某核工程中压压缩空气系统设计

詹翔鹏　戴俊

【摘 要】压缩空气作为一种重要的动力源，广泛应用于普通工业生产，在核工业如核电厂、研究堆、试验堆也有广泛的应用。某核工程中压压缩空气系统用于正常工况及紧急停堆工况供气，本文介绍了该系统的设计，包括设计方案选择、设计指标、流程描述、设备及材料选择、控制等，为其他工程的压缩空气设计提供了参考。

【关键词】核工程；压缩空气；系统设计

0 引言

压缩空气作为一种重要的动力源，广泛应用于普通工业生产，在核工业如核电厂、研究堆、试验堆也有广泛的应用。核工业用气用户主要为气动设备、气动阀门、树脂输送、废液输送、维修用气、安全壳密封性试验等，部分工程事故工况下紧急停堆需用气，因此压缩空气系统设计是否合理可靠对工程能否稳定正常运行、事故工况下能否停堆尤为重要。核工业压缩空气用气压力一般为低压（1MPa以下），中压、高压压缩空气使用较少。本文介绍了某核工程中压压缩空气系统设计，为其他工程类似压缩空气系统设计提供参考。

1 设计方案选择

系统设计首先应选定工艺设计方案，而压缩空气系统设计方案取决于用户用气情况。设计时应仔细了解各用户的用气情况，包括最大用气量、用气压力、持续时间、用气频次、用气品质、可靠性要求等。用气情况直接决定了所选择的设计方案，表1比较了不同的用气情况所对应的设计方案。

根据某核工程实际用气情况和工程实际，供气设计方案采用方案2：3套非安全级中压空气压缩机组+2台安全三级的中压储气罐，流程图见图1。

2 系统主要设计指标

系统主要设计指标见表2：

3 流程描述

3套中压成撬空气压缩机组并联布置，中压压缩空气经机组自带的装置干燥净化后汇入进气总管，进入2台中压储气罐；中压储气罐通过供气总管减压后分别对用户1和用户2进行供气。进气总管设置了止回阀作为安全三级与非安全级的隔离边界；用户1为安全三级；用户2管路为非安全级，正常运行时不用气，通过一个安全三级常闭的球阀隔离。

空气压缩机组根据中压储气罐后供气总管压力信号进行启动和停机，也可通过就地的紧急停运按扭手动紧急停运。3套空气压缩机组自带控制系统，可联锁控制就地启停、显示报警、设置压力等，启停信号、故障报警远传至运行保障控制室。正常运行时空气压缩机组为间断运行。运行中，当供气总管压力降到4.1MPa（表压）时，第1套机组自动启动；若压力持续下降，当压力降到4.0MPa（表压）时，另外2套机组相继（延迟10秒）自动启动；压力达到4.4MPa（表压）时，所有机组自动停运。系统阀门操作均为手动操作；供气总管压力测量就地指示并设置了低压报警（3.8MPa），并设置低压报警；各用户用气管道上均设就地压力指示，以监测用户的用气压力。紧急停堆情况下，2台中压储气罐可为装置内用户提供不少于3min的持续供气能力。

4 主要设备及材料

空气压缩机是一种压缩气体、提高气体压力的机器，种类很多，按工作原理可分为两大类：容积型、速度型。在容积型压缩机中，气体压力提高是由于压缩机中的气体被压缩，气体分子密度增加。而速度型压缩机中，气体压力是由气体分子的速度转化而来的，即先使气体分子得到一个很高速度，然后让它停下来，使动能转化为位能，速度转化为压力。

由于气体压力为中压，且排气量较大，调研相关厂家后选择了活塞式空气压缩机。中压空气压缩机组为成橇安装，集成了空压机、吸附式干燥器、过滤器及就地控制柜，安装简单，控制方便。

中压空气压缩机组（单套）：类型：活塞式空气压缩机；额定排气量8.3Nm3/min，额定排气压力4.4MPa（表压），常压露点≤-60℃，功率144kW，冷却方式风冷；尺寸（长×宽×高）：3400×2500×2200mm。

中压储气罐：有效容积5m3，设计压力5.0MPa，设计温度64℃；材质Q345R；尺寸：Ф2035×3350mm。系统阀门、管道均选用不锈钢；中压储气罐选用碳钢，材质为Q345R。

5 结语

1）压缩空气系统设计方案取决于用户用气情况，设计时应仔细了解各用户的用气情况，包括最大用气量、用气压力、持续时间、用气频次、用气品质、可靠性要求等。

2）执行核安全功能的中压压缩空气系统设计在核工业较为少见，本文通过介绍某工程中压压缩空气系统设计，为其他工程的压缩空气系统设计提供了参考。

【参考文献】

[1]GB50029-2014.压缩空气站设计规范[S].

[2]GB/T17569-2013.压水堆核电厂物项分级[S].

[3]中广核工程有限公司.压水堆核电厂核岛设计北京[M].北京：原子能出版社，2010.

[责任编辑：田吉捷]