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核电厂压缩空气系统运行探讨
来源:凌宇 | 发布日期:2022-12-11
核电是一种新兴的能源产业,在全球能源中占据重要地位,是一种比较高端的发电方式。在我国越来越注重能源安全和环保的情况下,大力发展核电,在稳定发展的前提下,必须确保核电的安全。本文重点对压缩空气系统运行的状况进行了探讨,以改善整个系统的节能性和环境友好性。

       电力作为我国的主要能源,是我国国民经济发展的必要条件,不管采用何种方式,都必须采用压缩空气系统作为动力。根据不同的发电企业类型和场所,选用不同的空气系统。不同的发电方式是指电力工业中的主要发电设备,水力设备,以及核电设备(在此不包含风力发电、太阳能发电等)。所谓不同场所是指在同一个电厂中,不同的地方,例如仪表用气、除灰用气、杂项用气等。

1、核电压缩空气系统简述

1.1 压缩空气生产系统功能

  (1)基本职能。

      压缩空气生产系统,即SAP,其功能是制造核电厂所需的压缩空气。SAP系统主要为核岛、常规岛以及周边(简称BOP)的气压控制系统提供气体供应;通用压缩空气分配系统是为了满足工厂的各种电力设备的操作和维护。

  (2)安全特性。

      SAP系统没有提供安全特性[1]。当SAP系统的主要空气压缩机出现故障时,核岛电力设备中的紧急空气压缩机将代替工作,并为设备提供必需的压缩空气。

1.2 设备说明及布置

1.2.1 ZC 厂房内的设备(主要气源)

       按气流流向将压缩空气的产生系统分成:一是四台相同且平行设置的大型空气压缩机。从各个主空气压缩机排出的压缩气体经过一个缓冲器,然后被送到各个空气干燥器(例如:无热再生干燥器,除尘器,细过滤器)。四台烘箱中的加压气体经过10立方的管道缓冲槽,再由 GB储罐输送到核岛和常规岛。另外,ZC公司还拥有制冷泵,冷却塔等设备。首先,两个主要的压缩机可以实现对 SAR和 Sat的全面需求。其次,四台主压气机在核反应堆安全阀的压力测试中达到了测试流量的需要。主要空气压缩机采用水冷、无油的螺旋式空气压缩机,在起动之前无需预润滑。主空气压缩机采用双管型吸热再生空气干燥装置。压缩空气在干燥后的压力露点温度不超过-15℃。

1.2.2 常规岛设备

       常规岛压缩空气生产系统中,每个单位仅有一个快速关阀。常规岛压缩空气产生系统,其作用是在由于泄漏等原因而丧失气压时,通过释放 SAT系统来确保核岛的气体供应,也就是当主要压空机所供应的压缩气压下降到0.86MPa时,该阀门迅速地停止工作。

1.2.3 布置

       四台主式空气压缩机、四套烘干设备、一套储气箱,分别位于ZC工厂的空压室,ZC工厂抽水室内装有四个冷却泵,在加压机房顶部装有两个冷却塔。每个核电站的电力设备都装有紧急空气压缩机和干燥设备。常规岛快关阀安装在每个单位的压缩机室,在公共压缩空气分配系统(SAT)上。

2、压缩空气系统在核电行业的应用

2.1 空气压缩机在核电的应用

      在正常情况下,每个空气压缩机的排气压力为0.8-1.0MPa (克),而主电机的功率是6.6 K V/3 PH/50 Hz或10 K V/3 PH/50Hz。在两座核电机组中,每两座核电机组都要安装四台无油螺杆式空气压缩机,其总气总量在70-80立方米/分钟,而核岛主电机的总功率在500-600 kW之间。在常规工况下,各空气压缩机的排气压力为0.8~1.0MPa (克),主电机的功率为380 V/3 PH/50 Hz。新型核电厂空气压缩机工作状况的显示器包括:入口空气滤清器状况、入口真空度、废气压力、废气温度、累积运转、负荷运转等。其内部的警报信号有:高排放压、高电机、高轴承油、高报警、感应器、控制器等。通过主机通信接口和硬件接口,把压缩机的工作参数和总的错误信息传送给主机。

2.2 空气后处理设备在核电的应用

      在正常工作状态下,除空气压缩机外,还要安装干燥器、过滤器等对压缩空气进行干燥、净化处理,然后将其输送到核电设备和控制阀中。无论是从主要的空气压缩机还是应急空气压缩机,经过干燥器和过滤器的处理,最后进入到压缩气体的分配装置,作为最终的应用。仪表用的压缩空气在标准工况下,其系统压强为0.68~1.0MPa,在-20摄氏度或更高的压露温度下,粒子的最大值大于0.1μ m,灰尘浓度<0.1 mg/m³,不含油。烘干设备要求使用不经热或微温的吸湿特性,利用干燥器吸收被压缩大气中的水分。两座核电站分别装有4个烘箱,在干燥机运转时,一台烘干机用于压缩空气的烘干,另一台用于再生。干燥器的处理气体应与空气压缩机的排气量相匹配,同时考虑到再燃烧时的气体消耗[2]。核电干燥器配有一种能有效地调节干燥和回温的变化,从而减少对循环使用的压缩气体的消耗量。

鼓风热再生吸附式干燥机

2.3 两种典型的压缩空气系统配置

      在核电工业中,有两种典型的压缩空气结构。一种是常规压缩空气系统结构。尽管核电站对设备的要求很高,比如压力容器、接口法兰、滤清器等,但并不需要对压缩空气设备进行集中控制,而是由核电公司自行设计,并通过主控室对辅助设备进行指令和反馈,空气压缩机、干燥器等都是一个独立的装置,只需要在规定的输入输出干接点上设置通信接口即可。该调整装置的首次使用时,由于其尺寸较少,因此在后期的安装和调试中需要大量的时间,不能进行完整的设备管理,导致调试过程很慢。这是一套完备的体系,包括:干燥器、滤清器及管路、湿气箱、干气箱、高压箱、电绝缘阀门、制冷泵、冷却塔、电子水处理装置、集中控制装置。如果需要,还可以为其他的装置和成套的解决办法,例如母管的温度分析仪,母管压力计。该技术的应用可以实现核电站对压缩气体整个系统的需求,具有连续启动,自动循环切换和遥控控制的装置,能够自动地改变冷却器的报警,通过控制压缩机压力,启动和关闭所有压缩机。第二种类型的压缩风装置的特点是设备选用一致,整体管理,整体的调试效果明显,集中式系统起着"脑"的作用,通过对各个压力点进行探测,例如,测量母管压力或干、湿罐压力为系统压力,采用中央整合式的压力控制逻辑来分配空气压缩机的工作指令,当压力仍然下降至二级最低时,将会根据具体情况进行起动并加载另外一部空气压缩机,根据具体情况进行调整,达到节能减排的目的。通过压缩空气系统,对系统的所有设备进行全面的监测,根据中央控制系统的顺序,对空气压缩机、干燥器等进行顺序控制,减少设备的工作疲劳寿命,同时对冷却水量、水温、母管压力露点等进行实时监测,以最大限度地减少故障的发生。

2.4 冷却水泵低水压问题

      核电厂SAP高压空气生产装置的冷却水没有连接到冷却泵的安全逻辑,只有一个低电压警报。,同时运转水泵马达未跳闸,马达触点仍处于闭合状态,此时"总控制器"不会动作联动,启动后备冷却水泵,造成冷却水流量过小,最终导致空气压缩机温度过高而跳闸。这个体系所采用的"综合控制装置"只在动力保护作用下的冷却水泵马达供电接触器断开之后,不会使冷却水输出母管道的水位降低向主控制器反映,并且使备用冷却泵不能起动,仅限于机械部件出现故障,使机器负载急剧上升,过流保护启动[3]。在主管处增设远传压力测点,并增设低压联备水泵的保护措施,以改善系统的运行可靠性,对空气压缩机的设备进行更好的保护。

3、结语

      总之,由于核电厂的压缩空气系统规模庞大、结构复杂,末端气体分布在核电站中,使用气体的条件多,气体流量变化较大,建议采用第二种压缩空气系统。核电厂应采用一种综合的方法,既增强了系统的安全性,又减少了核电厂的设计控制和相关的设备,使系统的运行达到节能环保的目的,从而提高核电厂系统的安全性、可靠性和经济性。

(中核国电漳州能源有限公司 陈臻伟)

参考文献
[1]何璐.核电厂压缩空气生产系统调试问题分析与改进[J].产业与科技论坛,2021,20(15):47-48.
[2]于泽生.核电厂压缩空气系统供气管径和储气罐容积计算的研究[J].城市建设理论研究(电子版),2020(05):6.
[3]赵彩霞,蒋宏宇.核电站中压缩空气生产系统中调节阀的应用[J].产业与科技论坛,2019,18(11):47.
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