康乐嘉　李康乐

【摘 要】压缩空气系统是核电厂重要的全厂性公用系统，本文以ACP1000堆型核电站压缩空气系统设计方案为基础，从系统功能、流程及设备类型等方面出发，通过对不同工况下压缩空气流量需求，分析并研究了压缩空气系统设计和设备选型、布置方案的安全性、合理性和先进性。并通过与其他堆型核电站的对比分析，提出了系統优化观点，从而为以后的核电机组压缩空气系统设计提供经验以作参考。

【关键词】核电站；压缩空气系统；空压机；设备布置

0 前言

核电站压缩空气系统是核电厂重要的全厂性公用系统，其为核电厂核岛、常规岛和BOP子项在正常运行、事故、调试、检修维护工况下提供压缩空气动力气源。系统虽不执行安全功能，但是需要其在事故工况下为某些安全级系统在执行安全功能时提供仪表用压缩空气动力气源。因此系统应具有足够的供气能力，并且运行稳定可靠，能保证事故情况下的持续供气能力，同时设计应节能、环保，方案先进合理。

1 系统流程

1.1 空压机启动方案

正常运行状态下，主空压站的四台空压机中的两台运行，以保证向WAS、WAI系统的正常供气。在负荷高峰时，所有设备会全部投入工作。供气管网的压力变化范围是0.86～1.0MPa（abs）。

应急空压机配备应急电源供电。空压机具有顺序控制、定期自动切换的功能。压缩机组及其辅助设备发生故障后自动切换。

1.2 WAI系统安全级储罐功能

WAI系统设有许多安全级储罐来为RCV等安全级系统在执行安全功能时提供仪表用压缩空气，反应堆厂房内安装一个向RCV化学和溶剂控制系统控制仪表供气的WAI003BA贮气罐，其所贮气量足以满足RCV系统的控制阀在冷停堆过渡24小时过程中向RCV系统控制仪表供气，使反应堆达到冷停堆状态。

反应堆厂房还设有两个小的贮气罐WAI008BA和WAI009BA，向核取样系统的RNS101VP/RNS102VP供气。

电气厂房内设置一台贮气罐WAI016BA，保证TSA汽机旁路系统大气泄压阀在失去气源情况下的正常运行，并使反应堆达到冷停堆状态，以及在失去电源情况下10小时的正常运行。相关的缓冲罐的容量可保证所述阀门的两次全开和全关操作的用气量。

为预防TFA辅助给水系统汽动泵调节阀在失气工况下不可调，设置023BA/024BA/025BA贮气罐。

2 主要设备选型和技术参数

2.1 空气压缩机

压缩空气的分配管网按最大工作压力1.0MPa（abs），最高工作温度50℃进行设计。在特殊情况下的用气量：电厂运行时WAS系统瞬时最大流量2900m3/h；安全壳压力试验最大流量6300m3/h。

WAI系统气动控制装置用仪表压缩空气以及WAS系统一些维修气动工具使用的压缩空气，均对压缩空气品质有品质要求。其中WAI气体要求为无油压缩空气。空压机配套的各级过滤器发挥不同的功能作用，来保证最终的产气质量。仪表用压缩空气要求品质最高，无论压缩空气由主空压机生产还是应急空压机生产，均经过靠近用户的应急空压机站的干燥器、过滤器处理才供应仪表使用，有利于保证仪表用气品质，提高用气阀门的安全可靠性。

ZC厂房内四台主空气压缩机的容量须能保证：当两台主空压机运行时，能满足一台核电机组运行而另一台停运时所需要的WAI和WAS系统流量；当四台主空压机运行时，能满足反应堆安全壳压力试验时的流量要求。

空压站配置多台空压机组联合工作，空压机组根据空压机压力信号和负荷来控制启停的台数，满足核电站不同工况下对供气的要求，方案合理，节约能耗。

2.2 干燥器

本案例核电工程空压机组采用了无热再生式吸附空气干燥器，满足工程使用要求。目前有新型的冷冻式空气干燥器与吸附式空气干燥器设计为一体化的空气干燥器，兼有冷冻式能耗低和吸附式干燥程度高的优点，并且占地面积更小、配管简单、使用方便，可显著节约能耗，在今后的核电站工程设计中可进行调研优化。

2.3 储气罐

压缩空气系统设置缓冲罐以减少系统气流波动并贮存一定的气量。对于安全重要的驱动装置所需的压缩空气，设有专用的储气罐来保证其在临时失气情况下执行相应的安全功能。

贮气罐应根据其所承担的功能进行设备分级，如WAI003BA贮气罐应按安全3级，抗震I类，质保Q2。

贮气罐容积应根据所服务的所有气动控制装置等用气设备的最大耗气量、需持续时间、允许的最低工作压力、最不利停电时气罐内压力（备用空气压缩机失效时）来确定，并考虑适当余量。

3 设备布置

四台主空气压缩机、四组干燥装置及一个贮气罐安装在ZC厂房的空气压缩机房内，每台主空气压缩机生产的压缩空气在进入系统之前由设在ZC机房内的干燥器予以干燥；四台冷却水泵安装在ZC厂房的水泵间；两台冷却塔安装在压缩机房的屋顶上。一个10m3的空气贮罐设置在ZC厂房内，以缓冲系统中的压力波动，并提供少量的储备容量。

应急空气压缩机和干燥器以及两个缓冲罐安装在每台核电机组的应急空压机房内，为仪表用压缩空气分配系统提供后备气源。一台带基本负荷的应急空压机根据压缩空气生产系统压力的下降程度自动启动，另一台则处于备用状态。应急压缩空气干燥器确保供给仪表用压缩空气分配系统的气体达到预期的露点要求。将应急空压机站设置在安全性更高的核岛厂房，设计上具有更高的安全性。

4 与其他核电站的对比分析

1）不同于一般核电工程2个机组共用一个压缩空气站。在福清1/2和3/4工程中考虑到工程建设周期接近的因素，进行了设计优化，将四台机组共建一个压缩空气站，设置6台无油水冷空气压缩机组（四台250kW，两台300kW），降低了土建和设备投资，节省了建设用地。

2）与M310机组相比，ACP1000的设计中，将WAP的两台储气罐都设置在了应急空压机房（M310中干燥器出口的储气罐设置在L厂房），有利于设备和管道布置；另根据事故工况下稳压器气动泄压阀RCS030/031/032VP供气要求，需增设三个8.75m3安全级储气罐。

3）根据某些工程调试过程反馈，气动控制装置大量接头采用铜质管道管件，其优点是安装较为方便，缺点是如安装精度不够，会导致很多漏气，密封性受到影响。由于管道的泄露会导致储气罐贮存气量泄露，供气时间低于设计值，从而影响安全供气，因此此问题在后续设计中需要关注改进。安全等级较高的仪表供气管道，为保证安全，应尽可能采用焊接连接形式。

【参考文献】

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

[2]吴德荣.化工工艺设计手册[S].北京：化学工业出版社，2009.

[责任编辑：田吉捷]