压缩空气生产系统运行问题分析及优化

郑翔

摘要：在核电厂中压缩空气生产分配系统是生产整个核电站所需要的压缩空气。本文主要介绍干燥器的运行原理,及通过干燥器维修后验证试验中遇到干燥器进排气阀故障全开，导致系统压力下降，优化供气方式避免引发故障情况；根据试验同时验证WAP001/002CO的动作逻辑，探索减少空压机的不可用指标和节约试验时间的可行性；通过分析3SAP001DS干燥器的电磁阀阀芯被白色粉末覆盖引起故障问题的原因，探索优化措施避免发生同类问题。

关键字：核电厂；压缩空气系统；干燥器；应急空气压缩机

Analysis and optimization of compressed air production system operation problems

Zheng Xiang (Fujian Fuqing Nuclear Power Co., Ltd., Fuqing City, Fujian Province, China)

Abstract: In nuclear power plants, the compressed air production and distribution system is the compressed air required to produce the entire nuclear power plant. This paper mainly introduces the operating principle of the dryer, and through the dryer post-maintenance verification test, the dryer inlet and exhaust valves are fully opened, resulting in a drop in system pressure, and the air supply mode is optimized to avoid causing fault conditions; According to the test, the operation logic of WAP001/002CO is verified at the same time, and the feasibility of reducing the unusable index of air compressor and saving test time is explored. By analyzing the causes of the failure problem caused by the solenoid valve spool of the 3SAP 001DS dryer covered with white powder, optimization measures were explored to avoid similar problems.

Keywords: nuclear power plants; compressed air systems; Desiccator; emergency air compressor;

1. 系统功能

主压缩空气生产分配系统（WAP）的功能是生产整个核电站所需要的压缩空气。WAP系统向下列两个压缩空气分配管网供气：

1)仪表用压缩空气分配系统（WAI），用于核岛、常规岛和BOP的气动控制器；

2)公用压缩空气分配系统（WAS），满足所有厂房内动力设施运行和维修的需要。

WAP系统具有压力控制功能，此功能可以确保压缩空气系统按照一定的优先次序供气。即：仪表用压缩空气优先于公用压缩空气；核岛仪表用压缩空气优先于汽轮机厂房和BOP厂区的一般用气。系统配置了快速关闭阀，其作用是在失去空气压力的情况下，通过解除WAI系统为核岛保持一定气源。WAP系统不执行安全功能。如果WAP系统的主空气压缩机失效，安装在核岛连接厂房内的应急压空机能接替工作，并提供全厂所需的仪表用压缩空气。

每台核电机组对应的两台应急空气压缩机为仪表用压缩空气分配系统提供后备气源。一台带基本负荷的应急空气压缩机根据WAI系统压力降至低于6.8bar.g时自动启动，另一台应急压缩机则处于备用状态WAI系统压力降至低于6.6bar.g时自动启动。应急空气压缩机压力高于8.5bar.g时由运行人员就地手动停运。

福清核电5、6号机组压缩空气系统供气关系如图1所示。

图1-5、6号机组压缩空气系统供气关系简图

1.1系统主要组成

福清5、6号机组压缩空气生产系统有四台主空气压缩机组。每台空压机组输出的压缩空气汇入总管，经缓冲罐7WAP412BA进入每组压缩空气干燥过滤器（包括预过滤器、无热再生空气干燥器、除尘过滤器、精过滤器）然后汇入一根总管，再进入10m

3的气体缓冲罐7WAP410BA，从缓冲罐出来的压缩空气沿管道经GB沟向核岛、常规岛、BOP供气。空气压缩机组设有独立的冷却水系统，包括四台冷却水循环泵和两台闭式冷却塔。

每台核电机组对应两台应急空气压缩机，两台压缩空气干燥过滤器两个压缩空气缓冲罐，两台空压机的排风机和一台机房送风机。

2.压缩空气系统运行问题分析与优化

2.1干燥器运行原理

图2-干燥器原理简图

周期循环图10分钟（系统默认选择10分钟）如下

右塔开始干燥（10min）,左塔再生（再生耗气量14％）

右塔干燥，左塔再生             左塔充压            两塔均压

（干燥5min，再生4min）                                                     （充压+均压60s）

 

两塔均压             右塔充压           左塔干燥，右塔再生

（充压+均压60s）                                                   (干燥5min，再生4min)

无热再生吸附式干燥机由两个充满干燥剂的吸附塔组成，双塔通过气流切换开关，交替地进行干燥和再生，使干燥剂可以循环使用。

假设右塔干燥，左塔再生开始，饱和压缩空气进入右塔，干燥剂吸附空气中的水汽完成干燥，干燥后的一部分压缩空气流出右塔进入管网供处理使用，另一部分做为再生气体通过再生调节阀和节流孔板膨胀到大气压力下的空气进入左塔，水汽从干燥剂中的剥离，然后左塔排气阀打开再生气体从消音器中排出，左塔中的干燥剂完成再生。右塔中干燥剂已失效，右塔进气阀打开进行充压，左塔通过右塔的再生管线进行充压，两塔进行充压。左右塔进气阀均打开直至两塔压力达到母管压力左右完成均压。切换至右塔再生，左塔干燥，完成一个周期循环。

在干燥器运行过程中偶尔会出现进出口电动阀动作步序混乱，导致故障漏气，影响系统的稳定运行。

2.2干燥器故障引起跑气的问题分析及改进探索

2023年1月23日，主控触发5WAP001DS综合故障报警，就地查询后发现实际为5WAP001DS露点高报警，故采用就地启动干燥器消除报警，执行时发现5WAP001DS干燥器左右塔阀门动作混乱，干燥塔的进气全关，排气全开。2023年2月2日处理完成后进行5WAP001DS维修后试验，启动后5WAP001DS右塔最初开始干燥，右塔进气阀5WAP 020VA和排气阀5WAP019VA均显示开启，但消音器未出现跑气现象，5WAI压空母管压力未出现下降现象。当切换至左塔干燥时，左塔进气阀5WAP016VA和排气阀5WAP017VA同时开启，消音器处漏气量较大，导致干燥器跑气，5WAI压空母管压力由8.0bar.g降低到7.8bar.g，导致7WAP第三台主压空机启动，之后压力恢复正常。

图3-干燥器排气阀门塑料杯现场图

经过研究发现5WAP001DS启动验证时,左塔再生右塔干燥开始周期循环，如图4饱和压缩空气通过进气阀5WAP020VA进入右塔，此时右塔排气阀5WAP019VA关闭(异常情况一出现塑料杯显示开启)。此时只是塑料杯显示异常，周期循环时阀门动作正常，当进行左塔干燥周期循环前期正常，当两塔均压时异常情况二出现。

 

左塔排气阀5WAP017VA无法动作关闭持续保持开启压缩空气开始持续出现泄漏。5WAP001DS周期循环异常无法继续进行。官网系统压力开始异常下降，导致7WAP第三台主压空机启动，之后压力恢复正常。

                图5-干燥塔故障简图

    异常情况一后续优化措施。5WAP019VA阀门塑料杯指示错误，建议制定定期预防性检查。对5WAP001DS/002DS的电动阀进行定期动作检查工作。

异常情况二后续优化措施。在后续执行5/6WAP001/002DS相关试验时防止出现出现干燥器排气阀或其他阀门故障导致系统压力异常下降的问题。在执行试验时可以在后续的验证试验中仅微开供气管线旁路阀5WAP207VA供应压缩空气如图3-4即便出现进气阀和排气阀全开，等异常漏气情况时方便及时快速干预，避免产生严重后果。目前我厂华龙一号机组验证应急压空机干燥器可用时采用第二种措施验证仅微开供气管线旁路阀5WAP207VA运行情况良好。

图6- 5WAP207VA供应压缩空气简图

2.3 5WAP001CO与5WAP002CO应急空压机的应急备用功能试验问题分析及改进探索

我厂目前对应急空压机5WAP001CO与5WAP002CO每周进行一次定期试验，试验中将一台压空机置于试验位，将另一台压空机分别置于基本负荷和备用位置时验证其是否可以启动。我厂试验方法步骤较多，时间较长，并且需要记录TRO。一二厂试验方法是将两台应急压空机分别置于基本负荷和备用位置进行试验，试验需要的的时间较短。因此我厂参照一二厂试验方法也进行了一次新型试验探索。

2023.02.08执行《检查应急空压机5WAP001CO与5WAP002CO的应急备用功能临时操作票》同时验证WAP001/002CO动作逻辑（可减少空压机不可用指标）。初始5WAP001CO在基本负荷位置（压力带6.8-7.5bar.g)，5WAP002CO在备用位置（压力带6.6-7.3bar.g)。按照操作票试验方法，首先开启5WAP213VA泄压，5WAP001CO正常启动，后续继续开大5WAP213VA泄压，但5WAP213VA全开后WAP002CO仍然未启动，证明5WAP213VA泄压能力不足。后续改为开启5WAP214/215VA泄压5WAP002CO正常启动，试验执行正常。

继续执行后续验证，将5WAP002CO切换为基本负荷位置（压力带6.8-7.5bar.g)，5WAP001CO切换为备用位置（压力带6.6-7.3bar.g)。开启5WAP214VA约50%，再开启5WAP215VA约1/4圈泄压，5WAP002CO正常启动，15s后5WAP001CO也启动，两个压缩机启动时间间隔过短，导致无法及时读取5WAP001CO加卸载压力，试验不成功。

应急空压机 压力信号	5WAP001CO基本负荷 5WAP002CO备用负荷	5WAP002CO基本负荷 5WAP001CO备用负荷
005SP(L1,H2)	试验成功	N/A
008SP(L2,H1)	试验成功	N/A
006SP(L1,H2)	N/A	试验失败
007SP(L2,H1)	N/A	试验失败

3-7应急空压机试验结果统计表

在上述试验过程中5WAP001CO基本负荷，5WAP002CO备用位置时，如图3-8首先开启5WAP213VA泄压，5WAP001CO正常启动，后续继续开启5WAP213VA泄压，但5WAP213VA全开后仍然无法使5WAP002CO启动，证明5WAP213VA存在泄压能力不足的问题。现场观察5WAP213VA与5WAP214/215VA所在管路直径有明显差别。测量5WAP214/215VA所在管道管径约88.9mm，5WAP213VA所在管道管径约10mm如图3-7。并且参考一、二厂新型压空试验方法，改为关闭5WAP213VA，开5WAP214/215VA泄压。将5WAP214VA开启约50%，再缓慢开启5WAP215VA约50%，5WAP002CO正常启动，试验执行正常。

图8-泄压管径简图

改进建议，在后续执行应急空压机5WAP001CO与5WAP002CO的应急备用功能试验时改进泄压方法通过将5WAP214VA开启约50%，再开启5WAP215VA约50%，进行泄压操作，方便试验可以快速高效完成。

5WAP002CO切换为基本负荷位置，5WAP001CO切换为备用位置。同样使用新型试验方法，从5WAP214VA和

5WAP215VA所在管径进行泄压，5WAP002CO正常启动，15s后5WAP001CO也启动，但是两个压缩机启动时间间隔过短，导致无法及时读取5WAP001CO加卸载压力，试验却不成功。

针对新型试验方法异常总结分析。在试验时将5WAP001CO置于基本负荷，5WAP002CO备用位置时试验正常，证明5WAP005SP和5WAP008SP可以正常触发。5WAP002CO基本负荷，5WAP001CO备用时，两台压缩机启动间隔过小，怀疑5WAP006/007SP信号触发不准确。经维修验证分析原型号压力开关GEORGIN P96PXUTOX1在5/6号经常出现低一、低二定值（仅差20KPa）同时触发。因此同时验证WAP001/002CO动作逻辑是不可行的。

目前我厂华龙一号机组试验方法仍未改进，建议后续更换精度更高的仪表后，再进行同时验证WAP001/002CO动作逻辑，若验证可行后则参照一二厂试验方法再升版试验规程。

2.4 3SAP001DS干燥塔换塔失败问题分析及优化

我厂干燥塔中使用的干燥剂为活性氧化铝球，它具有较大的比面积、较大的孔容、较大的孔径和较强的吸附性能。它使用自身在不同压力下的吸附作用对压缩空气进行干燥处理。在干燥剂使用过程中可能会产生很多粉末。如压缩空气对其进行冲击，其与塔壁碰撞及自身颗粒之间互相摩擦和干燥剂自身吸附与释放水汽可能会产生粉末。这些白色的粉末状氧化铝对干燥塔的正常运行存在一定的干扰风险。

目前三厂并未出现干燥剂粉末引起换塔失败的相关问题，我厂干燥塔型号与一厂和二厂一致。但是3SAP001DS曾出现干燥剂粉末引起的换塔失败问题。经验反馈如下。

3SAP001DS分别与2020年10月、2021年3月1日、2021年7月29日、2021年12月，共计出现4次换塔失败报警。现场检查时曾4次检查均发现电磁四通阀阀芯被白色粉末覆盖情况。且经现场清理粉末后干燥塔均能实现正常切换。

根据历史缺陷处理记录，盘点总结可能失效原因主要有以下电磁阀堵塞、减压过滤器滤网致密性下降、管道内残存粉末较多、干燥塔内壁残存粉末较多、干燥塔本体滤网性能下降、氧化铝颗粒受气流冲击形成粉末。针对这些可能失效原因，最终确认根本原因为以下2点。

（1）前期3/4号机电磁阀无定期更换项目，未进行过更换，部分电磁阀存在老化现象，同时原预维涂抹凡士林的方式易导致电磁阀堵塞。

（2）干燥塔内的氧化铝在吸湿干燥两种状态转换，表面附着力降低，在气流冲击下会脱落细微粉尘，由氧化铝物理性质导致，无法避免；

电磁阀堵塞的优化策略。不考虑来自干燥塔粉末的原因，从电磁阀本体进行考虑。对电磁阀清洁过程发现，电磁阀本体及阀芯老化，导致粉尘易吸附在阀芯上，且预维中涂抹的凡士林上吸附的粉尘多。

增加电磁阀定期更换项目。在此基础上与一厂的定期维护项目进行对比，一厂有电磁阀Y4定期更换的PM(无清理PM)。二厂仅有周期为6个月的定期清理。

优化电磁阀预维策略。根据凡士林吸附粉尘多的现象，对比一厂预维项目，一厂未有对电磁阀进行清洁与涂抹凡士林的定期维护项目。在此基础上，对电磁阀本体进行切割以确认阀芯于阀体内的动作过程。考虑凡士林主要为电磁阀提供润滑作用，并基于一厂长期未涂抹凡士林的运行经验且已新增电磁阀定期更换,故优化电磁阀预维策略，删除清洁电磁阀粉末过程中涂抹凡士林的步骤，避免凡士林粘黏干燥剂粉末导致电磁阀堵塞现象。

减压过滤器致密性下降导致电磁阀堵塞的优化策略。增加减压过滤器定期更换项目。针对减压过滤器可能存在致密性下降，导致来自干燥塔的粉末堵塞电磁阀的问题。在对减压过滤器进行更换的基础上，对更换下的减压过滤器与新备件进行对比，发现旧过滤网明显比新过滤网致密性差，应存在过滤功能下降情况。同时对3/4号机其它3台减压过滤器进行排查与评估、更换。并根据厂家年度更换的建议，在年度检查中新增减压过滤器定期更换。

3结论

通过讨论分析5WAP001DS的故障引起的跑气问题在干燥器维修后试验验证中明确操作前仅微开供气管线旁路阀5WAP207VA供应压缩空气，来避免可能导致的严重后果，已在5/6WAP001/002DS维修后试验规程中使用且运行结果良好；通过讨论分析《检查应急空压机5WAP001CO与5WAP002CO的应急备用功能临时操作票》同时验证WAP001/002CO动作逻辑（可减少空压机不可用指标）。第一个优化措施通过改变泄压方式。关闭旁路阀5WAP213VA，通过主管线泄压分别开启5WAP214/215VA泄压，证明试验可以正常执行。第二个优化措施发现5WAP002CO基本负荷，5WAP001CO备用时，两台压缩机启动间隔过小，检查发现5WAP006/007SP信号触发有问题。后续待5WAP006/007SP进行更换为精度更高的仪表后再通过试验同时验证5WAP001/002CO动作逻辑；通过讨论分析3SAP001DS电磁四通阀阀芯被白色粉末覆盖,经现场清理粉末后干燥塔均能实现正常切换。探索优化措施避免发生同类问题。

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