降低核电厂压缩空气生产系统故障率的研究

舒晓明

（海南核电有限公司，海南昌江 572733）

0 引言

核电厂压缩空气生产系统（以下简称“0SAP”）大部分地采用无油螺杆压缩机，具有供气可靠、技术成熟、空气洁净度高等优点。但由于海南天气炎热、空气湿度大、管道材料选择、电源设计等原因，0SAP 在运行过程中遇到了许多新问题，本文研究对于其他运用压缩空气生产设备的场合具有借鉴和指导作用。

1 现状调查

在2013 年9 月至2014 年8 月一年的时间内，0SAP 故障次数多达53 次（表1）。其中，空压机故障占到0SAP 系统故障总数的81.13%，所以空压机故障是0SAP 故障率高的主要症结。

表1 压缩空气生产系统故障统计

2 要因确认

为找到0SAP 故障率高的主要影响因素，采用头脑风暴法对可能的原因进行了列举并分析：①环境温度高；②环境湿度大；③空压机出口管道与母管的连接形式错误；④二级转子排气温；⑤压力参数设定错误；⑥失去控制电；⑦上位机系统失电；⑧冷却水水质差。

针对以上8 个因素，分别对其一一确认和排除，排除过程如下：

（1）针对环境温度高的确认。环境温度高确认依据为查阅厂家说明书《空压机说明书》第九章195 页：技术数据第9.5 节温度限制要求为低于40 ℃。对昌江地区2013 年9 月—2014年8 月的环境温度进行统计，最高环境温度和平均温度均低于40 ℃，因此排除环境温度高的因素。

（2）针对环境湿度大因素的确认。根据核电厂1 号、2 号机组系统手册第2～第5 章（B 版）说明，要求压空厂房内的相对湿度小于79%。收集2013 年9 月—2014 年8 月期间压空厂房内空气相对湿度数据，最高70%满足要求，所以排除环境湿度大这个因素。

（3）针对空压机出口管与母管的连接形式错误因素的确认。根据厂家提供的《空压机安装说明》，空压机压缩空气出口管与母管的连接形式为倒U 形，目的是防止由于压缩空气温度高且湿度大在母管中容易冷凝后形成凝结水经过此管道倒流回空压机内部，导致转子生锈、损坏等情况。然而厂房安装连接型式为T 形连接。经统计，在43 次空压机故障中有8 次是由于冷凝水回流造成的，因此确认其为主要因素。

（4）对二级转子排气温度超标的确认。根据厂家提供的说明书可知，在使用过程中，二级排气温度应控制在140～175 ℃，过高容易导致设备损坏。根据2013 年9 月—2014 年8 月的现场巡检记录，二级排热温度最高179 ℃（一般在170 ℃左右），在一年时间内空压机的二级排气温度在说明书规定的范围内，所以可以排除该影响因素。

（5）针对参数设定错误的确认。根据《空压机使用说明》第9.7 节要求，压空出口压力在4～10.5 bar（0.40～1.05 MPa）。经过现场查看空压机的设定参数为6.0～7.8 Bar（0.60～0.78 MPa）。因此空压机加载和卸载的压力在正常的运行范围内，空压机运行正常，故可以排除空压机参数错误的因素。

（6）针对失去控制电的因素确认。目前控制电源分别来自A列380 V 应急母线1、A 列380 V 应急母线2，而这两个母线的上游电源都是来自6 kV 公共电源，这样不能达到防止共模故障的目的。且在统计周期的12 个月内，由于失去6 kV 公共电源而停运空压机的次数大于两次，因此控制电的接线方式是导致空压机停运的主要因素。

（7）针对上位机系统失电因素的确认。为验证失去上位机后不影响空压机工作且母管压力满足系统工艺要求（0.68～1.00 MPa（g.）），做了3 次试验（间隔时间为3 d）。在压空系统远程自动运行时，手动断开上位机供电电源（包括不间断电源UPS），观察现象和记录压空母管的出口压力。试验显示，上位机虽然失去对空压机等辅助设备的参数监控，但不影响空压机及辅助设备的正常运行，依然可以保证用户的正常用气且参数满足要求。

（8）针对冷却水水质差的影响因素的确认。《ZR110-275 型空气压缩机使用说明书》中规定，冷却水补水的莱氏指数RSI 应在5.6～7.5、pH 在6.8～8.5。莱氏指数是一个用来预测水会使其中的碳酸钙溶解还是沉淀的参数，RSI=2×pHs-pH，pHs=（9.3+A+B）-（C+D）。其中，A、B、C 和D 可以根据浊度、温度、钙硬度、碱度等参数在说明书中得出。根据冷却水化验结果，莱氏指数RSI=4.5、不满足要求，因此确认冷却水质差为主要因素。

由以上分析得出，3 个要因分别为：①空压机出口管道与母管的连接形式错误；②冷却水水质差；③失去控制电。

3 对策制定

（1）空压机出口管道与母管连接形式错误的整改。修改管道的连接形式，由T 形连接改为倒U 形，增大母管的倾斜角度：优点是有效避免了压空由于湿度大造成的冷凝水回流到空压机中的情况；缺点是管道需要重新焊接，施工费时。

（2）冷却水水质差的整改。保证冷却塔内水长期溢流，保证水质，其优点是成本小，可以实现在线换水，对核电运行影响小；缺点是浪费水资源。

（3）失去控制电的整改。修改控制电电源为两路独立电源，优点是可以防止共模故障，一个电源失去后，还能保证一半的空压机运行；缺点是需要重新接线。

4 对策实施

（1）空压机出口管道与母管连接形式错误的对策实施。完成变更设计单，修改管道连接方式（图1）。修改后，空压机的疏水量明显减少，母管的缓冲罐疏水量增大，说明母管中的冷凝水全部去缓冲罐。这样可以明显减少冷凝水回流到空压机、减少空压机故障次数。经统计，空压机每4 h 排出的冷凝水总量由技改前的1200 mL 减为小为当前的100 mL。

图1 管道连接形式

（2）冷却水质差的对策实施。调节冷却水系统自动补水重锤阀开度，使冷却水塔长期保持满水溢流状态，保证冷却水塔连续以小流量换水，冷却水水质合格，根据莱氏指数的公式，pHs 为7.35。满足厂家要求的RSI 在5.6～7.5、pH 在6.8～8.5，所以改进后，冷却水质满足要求。

（3）失去控制电的对策实施。在B 列6 kV 下游380 V 负荷母线上选择一个合适的开关柜给第二路空压机供控制电。对策实施后，对供电可靠性进行试验。试验方案为两列空压机正常运行一段时间后人为断掉一路电源，在一列停运后另一列仍继续正常运行。

5 结果与结论

2015 年1—6 月期间，对0SAP 的运行情况进行统计、分析得出0SAP 系统故障率从开始启用的4.42 次/月降低到0.666次/月，故障率大幅下降了84.9%，大大减小了核电站操纵人员的工作强度，提高核电站的安全性。经过计算，仅一年时间就可以为核电站节约检修费用约75.5 万元。采用的PDCA（Plan-Do-Check-Act，计划、执行、检查和处理）方法能够有效找出问题原因，并能够有针对性地采取措施，且对每步措施都制定严格的验收标准，很好地解决了问题。