某核工程中壓壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

詹翔鵬　戴俊

【摘 要】壓縮空氣作為一種重要的動力源，廣泛應(yīng)用于普通工業(yè)生產(chǎn)，在核工業(yè)如核電廠、研究堆、試驗(yàn)堆也有廣泛的應(yīng)用。某核工程中壓壓縮空氣系統(tǒng)用于正常工況及緊急停堆工況供氣，本文介紹了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)方案選擇、設(shè)計(jì)指標(biāo)、流程描述、設(shè)備及材料選擇、控制等，為其他工程的壓縮空氣設(shè)計(jì)提供了參考。

【關(guān)鍵詞】核工程；壓縮空氣；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

壓縮空氣作為一種重要的動力源，廣泛應(yīng)用于普通工業(yè)生產(chǎn)，在核工業(yè)如核電廠、研究堆、試驗(yàn)堆也有廣泛的應(yīng)用。核工業(yè)用氣用戶主要為氣動設(shè)備、氣動閥門、樹脂輸送、廢液輸送、維修用氣、安全殼密封性試驗(yàn)等，部分工程事故工況下緊急停堆需用氣，因此壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理可靠對工程能否穩(wěn)定正常運(yùn)行、事故工況下能否停堆尤為重要。核工業(yè)壓縮空氣用氣壓力一般為低壓（1MPa以下），中壓、高壓壓縮空氣使用較少。本文介紹了某核工程中壓壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為其他工程類似壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

1 設(shè)計(jì)方案選擇

系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先應(yīng)選定工藝設(shè)計(jì)方案，而壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案取決于用戶用氣情況。設(shè)計(jì)時應(yīng)仔細(xì)了解各用戶的用氣情況，包括最大用氣量、用氣壓力、持續(xù)時間、用氣頻次、用氣品質(zhì)、可靠性要求等。用氣情況直接決定了所選擇的設(shè)計(jì)方案，表1比較了不同的用氣情況所對應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。

根據(jù)某核工程實(shí)際用氣情況和工程實(shí)際，供氣設(shè)計(jì)方案采用方案2：3套非安全級中壓空氣壓縮機(jī)組+2臺安全三級的中壓儲氣罐，流程圖見圖1。

2 系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)指標(biāo)見表2：

3 流程描述

3套中壓成撬空氣壓縮機(jī)組并聯(lián)布置，中壓壓縮空氣經(jīng)機(jī)組自帶的裝置干燥凈化后匯入進(jìn)氣總管，進(jìn)入2臺中壓儲氣罐；中壓儲氣罐通過供氣總管減壓后分別對用戶1和用戶2進(jìn)行供氣。進(jìn)氣總管設(shè)置了止回閥作為安全三級與非安全級的隔離邊界；用戶1為安全三級；用戶2管路為非安全級，正常運(yùn)行時不用氣，通過一個安全三級常閉的球閥隔離。

空氣壓縮機(jī)組根據(jù)中壓儲氣罐后供氣總管壓力信號進(jìn)行啟動和停機(jī)，也可通過就地的緊急停運(yùn)按扭手動緊急停運(yùn)。3套空氣壓縮機(jī)組自帶控制系統(tǒng)，可聯(lián)鎖控制就地啟停、顯示報(bào)警、設(shè)置壓力等，啟停信號、故障報(bào)警遠(yuǎn)傳至運(yùn)行保障控制室。正常運(yùn)行時空氣壓縮機(jī)組為間斷運(yùn)行。運(yùn)行中，當(dāng)供氣總管壓力降到4.1MPa（表壓）時，第1套機(jī)組自動啟動；若壓力持續(xù)下降，當(dāng)壓力降到4.0MPa（表壓）時，另外2套機(jī)組相繼（延遲10秒）自動啟動；壓力達(dá)到4.4MPa（表壓）時，所有機(jī)組自動停運(yùn)。系統(tǒng)閥門操作均為手動操作；供氣總管壓力測量就地指示并設(shè)置了低壓報(bào)警（3.8MPa），并設(shè)置低壓報(bào)警；各用戶用氣管道上均設(shè)就地壓力指示，以監(jiān)測用戶的用氣壓力。緊急停堆情況下，2臺中壓儲氣罐可為裝置內(nèi)用戶提供不少于3min的持續(xù)供氣能力。

4 主要設(shè)備及材料

空氣壓縮機(jī)是一種壓縮氣體、提高氣體壓力的機(jī)器，種類很多，按工作原理可分為兩大類：容積型、速度型。在容積型壓縮機(jī)中，氣體壓力提高是由于壓縮機(jī)中的氣體被壓縮，氣體分子密度增加。而速度型壓縮機(jī)中，氣體壓力是由氣體分子的速度轉(zhuǎn)化而來的，即先使氣體分子得到一個很高速度，然后讓它停下來，使動能轉(zhuǎn)化為位能，速度轉(zhuǎn)化為壓力。

由于氣體壓力為中壓，且排氣量較大，調(diào)研相關(guān)廠家后選擇了活塞式空氣壓縮機(jī)。中壓空氣壓縮機(jī)組為成橇安裝，集成了空壓機(jī)、吸附式干燥器、過濾器及就地控制柜，安裝簡單，控制方便。

中壓空氣壓縮機(jī)組（單套）：類型：活塞式空氣壓縮機(jī)；額定排氣量8.3Nm3/min，額定排氣壓力4.4MPa（表壓），常壓露點(diǎn)≤-60℃，功率144kW，冷卻方式風(fēng)冷；尺寸（長×寬×高）：3400×2500×2200mm。

中壓儲氣罐：有效容積5m3，設(shè)計(jì)壓力5.0MPa，設(shè)計(jì)溫度64℃；材質(zhì)Q345R；尺寸：Ф2035×3350mm。系統(tǒng)閥門、管道均選用不銹鋼；中壓儲氣罐選用碳鋼，材質(zhì)為Q345R。

5 結(jié)語

1）壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案取決于用戶用氣情況，設(shè)計(jì)時應(yīng)仔細(xì)了解各用戶的用氣情況，包括最大用氣量、用氣壓力、持續(xù)時間、用氣頻次、用氣品質(zhì)、可靠性要求等。

2）執(zhí)行核安全功能的中壓壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)在核工業(yè)較為少見，本文通過介紹某工程中壓壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為其他工程的壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]GB50029-2014.壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB/T17569-2013.壓水堆核電廠物項(xiàng)分級[S].

[3]中廣核工程有限公司.壓水堆核電廠核島設(shè)計(jì)北京[M].北京：原子能出版社，2010.

[責(zé)任編輯：田吉捷]