摘要： 本文通过分析压缩机自身的压力带控制特点，结合空压机和干燥器的本身特性，以某核电站为模型。提出以压力带控制为基础的全新的空压机组控制方案。该方案通过引入压力带控制，取消空压机和干燥器的直接关联方案，从而建立一个全新的无需人工干预的空压机组控制模型。
关键字：空压机、压力带、核电
引言
压缩空气是一种重要的动力源。在工业生产及日常生活中都有十分重要的作用。核电建设及运行过程中，压缩空气生产及分配系统是非常重要的系统。它负责为核岛、常规岛及BOP的仪器、仪表、阀门提供干燥无油的压缩空气。
本文通过分析集中控制和单台空压机的控制原理，提出以压力带为基础的控制模型。该控制方案无需单独的控制系统，只需要在原有的空压机和干燥器控制器和系统流程上做微小的改造，就能完成集中控制所能完成的所有控制功能，并且能够降低系统的安全风险。
1 控制原理介绍
1.1 概念介绍
加载：空压机进口阀打开，空压机处于正常工作状态。
卸载：空压机进口阀门关闭，空压机马达转动，机器处于无压缩空气输出状态。
加载压力：空压机加载的连锁设定值，小于或等于此值，空压机将加载。
卸载压力：空压机卸载的连锁设定值，大于或等于此值，空压机将卸载。
停机：空压机电机未带电，需要人工手动操作才能启动机器。
备用：空压机处于停机状态，但是会根据加载压力进行启动和加载。
露点：湿空气在等压力下冷却，使空气里原来所含未饱和水蒸汽变成饱和水蒸汽的温度，或者说，当空气的温度降低到某一温度时，空气里原来所含未饱和水蒸汽就达到了饱和状态(即水蒸汽开始液化，有液体凝结出来)，此温度就是该气体的露点温度。
压力带：空压机的加载压力和卸载压力之间的压力范围。
1.2 集中控制原理
集中控制：将所有仪表和设备接入到一个独立的控制系统中。在该系统设置独立的控制器及输入输出设备，从而完成对系统内设备的控制。
1.3 压力带控制原理
在空气系统中，压力是一个最重要的参数。一般情况下，通过一个管网的压力分布就能看出该系统的整体运行情况。而压力带控制正是通过管网压力的变化将整个系统连接起来，从而完成整体控制。
1.3.1 压力带分析
压力带控制是基于空压机和干燥器本身的特性而采用的一种控制原理。其通过压力带来控制空压机的启动、加载以及卸载。而干燥器主要通过压力带来实现启动和停止。
假设用户管网的最高需求压力为Pmax，而用户管网的最低需求压力为Pmin，空压机中压力传感器的最大分辨率为
，第一个用户和空压机之间的压力损失
，用户的空压机台数为n。那么第k台压缩机的压力带的设定为：
由此可见采用压力带控制必须满足的条件为：
其中Pmin的选取要考虑管网的实际阻力。
在实际情况中
的选取可以参考以下的公式：
1.3.2 用户用气分析
假设正常情况下母管的压力为p，用气量为
,供气量为
，每台空压机的供气量为Q.
正常情况下压缩空气系统供气量为母管压力的函数：
该函数是一个分段函数，当压力为压力带中的特定值时，供气量为单台空压机供气量的整数倍。
用户的用气量是根据下游用户的实际需求来确定的，但是用户的用气量可以在母管压力的波动中反映出来，因此：
，而且
2. 压力带控制系统逻辑
2.1 空压机控制逻辑图
在正常运行状态中需要先手动启动空压机1次，然后空压机将根据压力带自动工作，无需人工手动干预。
3 压力带控制分析
3.1 正常运行工况分析
正常运行情况下，空压机均处于备用或者正常运行状态。干燥器根据管网的压力也将处于正常的运行状态。整个管路处于平衡状态。
当用户数量忽然增大的情况下，管网压力将会下降。当管网压力下降到干燥器的设定值时，干燥器自动启动，干燥器出口气动阀打开。此时，空压机侧的压力也将持续下降，当空压机的压力下降到空压机的压力设定值时，空压机将会自动启动，并进行加载。若一台空压机仍不足以维持管网压力，那么管网压力继续下降，当管网压力下降到另一定值时，另外一台干燥器启动，出口启动阀打开，随后另外一台空压机也将启动。
当用户数量忽然减少的情况下，管网压力将会上升。当管网压力上升到干燥器的定值时，干燥器自动停止，干燥器出口启动阀关闭。
此时，空压机若在卸载状态中，将持续卸载直到备用停机；若在加载过程中，当压力到达设定值是也将持续卸载直至备用停机。
3.2 空压机故障分析
正常运行工况下，空压机的故障分为两种。运行中的空压机故障和备用中的空压机故障。
3.2.1 运行中的空压机故障
当运行中的空压机故障时，该空压机将自动停机。此时，管网压力持续下降，当降到另外一台空压机的压力带定值时，备用的空压机将会自动启动。同时故障空压机的故障信号将会通过信号反馈线反馈到核电的主控制室。运行人员将现场查看情况并及时同时检修人员检修。
3.2.2 备用中的空压机故障
当备用中的空压机故障时，该故障信号也将反馈到主控制室。此时，若管网压力持续下降，该台空压机将不会启动，另一个阶梯压力的空压机将会启动。
3.3 干燥器故障分析
正常运行工况下，干燥器的故障也分为两种。运行中的干燥器故障和备用中的干燥器故障。
3.3.1 运行中的干燥器故障
当运行中的干燥器故障时，该干燥器将自动停机。此时，管网压力持续下降，当降到另外一台干燥器的压力带定值时，备用的干燥器将会自动启动。同时故障干燥器的故障信号将会通过信号反馈线反馈到核电的主控制室。运行人员将现场查看情况并及时同时检修人员检修。
3.3.2 备用中的干燥器故障
当备用中的干燥器故障时，该故障信号也将反馈到主控制室。此时，若管网压力持续下降，该台干燥器将不会启动，另一个阶梯压力的干燥器将会启动。
3.4 设备检修分析
3.4.1 部分空压机停机检修。
当部分空压机需要停机检修时，将需要检修的空压机隔离。将检修空压机对应的干燥器切换到就地控制状态，不参与压力带自动控制。将剩余的空压机和干燥器投入压力带控制状态。
3.4.2 部分干燥器停机检修。
当部分干燥器需要停机检修时，将需要检修的干燥器隔离。将检修干燥器对应的空压机切换到停止状态，不参与压力带自动控制。将剩余的空压机和干燥器投入压力带控制状态。
3.4 压力带控制逻辑分析
在传统的集中控制过程中，干燥器和空压机进行一一对应，一台空压机启动，必对应一台干燥器的启动。在压力带控制系统中，干燥器的运行数量必然会大于或者等于空压机的运行数量。在该模型中空压机和干燥器的数量无需匹配，只需要满足压力带要求即可。
4总结
相比较与集中控制系统，压力带控制具有控制成本低廉、设备数量少、可靠性高等优点。压力带控制适用于空压机数量较少，而系统用户压力带较宽的场所。核电空压机数量较少。而下游用户主要为气动阀等设备，存在二次减压，压力带范围很宽。压力带控制可以用于核电站的压缩空气生产系统。
论文作者:尚龙龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
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