核電工程混凝土骨料液氨風(fēng)冷系統(tǒng)安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用

吳磊

摘 要：某自主化三代核電建設(shè)工程涉及大體積、大方量混凝土澆筑，但高溫天氣對混凝土骨料入模溫度產(chǎn)生重大影響，限制核電建設(shè)混凝土澆筑施工連續(xù)性。本文分析研究上液氨骨料風(fēng)冷的工藝流程，綜合應(yīng)用安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)，對混凝土液氨風(fēng)冷系統(tǒng)運行參數(shù)進行在線實時監(jiān)測監(jiān)控，為高溫天氣核電工程建設(shè)混凝土連續(xù)澆筑提供安全保障。

關(guān)鍵詞：核電工程 高溫天氣 混凝土骨料 液氨風(fēng)冷 安全監(jiān)測監(jiān)控

中圖分類號：TU74 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（b）-00-03

某三代核電工程是我國引進消化吸收美國西屋核電技術(shù)。為本核電建設(shè)的4臺混凝土攪拌站機組承擔(dān)著所有混凝土生產(chǎn)，夏季工程現(xiàn)場地面溫度能達40℃以上，采用液氨對混凝土砂石骨料進行風(fēng)冷，將混凝土骨料溫度控制在26℃以內(nèi)，滿足核電工程建設(shè)混凝土澆筑要求。骨料風(fēng)冷廠房內(nèi)設(shè)計的液氨儲罐最大儲存量達15t，屬于重大危險源。

當(dāng)前在制冷行業(yè)中，大部分采用液氨作為制冷劑，近年來液氨泄漏或超壓引發(fā)的事故時有發(fā)生[1]，造成嚴重惡劣影響。液氨極易燃，能與空氣形成爆炸性混合物，遇明火、高熱引起燃燒爆炸[2]，對眼、呼吸道粘膜有強烈刺激和腐蝕作用，可致眼和皮膚灼傷[3]。高濃度氨可引起反射性呼吸和心搏停止。本文對液氨骨料風(fēng)冷系統(tǒng)工藝流程進行深入研究，對液氨儲罐運行參數(shù)在線實時監(jiān)測監(jiān)控與預(yù)警聯(lián)鎖，防止骨料風(fēng)冷廠房內(nèi)液氨濃度超限和壓力容器超壓。混凝土攪拌站總平面布置如圖1所示。

1 液氨風(fēng)冷系統(tǒng)工藝流程

骨料風(fēng)冷系統(tǒng)屬于混凝土預(yù)冷技術(shù)之一，其主要作用是冷卻混凝土組成材料中的粗骨料（如砂、石），用于降低混凝土生產(chǎn)過程溫度[4]，保證混凝土入模溫度控制。骨料風(fēng)冷系統(tǒng)主要由風(fēng)冷系統(tǒng)、骨料冷卻倉、冷風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)組成。骨料冷卻倉是由骨料貯存?zhèn)}及其中的送、配風(fēng)裝置組成。骨料風(fēng)冷在地面骨料風(fēng)冷倉中進行，空氣冷卻器及鼓風(fēng)機緊靠在邊上布置，節(jié)約占地面積。

（1）液氨風(fēng)冷系統(tǒng)主要包括1臺15m3的氨儲罐、螺桿式氨壓縮機6臺、蒸發(fā)式冷凝器2臺、低壓循環(huán)桶1臺、虹吸罐1臺、集油器1臺、熱回收器1臺、空氣分離器1臺、緊急泄氨器1臺。

（2）壓縮風(fēng)冷裝置是一個封閉系統(tǒng)，包括氨壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器及其它附屬設(shè)備等，各設(shè)備之間連接成封閉系統(tǒng)，氨制冷劑在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。液氨風(fēng)冷裝置是以氨作為制冷劑介質(zhì)，在一個密閉的系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，利用氨的沸點隨壓力變化而變化的特征，即氨的壓力越低，沸點越低；壓力越高，沸點越高。利用壓縮機做功，將氣相的氨氣壓縮、冷卻冷凝成液相，然后使其減壓、膨脹、汽化（蒸發(fā)），從被冷物質(zhì)中吸取熱量降低其溫度，而達到使被冷物質(zhì)制冷的目的。

（3）液氨風(fēng)冷系統(tǒng)工藝流程：貯液器儲存常溫高壓液體，進入氣液分離器變成低壓低溫液體進入氨泵，從氨泵出來的氨低溫低壓液體進入蒸發(fā)器變成低溫低壓氣體，從蒸發(fā)器出來的氨低溫低壓蒸氣被吸入壓縮機內(nèi)，壓縮成高壓高溫的過熱蒸氣，然后進入冷凝器。由于高壓高溫過熱氨氣的溫度高于其環(huán)境介質(zhì)的溫度，且其壓力使氨氣能在常溫下冷凝成液體狀態(tài)，因而排至冷凝器時，經(jīng)冷卻、冷凝成高壓常溫的氨液。高壓常溫的氨液通過膨脹閥時，因節(jié)流而降壓，在壓力降低的同時，氨液因沸騰蒸發(fā)吸熱使其本身的溫度也相應(yīng)下降，從而變成了低壓低溫的氨液。把這種低壓低溫的氨液引入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，通過熱交換盤管，風(fēng)機送風(fēng)給混凝土骨料降溫。從蒸發(fā)器出來的低壓低溫氨氣重新進入壓縮機，從而完成一個制冷循環(huán)。液氨風(fēng)冷系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

2 液氨風(fēng)冷系統(tǒng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 液氨儲罐安全監(jiān)測

液氨儲罐壓力容器設(shè)置安全閥、壓力表、液位計、溫度計，并安裝有帶壓力、液位、溫度遠傳記錄和報警功能的安全裝置，同時設(shè)置整流裝置與壓力機、動力電源、管線壓力和通風(fēng)設(shè)施進行聯(lián)鎖的裝置。同時，液氨儲罐上設(shè)置有液位遠傳和高液位報警裝置，液氨儲罐設(shè)有緊急切斷系統(tǒng)，設(shè)置緊急切斷閥，發(fā)生泄漏，可自動切斷液氨出口閥門。液氨儲罐設(shè)置安全閥、壓力表、溫度計、液位計等，現(xiàn)場實時對壓力、溫度、液位進行觀察控制，如圖3所示。

2.2 氨氣報警儀

液氨骨料風(fēng)冷廠房內(nèi)布置6個氨氣泄漏檢測報警儀，檢測探頭設(shè)置在機房內(nèi)易于聚集有毒氣體的位置，報警儀設(shè)置在控制室，一旦發(fā)現(xiàn)氨氣泄漏報警儀立即會發(fā)出聲光報警，值班人員在第一時間組織救援。6個氨氣濃度探測器分別設(shè)置在制冷機房兩排壓縮機、低壓循環(huán)桶和虹吸罐上方約1.5～2m處，其保護半徑為6～10m，但小于15m。

2.3 事故風(fēng)機聯(lián)鎖裝置

制冷機房設(shè)6個防爆等級為Exd ⅡAT1的防爆排風(fēng)機，正常狀態(tài)下排風(fēng)機以低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)排出空氣，同時補風(fēng)機再以低轉(zhuǎn)速補充新鮮空氣，通風(fēng)換氣次數(shù)為3次/h。發(fā)生液氨泄漏狀況時，當(dāng)氨氣泄漏濃度達到預(yù)先設(shè)定的30ppm時，液氨儲罐間的液氨探測報警儀探頭動作，將信號反饋到控制柜，同時控制柜輸出信號，排風(fēng)機調(diào)高轉(zhuǎn)速，進行事故排風(fēng)，各通風(fēng)機已與液氨報警儀設(shè)置聯(lián)鎖，在事故狀態(tài)下可做事故風(fēng)機使用。

2.4 音視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)

液氨儲罐間內(nèi)設(shè)置音視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)如圖4所示，可以在線監(jiān)控突發(fā)的危險因素或初期的火災(zāi)報警等情況，提醒值班人員注意。

3 一體化非顯示型液氨探測器結(jié)構(gòu)

（1）液氨制冷機房內(nèi)設(shè)有6個氨氣濃度探測器，采用一體化功能模塊設(shè)計，包括探測器模塊和傳感信號兩部分，兩模塊采用防誤插標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口。獨立的傳感器模塊可以實現(xiàn)傳感器參數(shù)存儲和信號調(diào)理。

（2）液氨探測器由殼體、傳感器套件組成，其殼體主要由堵頭、上蓋、底盒、堵塞和O型橡膠圈組成，殼體起隔爆和防護作用。傳感器套件由傳感器模塊、集氣頭本體和集氣頭安裝座組成，傳感器模塊直接通過防誤插標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口與探測器殼體聯(lián)接。液氨濃度探測器結(jié)構(gòu)見圖5。

（3）高度集成的一體化功能模塊設(shè)計，獨立完成探測器的全部數(shù)據(jù)運算和信號轉(zhuǎn)換，探測器模塊負責(zé)供電、通訊和輸出信號功能。

（4）傳感器輸出信號到PLC自動化控制柜啟動聯(lián)鎖防爆風(fēng)機和頂部電磁閥開關(guān)啟動噴淋設(shè)施。

4 結(jié)語

液氨儲罐泄漏后達到一定濃度，遇火源極易發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，而且儲罐壓力超限后未及時處理，可能會造成超壓爆裂。本文深入分析液氨風(fēng)冷系統(tǒng)工藝流程，設(shè)計應(yīng)用液氨濃度、溫度、壓力、音視頻等參數(shù)信號建立了液氨風(fēng)冷系統(tǒng)在線實時安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。分析了一體化非顯示型液氨探測器結(jié)構(gòu)和工作原理對液氨泄漏和超壓進行預(yù)警與聯(lián)鎖控制，實現(xiàn)對混凝土骨料液氨風(fēng)冷系統(tǒng)進行有效的安全監(jiān)測監(jiān)控。

參考文獻

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