分气体从放空阀排走，没有进入系统，由此造成A空压机出力受限。在供气四台机组情况下备用空压机频繁自启。而近期有三台机组相继停机备用，用气量减少，单台A空压机出力已经够维持平衡。

在检修人员更换定位器之后，A仪用空压机放空阀得以完全关闭，出力得到有效提升，恰好此时某用户正大量使用压缩空气，问题没有及时显现。在用户停止用气后，系统压力才较之前出现明显上升。系统工况出现大幅变化，空压机工作点落入不稳定区，出现喘振。从而造成工作级温度快速升高，空压机跳闸。

4 理论基础

当系统用气量变化时,空压机工作点也随之变化,进入不稳定区后，易造成空压机喘振。造成喘振的原因又分为内因(进口压力变化，多因误操作或进口滤网脏堵造成)和外因(系统工作点变化，多因用气量大幅变化引起)。

当离心空压机进气压力保持不变时，其压力流量特性如图3所示。当空压机出口压力逐渐增加到某一定值时，空压机的工作点将移动到喘振线的左侧。此时，空压机的运行压力已超过该空压机可以压缩的最大值，空压机就会发生喘振，该种喘振称为自然喘振。在实际运行中，可通过设定空压机出口排气压力小于自然喘振压力以避免喘振出现。

离心空心机进口压力变化时流量压力特性如图4所示，当空压机入口门完全打开时，阀门节流损失可以忽略不计，其进气压力就是大气压且不随流量变化而变化。随着进口门的开度变小，阀门前后压差将会增大，进气压力逐渐下降，出口压力也随之下降，对应的压力与流量特性曲线将向左移动，从而使空压机工作点也左移。当进口门关至某一开度时，工作点落入喘振区造成空压机喘振。

图2 离心空压机进口压力不变时流量压力特性曲线

图3 离心空压机进口压力变化时流量压力特性曲线

5 实践论证

由于空压机跳闸前工作环境相对稳定，空气温度、湿度变化不大，对进口滤网检查发现脏污程度轻，进口差压小，说明进口空气量变化不是影响因素。加之故障期间系统出现大负荷变化，由于外因变化导致空压机工作进入不稳定区可能性大。

但是，该空压机具有自动双重流量限制控制功能，当系统压力到达空压机的设定值时, 进口导叶会逐渐关小。此时，空气仍然持续以需求的速率和相对的压力输出。如果系统需求量继续下降, 低于空压机稳定工作的范围, 进口导叶将在继续关小的同时,即在空压机运行接近喘振曲线时，打开放空阀, 降低出口压力, 以预防喘振，维持空压机稳定运行。

为排除空压机进口调节阀或放空阀卡涩，造成进气调节阀不能在系统用气量减少压力升高时同步关小;或者放空阀不能及时打开，使得空压机工作点落入喘振区可能，再次启动A空压机进行验证。在排气压力上升同时，发现进气调节阀并没有关小或者开启放空阀，为避免空压机再次跳闸，立即开启系统内缓冲罐底部放水阀，进行适当放气，降低系统压力，维持空压机稳定运行。由此可推断，空压机喘振属外因系统压力升高造成。但是，采取系统放气措施,不但会造成工质浪费,而且还会产生噪音，有悖于节能降耗大趋势，只能作为临时应急手段。

在系统压力逐渐上涨同时，空压机进气调节阀并没有随之关小，放空阀也没有开启，空压机自身的防喘振双重流量设置并没有正确动作。手动降低空压机排气压力设定值之后，空压机进气调节阀方才逐渐关小，系统压力随之下降。说明进气调节阀在压力设定值降低之后能够发出调节指令，且阀门实际动作正常，具备调节功能。在进气调节阀关闭至80%时，放空阀逐步开大，维持空压机出力与设定值一致，放空阀同样具备调节功能。由此可见，空压机双重流量限制防喘振功能可有效动作，问题出在空压机排气压力设定值不合理，过高的排气压力设定使得进气调节阀及放空阀在系统用气量减少、压力升高时不能及时动作，自身防喘振功能失效，工作级温度高跳闸。

6 总结

离心空压机高排气压力设定可在系统用气量较大时保证供气压力。但是在用户减少后，系统压力会维持在较高的等级，一定程度上限制了其本身双重流量限制防喘振功能。在工况剧烈变化时，易使空压机工作点进入不稳定区，危急设备安全。故在系统用气量出现较大范围变化时，应及时调节空压机排气压力设置，超前控制，防止异常出现。

同一系统内存在两台及以上空压机并列运行，尤其是性能差异较大时，易发生空压机出力不一致，出力低的空压机喘振跳闸。进而造成系统压力下降，危急用气安全。此类情况多出现在备用空压机自启动后，与原空压机并列运行时。因此，需要及时对并列运行空压机排气压力值进行调整，以防止空压机喘振跳闸。

在外部环境发生较大变化，可能影响进气量时，应加强检查与监视。比如，柳絮较多的季节，易发生进气口因吸附过多柳絮而造成进气量下降，工作点落入不稳定区，运行工况恶化。

了解不同型号的空压机流量压力特性曲线，根据用户需求，合理设置空压机工作点，并留有一定裕度用以抗扰动。