核电站主压缩空气生产系统空压机与干燥器联锁控制方案比较分析及解决方案研究

摘 要：该文主要介绍了核电站主压缩空气生产系统的作用、主要设备及运行方式，并以系统和设备调试过程中一次试验故障为切入点，深入比较分析了空压机与干燥器四种联锁控制方案的优劣，并提出相应改进建议及提出建设性的解决方案。

关键词：压缩空气生产系统 空压机 干燥器 控制方案

中图分类号：TL4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-02

压缩空气生产系统主空压机组作为核电站压缩空气的主要来源，承担着为全厂动力设施和气动装置提供压缩空气的任务，空压机与干燥器控制方案的选择是否恰当关系到整个电站压缩空气的来源是否稳定可靠。该文通过深入的调研和大量的数据和材料的分析，并以系统和设备调试过程中的一次试验故障为切入点，深入比较分析了主空压机与干燥器四种连锁控制方案的优劣，并提出了建设性的解决方案，对后续核电项目有着重要的参考价值和普遍的借鉴意义。

1 压缩空气生产系统介绍

压缩空气生产系统提供核电站内所有动力设施和气动装置所需的压缩空气，并通过仪表用压缩空气分配系统和公用压缩空气分配系统分配至各用户。压缩空气生产系统包括BOP厂房主压缩空气生产系统和NI厂房应急压缩空气生产系统，以A核电站为例，BOP厂房主压缩空气生产系统主要设备为三台无油水冷螺杆式空压机、一台湿储气罐、三台无热再生吸附式干燥器及配套过滤器、一台干储气罐等。

BOP厂房主压缩空气生产系统的空压机启动或停运的指令同时使干燥器启动或停运，空压机和干燥器的启动均不需要预热或者预。空压机是否启动和停运是根据系统管网压力来确定，当系统管网压力为1.0 MPa（abs）时，一台空压机空载运行，其余两台空压机备用；系统压力降至0.86 MPa（abs），空载运行的空压机转入带载运行，当系统管网压力降至0.86 MPa（abs）以下时，系统启动第一台备用空压机，若系统管网压力继续下降，启动第二台备用空压机。

2 空压机与干燥器控制方案的优劣比较及相应改进及选择建议

A核电站BOP厂房主压缩空气生产系统为设备厂家设计并负责供货，在系统控制设计上，厂家选择采用干燥器固定数量模式，压力监测点选择为湿储气罐。在系统和设备调试阶段，在进行完系统失电试验后，空压机出现无法自动启动的情况，当时测得系统管网压力为0.667 MPa，湿储气罐压力为0.8 MPa左右，而空压机自动启动的压力点为0.75 MPa。经分析，空压机与干燥器联锁控制方案以及压力监测点选取不当是造成这一故障的主要原因。

空压机与干燥器联锁启停方案可分为两种。

（1）一一对应模式：即相应的空压机启动运行只对应相应的干燥器启动运行。

（2）干燥器固定数量模式：即在控制面板上设定固定数量的干燥器运行。

监测系统管网压力的压力监测点可布置在以下两处。

（1）湿储气罐：位于空压机与干燥器之间。

（2）干储气罐：位于干燥器之后。

根据空压机与干燥器联锁启停方案和压力监测点的不同，空压机与干燥器共有如下四种联锁控制方案。

2.1 空压机与干燥器采用一一对应模式

2.1.1 压力监测点布置在湿储气罐

采用此控制方案的优势：只要将干燥器和空压机都投入到联控状态，那么启动任何一台空压机启动，对应的干燥器都会启动，无需人为干预。

采用此控制方案的劣势主要有以下

两点。

（1）当空压机因故障停机时，对应的干燥器也将会停运，干燥器对应的进气阀会自动关闭，从空压机出气阀到干燥器进气阀这段管路及湿储气罐中的压缩空气气只能通过空压机出气阀上的小孔排掉，这将导致这段封管路的压力下降会很慢，而系统压力监测点401 mP正好设置在这段封闭管路的湿储气罐上。当主空压机跳机后，控制系统将显示管网压力一直保持高压并误认为下游用户用气量较少，备用空压机会一直不能启动直到封闭管路中气压慢慢下降到加载压力，整个降压过程大概需要1 h。这段时间内若出现下游用气量较大情况时，会产生无气可用的严重后果。

（2）当空压机和干燥器全部失去电源时，由于空压机出口阀和干燥器入口阀全部关死，湿储气罐压力将保持在失电前压力，而干储气罐会由于用户用气而导致压力一直下降。当空压机和干燥器重新得电后，湿储气罐压力将大于空压机启动压力，空压机和干燥器继续停运直到手动开启。

分析：可在空压机控制系统中增加设置故障启动备用机逻辑，但这只能解决劣势分析中第一条所述空压机因跳机使管网憋压从而导致空压机较长时间不可用的问题，但无法解决第二条所述空压机和干燥器短时失电后得电而无法自动启动的

问题。

2.1.2 压力监测点布置在干储气罐

采用此控制方案的优势主要有以下

两点。

（1）只要将空压器和干燥机都投入到联控状态，那么启动任何一台空压机对应的干燥器都会启动，无需手动干预。

（2）压力监测点选为干储气罐，可以更加真实的反映系统管网压力，控制系统可以及时响管网下游用户的用气需求，不会出现因空压机故障导致管网憋压而导致空压机较长时间不可用的情况。

采用此控制方案的劣势：由于压力监测点选择在干储气罐，若干燥器或过滤器出现堵塞的情况，会发生主空压机在满负荷运行而干储气罐压力极速下降，这会导致主空压机跳机或是过滤器被冲破，也有可能触发核岛应急空压机的启动。

分析：在此模式下增加湿储气罐和干储气罐的压差控制，当该压差值高于某个定值时启动备用的空压机，同时自动停运正在运行的空压机及干燥器，以防止干燥器或过滤器出现堵塞而影响供气，能够较好地解决现有问题。

2.2 空压机与干燥器采用干燥器固定数量模式

2.2.1 压力监测点布置在湿储气罐

采用此控制方案的优势：干燥器始终保持设定数量运行，即使其中一台干燥器因故障停运，备用干燥器也会自动启动保持设定数量运行，保证下游用气量。不会出现第一种模式中所描述的空压机因故障停机而管网压力无法下降，从而导致空压机接近1个多小时不可用的情况。

采用此控制方案的劣势主要有以下

两点。

（1）当空压机运行数量改变时，需要人为启动干燥器，若手动启动干燥器时间较晚，会出现备用空压机频繁加载卸载，严重影响空压机齿轮箱等部件的使用寿命。

（2）在全厂进行完失电试验后，由于空压机出口阀以及干燥器入口阀全部关闭，湿储气灌压力一直维持在0.8 MPa左右，而空压机的启动压力设置在

0.75 MPa，因此失电试验完成后空压机不能正常启动，管网压力因为下游用户的用气而迅速下降。

分析：当用气量不稳定时，人为干预干燥器太多，在日常运行过程中危害较大，应避免采用此控制方案。

2.2.2 压力监测点布置在干储气罐

采用此控制方案的优势：干燥器始终保持设定数量运行，即使其中一台干燥器因故障停运，备用干燥器也会自动启动保持设定数量运行，保证下游用气质量。不会出现第一种模式种描述的空压机因故障停机而管网压力下不去，从而导致空压机接近1个多小时不可用。

采用此控制方案的劣势：当空压机运行数量改变时，需要人为启动干燥器，若手动启动干燥器时间较晚，会出现备用空压机频繁加载卸载，严重影响空压机齿轮箱等部件的使用寿命。

分析：当用气量不稳定时，人为干预干燥器太多，在日常运行过程中危害较大，应避免采用此控制方案。

3 结语

综合比较上述四种主空压机与干燥器连锁控制方案，采用空压机与干燥器为一一对应模式联锁控制方案，压力监测点布置在干储气罐，同时增加湿储气灌与干储气灌的压差控制，当压差值高于

0.2 MPa时自动停运正在运行的空压机及干燥器，启动备用空压机，可以有效达到空压机及干燥器启停响应速度快、手动干预少、压力监测点真实反映系统管网压力等目的。实践证明，采用该方案可以保证空压机组稳定可靠运行，安全地为核电站提供压缩空气，满足了机组正常运行的

需求。

参考文献

[1] 陈济东.大亚湾核电站系统及运行[M].北京：原子能出版社，1994.

[2] 广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京：原子能出版社，2004.

[3] 岭澳核电工程实践与创新[M].北京：原子能出版社.