淺析膜壓機(jī)的升級(jí)改造

占建華　王培駿　周敏

【摘 要】高壓氮?dú)庀到y(tǒng)，作為氮?dú)庀到y(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)， 用于安注箱充壓及備用高壓氮?dú)獬淦?。而膜壓機(jī)是高壓氮?dú)庀到y(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其技術(shù)性能對(duì)高壓氮?dú)庀到y(tǒng)及中壓安注系統(tǒng)（安注箱）有一定的影響。由于機(jī)組使用時(shí)間久，逐漸老化，磨損及漏油嚴(yán)重，啟機(jī)操作困難，膜壓機(jī)出力效能降低，機(jī)組未設(shè)連鎖保護(hù)系統(tǒng)，無(wú)法保證機(jī)組與工作人員安全；原備品備件采購(gòu)困難，渠道不暢，備件都為非原廠貼牌生產(chǎn)，無(wú)法有效保證質(zhì)量要求；近年來(lái)電廠大修期間，膜壓機(jī)向安注箱充壓時(shí)間延長(zhǎng)，需要將近10天左右，已經(jīng)逐漸影響電廠大修主線，本文針對(duì)膜壓機(jī)存在的問(wèn)題，進(jìn)行分析與改造，達(dá)到降低設(shè)備故障，提高充氮效率，保障機(jī)組與人員安全，保證大修工期按計(jì)劃完成的目的。

【關(guān)鍵詞】膜壓機(jī)；升級(jí)改造；磨損；大修主線

中圖分類號(hào)： TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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型膜壓機(jī)從1987年開始投入使用，隨著使用年限的增加，設(shè)備逐漸老化，雖然能啟動(dòng)運(yùn)行但操作困難，由于設(shè)備磨損及漏油嚴(yán)重，膜壓機(jī)出力效能降低，近年來(lái)電廠大修期間，膜壓機(jī)向安注箱充壓時(shí)間延長(zhǎng)，需要近10天左右，已逐漸影響電廠大修主線，而且此膜壓機(jī)是80年代產(chǎn)品，現(xiàn)廠家已經(jīng)推出新產(chǎn)品，原備品備件采購(gòu)困難，渠道不暢，備件都為非原廠貼牌生產(chǎn)，無(wú)法有效保證質(zhì)量要求.為便于操作人員操作，保障機(jī)組與人員安全，縮短安注箱充氮時(shí)間，提出了膜壓機(jī)升級(jí)改造。

2 概述

2.1 氮?dú)庀到y(tǒng)

功能：10#氮?dú)庀到y(tǒng)為電廠各生產(chǎn)廠房提供0.4MPa和5Mpa高壓氮?dú)?，其中高壓氮?dú)夤?1#廠房安注箱增壓用氣；低壓氮?dú)庹］敵鰤毫刂圃?.31～0.47Mpa，高壓氮?dú)膺\(yùn)行向安注箱充壓時(shí)總管壓力控制在≤5Mpa，10只氮?dú)馄科匠?chǔ)存15Mpa的高壓氮?dú)狻?/p>

2.2 中壓安注系統(tǒng)

功能：一回路失水情況下，注入冷水，淹沒堆芯，冷卻燃料組件，確保堆芯的幾何形狀和完整性；在二回路蒸汽管道破裂的情況下，其首先注入的高濃度硼酸水所引入的負(fù)反應(yīng)性可以補(bǔ)償由于一回路的溫度效應(yīng)而引入的正反應(yīng)性；補(bǔ)償一回路流體損失，特別是當(dāng)化容系統(tǒng)失效時(shí)，保證穩(wěn)壓器的水位。

當(dāng)一回路失去冷卻劑，且其壓力降至4.9Mpa（主系統(tǒng)壓力低于安注箱壓力時(shí)自動(dòng)注入）以下時(shí)，它能在最短的時(shí)間內(nèi)把含硼量為2400ppm的硼酸水注入到反應(yīng)堆內(nèi)，淹沒堆芯，防止堆芯燃料元件熔化和反應(yīng)堆重返臨界。主要有2組（每組2臺(tái)并聯(lián)）安注箱，及相應(yīng)管道、閥門和儀表組成。

技術(shù)規(guī)格書要求：每組（兩臺(tái)并聯(lián)）兩個(gè)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的安注箱必須滿足下列可運(yùn)行要求：安注箱內(nèi)充氮壓力維持在4.5～4.9MPa（46～50kgf/cm2）。

2.3 原膜壓機(jī)存在的問(wèn)題

油缸中的油液有一部分會(huì)通過(guò)活塞環(huán)與缸壁及環(huán)槽的間隙泄漏到曲軸箱中，膜片破裂，氣體（氮?dú)猓┻M(jìn)入油液中，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

機(jī)器各部件接合處普通存在漏油現(xiàn)象，平時(shí)停機(jī)后也會(huì)有油從接縫處緩慢滲出，最終機(jī)器旁形成一圈膜壓機(jī)油。目前油缸油壓表下放氣閥處，因?yàn)榻?jīng)常開關(guān)使閥孔擴(kuò)大了，現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)一直關(guān)不嚴(yán)會(huì)漏油，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行場(chǎng)面較差。

進(jìn)氣壓力低（0.05MPa），氮?dú)鈨?chǔ)槽出口壓力在0.4Mpa左右，膜壓機(jī)因設(shè)備結(jié)構(gòu)原因，進(jìn)氣壓力不能過(guò)高，增設(shè)了減壓系統(tǒng)，增加了成本。

設(shè)備老化，缺陷增多，各部件磨損大，活塞間隙大，效率明顯降低，出力小，給系統(tǒng)充壓時(shí)間不斷變長(zhǎng)，短大修期間一旦故障影響大修主線進(jìn)程的風(fēng)險(xiǎn)加大。OT-116大修安注箱充氮時(shí)間用了將近8天，使用了600多瓶氮?dú)馄浚ㄒ蛴虚y門內(nèi)漏，一般需要400瓶左右），充氮時(shí)間久，影響大修主線，OT-116安注箱充氮壓力與時(shí)間見圖2-1，OT-116膜壓機(jī)相關(guān)缺陷見表2-1。

圖2-1 OT-116安注箱充氮壓力與時(shí)間

圖片說(shuō)明：安注箱A與B、C與D曲線重疊：安注箱分為2組（A與B、C與D），膜壓機(jī)出口分兩條充氮管線，每條充氮管線同時(shí)往兩個(gè)箱子充氮，所以壓力差別很小，曲線幾乎重疊，詳見圖3-3氮?dú)饬鞒虉D。

表2-1 OT-116膜壓機(jī)缺陷表

啟機(jī)操作復(fù)雜，開機(jī)前需手動(dòng)給油腔加油（一級(jí)油腔與二級(jí)油腔）、盤車排油，開機(jī)時(shí)一級(jí)缸油壓無(wú)法短時(shí)間內(nèi)調(diào)整好，需要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷進(jìn)行綜合調(diào)整，開機(jī)后其補(bǔ)償油泵總是出力不足，然后需要在放氣螺栓、出口管接頭等處放油（氣），這樣將補(bǔ)償油泵調(diào)整好，使一二級(jí)油缸能有足夠的油壓。

機(jī)組未設(shè)連鎖保護(hù)系統(tǒng)，無(wú)法保障機(jī)組與人員安全。

3 膜壓機(jī)的改造

3.1 改造原因

由于膜壓機(jī)年限較長(zhǎng)，活塞間隙變大，出力明顯下降；本身磨損嚴(yán)重，每次開膜壓機(jī)都會(huì)大量的漏油造成一大堆油外漏在地等原因；膜壓機(jī)自動(dòng)化程度很低，運(yùn)行人員開啟膜壓機(jī)往往需要經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)上的能力，啟動(dòng)時(shí)間不可控，若單從操作說(shuō)明上已無(wú)法開啟機(jī)器；不具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，不具備自動(dòng)報(bào)警啟停保護(hù)功能，需要操作人員時(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管，增加人為操作失誤的風(fēng)險(xiǎn)和浪費(fèi)人力資源；每次大修安注箱充壓，都在7天以上，目前都快近10天，因此短大修期間，因膜壓機(jī)故障而影響大修主線進(jìn)程的風(fēng)險(xiǎn)變大，針對(duì)原膜壓機(jī)出現(xiàn)的這些問(wèn)題，決定對(duì)2臺(tái)膜壓機(jī)進(jìn)行更換改造。

3.2 改造情況

目前1#膜壓機(jī)已經(jīng)改造完畢，可以投入使用；2#膜壓機(jī)還在改造中。

3.3 改造后膜壓機(jī)的介紹

改造后的膜壓機(jī)由美國(guó)PDC公司生產(chǎn)，型號(hào)為PDC-3-600-3000。工作原理圖如圖3-1所示，機(jī)油壓力和曲柄角的對(duì)照?qǐng)D如圖3-2所示：

圖3-1 原理圖

圖3-2 機(jī)油壓力和曲柄角的對(duì)照?qǐng)D

a.吸氣沖程，液壓活塞向下死點(diǎn)移動(dòng)，機(jī)頭空腔中的壓力降低，膜片向空腔底部移動(dòng)。

b.當(dāng)空腔中的壓力低于壓縮機(jī)入口壓力時(shí)，進(jìn)氣單向閥打開，氣體進(jìn)入空腔，這時(shí)的曲柄角約為45°。

c.氣體繼續(xù)流入空腔直到活塞到達(dá)下死點(diǎn)。

d.之后活塞反方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣單向閥關(guān)閉，壓縮過(guò)程開始。

e.當(dāng)空腔中的壓力超過(guò)壓縮機(jī)的排氣壓力時(shí)，排氣單向閥打開，氣體流出壓縮機(jī)，這時(shí)的曲柄角約為225°。

f.氣體繼續(xù)流出直到活塞到達(dá)上死點(diǎn)，之后活塞反向運(yùn)動(dòng)，重復(fù)前面的循環(huán)。

g.壓縮機(jī)裝有一個(gè)曲軸驅(qū)動(dòng)的注油泵，在吸氣沖程注油泵將液壓油注入機(jī)頭的空腔中。

h.注油泵補(bǔ)償了系統(tǒng)中油的損失，以及正常運(yùn)行時(shí)泄壓閥中不斷置換的油。油路泄壓閥壓力設(shè)定值略高于壓縮機(jī)出口壓力，使膜片可以接觸到空腔頂部，并保證整個(gè)空腔中充滿氣體。當(dāng)膜片接觸到空腔頂部時(shí)，液壓活塞還未抵達(dá)上死點(diǎn)，在這一過(guò)程，油壓繼續(xù)升高，達(dá)到泄壓閥壓力設(shè)定值時(shí)，泄壓閥打開。泄壓閥的打開意味著壓力達(dá)到最高值，此時(shí)的曲柄角剛好360°。

與原膜壓機(jī)相比，增加了以下性能：

三膜片檢漏系統(tǒng)：金屬隔膜壓縮機(jī)每級(jí)都有一個(gè)檢漏系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可以檢測(cè)到膜片的故障（膜片破裂），氣體或油的泄漏。膜片的故障可能會(huì)導(dǎo)致污染物顆粒進(jìn)入氣體或油路系統(tǒng)，空腔內(nèi)的水汽凝結(jié)，或壓縮機(jī)機(jī)頭螺栓無(wú)法正常夾緊。中間膜片上刻有泄漏槽，以便于泄漏的介質(zhì)可以流入泄漏室。如果膜片破裂，氣體或者油將穿過(guò)裂紋，經(jīng)過(guò)泄漏槽進(jìn)入泄漏室。隨著氣體和油的聚集，壓力逐漸上升，壓力開關(guān)設(shè)定值為15psig，當(dāng)泄漏室壓力到達(dá)15psig，s壓力開關(guān)通過(guò)控制連鎖停機(jī)，從壓力表中可以觀察到因泄漏而產(chǎn)生的壓力。

進(jìn)氣管道安裝進(jìn)氣過(guò)濾器：凈化工藝氣體，保護(hù)相關(guān)設(shè)備不被污染。

排氣量升高：額定排氣壓力不變的情況下，將排氣量從5m3/h提高至10m3/h。

遠(yuǎn)程監(jiān)控：實(shí)現(xiàn)膜壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)（排氣量、排氣壓力）和報(bào)警信號(hào)遠(yuǎn)傳至10#廠房控制室（變更設(shè)計(jì)上有此項(xiàng)功能，目前還沒有實(shí)現(xiàn)）。

增加控制連鎖功能：出口壓力高、冷卻水流量低、電機(jī)超載、檢漏系統(tǒng)、潤(rùn)滑油壓力低等會(huì)觸發(fā)停機(jī)信號(hào)，保證機(jī)組安全。

3.4 運(yùn)行情況

進(jìn)氣壓力提高：原膜壓機(jī)從氮?dú)鈨?chǔ)槽出口（0.4MPa）經(jīng)減壓閥（0.05MPa）進(jìn)入，減壓閥旁路閥（D4-15）關(guān)閉；新膜壓機(jī)氮?dú)鈨?chǔ)槽出口經(jīng)減壓閥旁路閥進(jìn)入（0.3～0.4MPa）.氮?dú)饬鞒虉D如圖3-3

圖3-3 氮?dú)饬鞒虉D

排氣壓力升高：原膜壓機(jī)活塞間隙變大，其出力已明顯下降，運(yùn)行時(shí)排氣壓力在4～5MPa之間，新膜壓機(jī)正常運(yùn)行時(shí)出口壓力下降至5MPa后程序?qū)⒆詣?dòng)加載運(yùn)行，達(dá)到20MPa后會(huì)保護(hù)自停。

啟機(jī)操作簡(jiǎn)單：只需連續(xù)兩次在膜壓機(jī)控制柜上按“點(diǎn)動(dòng)”按鈕2-3秒，即可完成注油操作，啟動(dòng)膜壓機(jī)（一鍵式啟動(dòng)功能）。

安注箱充氮速度提升：OT-117大修1#膜壓機(jī)總共運(yùn)行了大約3天，使用了260多瓶氮?dú)馄?，如果兩臺(tái)新膜壓機(jī)投入運(yùn)行，可能不需要使用氮?dú)馄浚瑴p少人力、物力的損耗，保障人身安全安，OT-117的安注箱充氮壓力與時(shí)間見圖3-4。

4 改造后膜壓機(jī)運(yùn)行與維護(hù)

4.1 目的

保證機(jī)組經(jīng)常處于良好的技術(shù)狀態(tài)，隨時(shí)可以投入運(yùn)行，減少機(jī)組故障，減少機(jī)組磨損，減少停機(jī)維修時(shí)間，提高機(jī)組完好率、利用率，提高機(jī)組安全性能，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命。

4.2 啟動(dòng)驗(yàn)證

由于振動(dòng)會(huì)引起相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)又會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)軸承的接觸腐蝕，每隔20～30天要轉(zhuǎn)動(dòng)一下飛輪，以修復(fù)軸承滾珠與座圈之間的油膜，從而避免軸承和其他表面間的接觸腐蝕。

功能：檢測(cè)故障及驗(yàn)證其可運(yùn)行性。

注意事項(xiàng)：膜壓機(jī)啟動(dòng)出口壓力緩慢上升后，打開放空閥D4-23半圈，確保膜壓機(jī)出口壓力不超過(guò)5MPa.

存在問(wèn)題：?jiǎn)?dòng)驗(yàn)證每月執(zhí)行一次，類似于定期試驗(yàn)，缺乏相應(yīng)的操作細(xì)則，缺少相關(guān)參考數(shù)據(jù)，對(duì)故障缺少判斷依據(jù)。建議增加試驗(yàn)規(guī)程，增加相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)收準(zhǔn)則。

4.3 維護(hù)項(xiàng)目及時(shí)間

維護(hù)項(xiàng)目及時(shí)間如表4-1所示。

5 總結(jié)

通過(guò)本次改造，膜壓機(jī)操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便；自動(dòng)化程度高的控制系統(tǒng)充分地保證了設(shè)備的安全運(yùn)行；高效的泄漏檢測(cè)體系避免了工藝氣體污染，壓力輸出穩(wěn)定，安注箱充氮速度提升，充氮時(shí)間縮短，保證大修進(jìn)度。

【參考文獻(xiàn)】

[1]PDC金屬隔膜壓縮機(jī)操作手冊(cè).

[2]G2V-5/200型膜氏壓縮機(jī)說(shuō)明書.

[3]陳金，隔膜式壓縮機(jī)金屬膜片結(jié)構(gòu)的改進(jìn)[J].中國(guó)設(shè)備管理，2000年12期.

[4]G2V-5/200型隔膜式壓縮機(jī)[J]，機(jī)電新產(chǎn)品導(dǎo)報(bào)，1998年Z3期.

[5]趙盛基，壓縮機(jī)膜片破裂原因分析及預(yù)防措施[J].齊魯石油化工，1998（ql）：301-303.