工业实用效率

核电站仪器空气

介绍

核电站为人们,商业和工业提供电力。电力以类似的方式生产,作为化石燃料(即煤,油等)发电厂,使用蒸汽驱动旋转发电机的涡轮机,产生电力。以热量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冷凝物(液态水),其用于制造更多蒸汽,或者它在冷凝器热交换器中除去。在冷凝器中,通过通过冷却塔通过从湖泊,海洋,河流或气氛中冷却水除去能量而液体融入液体。一旦除去剩余的能量并且蒸汽变为液体冷凝物,就在蒸汽发生器中重新加热液体冷凝物,生产用于涡轮机(1)(2)的高能量蒸汽。

黎明时分的奥科尼核电站

用于测量和安全的仪器空气

为了以最有效的方式发电,必须监控和控制蒸汽和冷凝液的流动,以及热交换器中的液位。许多监测流量、液位、压力和温度的仪器都结合了仪器空气质量压缩空气(instrument air)来传递信息。流量和液位控制是通过气动阀(AOV)的节流操作来实现的。AOV需要仪表空气:清洁、干燥、压缩空气。通常情况下,仪表空气系统的负载是相对恒定的。高质量的空气可以防止仪器、控制器和AOV上的小端口被杂物、湿气或油堵塞,从而阻止支持高效发电的设备的正常运行。

双赢

CANUG

CANUG(压缩空气核用户组)成立于1988年,目的是在为核电站服务的压缩空气系统工程师之间交换信息。80个成员共同认为,必须改进压缩空气系统的可靠性、可用性和降低其成本,这些系统为利用压缩空气控制核能转化为电力的阀门、仪器和其他部件提供服务。
http://www.aovusersgroup.com/canug.html

如上所述,核能是由铀235的裂变产生的。裂变过程以及由裂变产生的裂变产物产生辐射。核电站的安全和适当运作确保核燃料和裂变产物将被包含在可接受的配置中,从而不会对核电站操作员或一般公众造成伤害。在一些核电站,仪表空气被要求在紧急情况下协助安全关闭核电站,确保防止放射性污染排放的屏障保持不变。然而,在大多数核电站中,仪表空气并不需要执行这些功能,因为执行这些功能所需的所有组件要么不使用压缩空气,要么空气控制组件在防止放射性污染物释放所需的位置失效(3)。

as在所有工业设施中,压缩空气也用于补充用途,如操作空气驱动的工具和泵。这通常被称为服务空气,与仪器空气系统分开。服务空气系统可用作乐器空气的备份。

奥科尼核电站的空气仪表

OConee核电站(ONS,三个单位站)原装仪器空气系统配置包括制冷剂干燥器支撑的三个沃辛顿往复式压缩机(HBB 14X13,489 CFM)。在初始启动和操作期间,OConee的仪器空气系统通常用两个压缩机运行,一个在待机状态,支持单元的1和2空气操作阀门​​和仪器的操作,以及工具和污水喷射器。ONS实现了更加压缩的空气能力。在70年代中期,安装了一个独立的服务空气系统,使用两种油淹水旋转螺杆压缩机(150系列)安装,以支持工具和污水喷射器。

服务空气系统作为备份连接到仪表空气系统。事实证明,这既有利又有问题。沃辛顿的高维护和服务空气经常被用来补充仪表空气。由于服务空气系统由油浸压缩机支持,仪器空气系统经常被油污染,导致操作问题。通过在服务空气到仪表空气交叉处安装Deltech变色过滤器,油问题得到了解决。

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。”

解决仪表空气问题

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年会议在迪士尼当代度假村举行,并以压缩空气挑战训练为特色。教练是比尔·斯卡尔斯和汤姆·塔兰托。

新核电站仪表空气规格

新的核电站即将建成。这些将被建造或提供作为模块单元。只有几个设计可供选择,因此,植物将是相同的。通过这样设计和建造它们,将更有成本效益,更容易获得电力运营许可。当类似发电厂的概念首次提出时,压缩空气核用户集团(CANUG)接受了它作为一个挑战。目前的挑战是为电厂设计人员提供一种理想的仪表空气系统配置,不仅可靠,而且具有成本效益和灵活性。目前每个CANUG成员都有一个仪表空气系统,它有一些缺点,这是一个为未来的工厂设计师提供输入的机会,消除这些缺点。

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。

预过滤器应是由自动排水陷阱支撑的高质量聚结过滤器。也应根据所使用的压缩机类型和压缩机吸入区域中的预期污染物的类型使用“雾消除器”。

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。

罐子讨论了在该系统中使用的干燥剂空气干燥器的类型,并决定在无磁体干燥器上。原因是比内部加热或鼓风机吹扫干燥器更简单的设计和操作。我们明白,从长远来看,这更昂贵,而是考虑到成本的可靠性。这仍然可以讨论。

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还考虑安装双平行预过滤器和后过滤器,以增加可靠性边际。这允许从服务中移除一个过滤器,而不需要使整个列车退出服务。

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

自发行和响应NRC的通用信88-14和Inpo的Soer 88-1,空气质量并不是一个伟大的问题,除了确保我们继续满足我们过去所犯的承诺。但是,仪器空气系统的可靠性仍然是一个挑战。核电力运营研究所提供了在整个核工业中经历的问题经验经验数据库,这些基础经常审查适用性。核电站系统工程师将此数据库审查作为其系统健康报告的一部分,并考虑潜在应用。不需要正式的回应,就像通用信88-14和SOER 88-1的情况一样,但每个核设施都在认真考虑数据库,原因和决议中列出的适用事件,使其类似的核算事件不会发生在各自的地点;“经营经验;注意它或者是它。“

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

可以看出,核工业是独特的:为了安全使用核能,核工业需要共同努力。虽然在电力销售和分配领域可能存在竞争,但核设施之间存在巨大的合作,分享“运行经验;问题和解决方案”为了行业的利益。

如需更多信息,请联系Bill Eister, Oconee Nuclear Station,杜克能源,电话:864-885-4572,电邮:wmeister@duke-energy.com.

引用:

  1. 核电站插图:由Russell D. Hoffman: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. 核动力运行研究所:http://www.inpo.info/
  6. 通用问题43和通用信88-14(NUREG-1837)的监管效果评估: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.