工业效率

核电厂空气仪表

介绍

核电站为人民、商业和工业提供电力。电力的生产方式与化石燃料(如煤、石油等)发电厂类似,利用蒸汽驱动涡轮机旋转发电机,产生电力。以热的形式产生蒸汽的能量来自铀235原子的裂变,而不是化石燃料的燃烧。一旦从蒸汽中除去能量,剩余的能量要么用于预热凝结水(液态水),用于制造更多的蒸汽,要么用于冷凝器热交换器。在冷凝器中,蒸汽凝结成液体,能量通过冷却水从湖泊、海洋、河流或通过冷却塔进入大气。一旦剩余能量被除去,蒸汽成为液体冷凝物,液体冷凝物在蒸汽发生器中再加热,产生高能蒸汽供汽轮机(1)(2)使用。

黎明时期的oconee核电站

用于测量和安全的仪表空气

为了以最有效的方式产生电力,必须监测蒸汽和冷凝物的流动以及热交换器中的水平,并控制。许多监测流动,水平,压力和温度的仪器都包含仪器空气质量压缩空气(仪器空气)来转移信息。流动和水平控制是通过空气操作阀的节流操作(AOV的)来实现的。AOV需要仪器空气:清洁干燥压缩空气。通常,仪器空气系统上的所得负载相对恒定。高品质的空气阻止了仪器,控制和AOV上的小端口堵塞了碎屑,水分或油,这可能防止支持有效生产电力的设备的正常运行。

双赢

甘蓝

1988年成立了Canug(压缩空气核算集团),目标是在进行服务核电厂的压缩空气系统工程师之间交换信息。八十名成员共用需要提高可靠性,可用性和降低服务阀门,仪器和其他组件的压缩空气系统的成本,利用压缩空气控制核能转换为电力。
http://www.aovusersgroup.com/canug.html.

如上所述,核能是通过铀235裂变产生的。裂变过程以及裂变产生的裂变产物,产生辐射。核电站的安全和正常运行确保核燃料和裂变产品将以可接受的配置包含,以免对工厂运营商或公众造成伤害。在一些核电站,仪器空气需要在紧急情况下,需要在紧急情况下安全地关闭核电站,确保将保持放射性污染释放的障碍。然而,在大多数核电厂中,仪器空气不需要执行这些功能,因为执行这些功能所需的所有组件不使用压缩空气或空气控制的部件在防止放射性污染物释放所需的位置(3)。

在所有工业设施,压缩空气也用于补充用途,如操作空气驱动工具和泵。这通常被称为服务空气,与仪表空气系统是分开的。服务空气系统可作为仪表空气的后备。

oconee核站的仪器空气

Oconee核电站的原始仪表空气系统配置包括3台沃辛顿往复式压缩机(hbb14x13,每台489 cfm),并支持制冷剂干燥器。在初始启动和运行期间,Oconee的仪表空气系统通常有两个运行中的压缩机,一个处于备用状态,支持机组的1和2个空气操作阀门和仪表的操作,以及工具和污水喷射器。ONS意识到需要更多的压缩空气容量。在70年代中期,安装了一个独立的服务空气系统,使用两台Sullair旋转螺杆压缩机(150系列)来支持工具和污水喷射器。

服务空气系统作为备份将仪器空气系统捆绑在一起。这被证明有利和有问题。沃辛顿的高维护和服务空气通常用于补充乐器空气。由于耗水式压缩机支持服务空气系统,因此仪器空气系统经常被油污染,导致操作问题。通过在服务空气中安装Deltech Color Change过滤器来消除油问题,以仪器空气交叉。

到80年代中期,核管理委员会(NRC)已经收集了相当多的数据,涉及到核电站的问题,这些问题是由糟糕的仪器空气质量和可靠性造成的。NRC发布了通用函88-14(影响安全相关设备的仪表供气系统问题)。本报告参考了nuregg -1275第2卷“操作经验反馈报告-空气系统问题”,该报告指出“由于仪表空气系统的设计、安装和维护方面的不足,气动安全相关组件的性能可能不符合其预期的安全功能。”

除了通用信函88-14(4)之外,核动力操作研究所(INPO)还发布了补充操作经验报告(SOER) 88-1 (Instrument Air System Failures),写信说明由质量不佳的Instrument Air (IA)引发的系统故障。它当时指出,“由仪表空气故障引起的系统故障的发生率表明,对仪表空气系统的关注是有必要的。”

解决乐器空气问题

英国国家统计局以及核工业的其他部门都解决了这些问题。在ONS,安装了一个额外的空气压缩机;Sullair 32/ 25400, 2200 cfm油浸式串联式螺杆压缩机。在新压缩机的下游平行安装了两个两级预过滤器和两台撒哈拉无热干燥剂干燥器(每台额定为1400 scfm)。这种配置现在是Instrument Air的主要来源,每年运行约340天,每个季度停止服务进行预防性维护。Worthington压缩机已经成为空气的备用来源,配套的制冷剂干燥机被两台并行安装的750 scfm无热撒哈拉干燥剂干燥机所取代。这种布置效果很好,为干燥、清洁的压缩空气提供了更可靠的来源(6)。

奥科尼核电站独特的仪表空气系统配置,使用一个油浸压缩机,以及有一个中央电源供应所有三个核机组。大多数核工业使用无油压缩机;旋转螺丝或离心机。他们的大多数系统都配置成每个核单元都有自己的气源。虽然每个单元都有自己的来源,但大多数站点都有单元仪表空气供应之间的交叉连接。除紧急情况外,交叉连接保持隔离,以确保一个空气系统的问题不影响多个机组的运行。

Canug 2009会议在迪士尼的当代度假村举行,特色压缩空气挑战培训。培训师是比尔鳞片和汤姆塔兰托。

新核电站仪表空气规范

地平线上有新的核电站。这些将是模块化单位的构建或提供。只有一些设计可以选择,因此,植物将是相同的。通过这种方式设计和构建它们,将更具成本效益,更容易使其许可的电力运行。当第一次提出类似发电厂的概念时,压缩空气核用户组(CANUG)将其视为挑战。挑战是为电厂设计师提供理想的仪器空气系统配置,这不仅可靠,而且成本效益和灵活。每个目前的坎普成员都有一个乐器空气系统,具有一些缺点,这是为未来工厂设计人员提供输入的机会,消除了这些缺点。

防御深度的三个

关于理想的仪器空气系统,罐子要求防御深度。这将允许一个仪器空气列车在维护中,而另外两个配置在运行和备用状态。这三列火车中的每一个都应包括压缩机和相关的帧/以后,湿接收器,过滤器/雾消除器,干燥剂干燥器和过滤后。为了增强灵活性,组件列车应该具有交叉连接的能力以及与将允许外部空气源的系统的连接。干接收器应在经过滤波器的出口处使用,并根据仪器空气系统的远程所需。

压缩机的大小应承载大约75%的负载,以允许系统动态的增长或变化。它们的吸源应该在不受高温、污染物或高度湿润空气影响的地区。压缩机控制应确保一个控制器的故障不会影响其他两个压缩机的性能。

压缩机和干燥器之间的管道应是不锈钢,以最小化高度保湿空气的腐蚀性效果。这还将最小化其他大气污染物所带来的腐蚀,这些污染物可以通过来自该地区的其他行业的排放来启动。同样,湿接收器应该是不锈钢或涂覆,以防止腐蚀。

预过滤器应该是由自动疏水阀支持的高质量聚合过滤器。根据所使用的压缩机类型和压缩机吸入区域预期的污染物,还应使用“除雾器”。

排水陷阱(支撑后冷却器/中间冷却器水分分离器,湿接收器和预滤器)应该是“零损失”排水陷阱,至少有3/8“端口以防止阻塞。每个排水陷阱应该具有它们自己的个性化的排水管排放到油底壳。它们也应该由旁通线和阀门支持,允许漏极陷阱从维护服务中取出,但允许支持的组件保持在服务中。

CANUG讨论了用于该系统的干燥剂空气干燥器的类型,确定了一种无热干燥剂干燥器。其原因是一个更简单的设计和操作比内部加热或鼓风机吹扫干燥器。我们知道,从长远来看,这样做的成本更高,但我们考虑的是可靠性高于成本。这还有待商榷。

应该安装湿式和干式接收器。湿式接收器为干燥器的净化提供了一个喘振量,同时也提供了另一个收集和压缩空气中的水分的机会。干燥接收器防止过额定的干燥器在仪表空气集箱中突然激增,以及一个蓄能器体积,以支持下游组件的操作。

CANUG还考虑安装双行预滤波器和后滤波器,以增加可靠性的余量。这允许从服务中删除过滤器而不将整个火车脱离服务。

除了安装设备提供的监视器外,需要额外的监控功能,以便观察仪器空气系统的健康。如果它们不作为空气干燥器包装的一部分,应安装露点监视器。在整个系统中还应该有样品抽头,以允许周期性监测空气质量;在整个预过滤/雾化器(油和烃)和干燥后的滤光器(颗粒和水分)以及整个系统中的战略位置的下游。水分可以通过泄漏进入仪器空气系统,因此在过滤器下游的位置处的周期性水分监测可能是有利的(Fick的法律)。在战略地点应提供流量和压力指示,以提供使用(趋势)的指示,以及协助诊断问题。干燥器上游的流动指示将提供干燥器使用的吹扫的输入。添加压缩机绘制的电力量(kW,安培)的能力是较好的。这可以提供有关压缩机效率的有价值的见解以及第二次检查流程指示。

系统改进

自从NRC的通用信函88-14和INPO的SOER 88-1发布和回应以来,空气质量并不是一个大问题,除了确保我们继续履行我们过去所做的承诺。但是,仪表空气系统的可靠性仍然是一个挑战。核动力业务研究所提供了整个核工业经历的问题的操作经验数据库,定期审查其适用性。核电站系统工程师将此数据库作为其系统运行状况报告的一部分进行审查,并考虑其潜在的应用。不需要像通用函88-14和SOER 88-1那样作出正式答复,但每一核设施都有责任认真考虑数据库中所列的适用事件、原因和解决办法,使类似事件不会在其各自场址发生;“运营经验;要么听从,要么接受。”

预防性维护指南

90年代中期,核业指出,使用核能生产电力至关重要的设备可靠性挑战。他们委托电力研究所(EPRI)协助开发一套预防性维护标准来支持核工业。仪器空气系统组分被选中是EPRI PMIR(预防性维护信息库)的研究和开发的一部分。一些核工业人员以及压缩空气业代表参与了本指南的发展。在这项努力中,加上涉及涉及仪器空气系统工程师的信息,epri制作了压缩空气系统维护指南(TR-1006677)。这是开发预防性维护计划的优秀资源,并开发整体理解仪器空气系统。EPRI PMIR模板在整个核工业中使用作为在制定预防性维护计划的基准工具中。

结论

可以指出,核工业是独一无二的:为了安全地使用核能,核工业需要共同努力。虽然可能存在销售和分发电力领域的竞争,但核网站之间存在巨大的合作,共享“经营经验;问题与决议“为行业的利益。

有关更多信息,请联系Bill Eister,Oconee核站,杜克能源公司,电话:864-885-4572,电子邮件:wmeister@duke-energy.com.

引用:

  1. 核电站插图:罗素·d·霍夫曼http://www.animatedsoftware.com/environm/nukequiz/nukequiz_one/nuke_parts/reactor_parts.swf.
  2. 核管理委员会动力发电厂:http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/animated-pwr.html
  3. 在反应堆中,辐射通过几种方式被捕获和控制:http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/radiation.html
  4. NRC通用信:http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/gen-comm/gen-letters/1988/gl88014.html
  5. 核电机构研究所:http://www.inpo.info/
  6. 第43号通则和第88-14号通则(nuregg -1837)法规效力评估:http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/nuregs/staff/sr1837/
  7. 核工业支持团体:http://www.nucleartourist.com/basics/inpo.htm