小型壓空裝置在鈾濃縮工廠供取料系統的運用

方溪闊

中核陜西鈾濃縮有限公司 陜西漢中 723312

鈾濃縮工廠的壓空裝置生產的高質量壓縮空氣是電磁氣動閥、質譜機、電磁氣動調節閥、調節器等設備的動力來源。隨著電動調節閥替代調節器的推廣應用，主要耗氣設備調節器的退出，原有大壓空裝置大部分時間屬于空載運行，造成不必要的浪費。為降低風險，節約綜合運行成本，有必要對現有壓空裝置進行優化，實現小型壓空裝置替代原有大壓空裝置

1 原壓空裝置運行現狀

鈾濃縮工廠原設計的壓空裝置繼續運行存在以下問題：①三臺螺桿空壓機功率均為75kW，若只為供取料系統提供壓縮空氣，其實際的有效利用率低，浪費大，不經濟；②原壓空裝置設計的壓空容器有6個20m3、1個12.5m3和1個10m3儲氣罐，這些儲氣罐均屬于特種壓力容器設備，這些儲氣罐運行限值條件多，每年均需備案和年檢，維護成本高；③壓縮空氣管道長，存在壓空管道泄漏的風險大，不利于系統安全經濟運行。

2 小型壓空裝置的選型

根據供取料系統電磁氣動閥運行要求，壓空裝置主要包括空壓機和油水過濾裝置。

2.1 空壓機的選型

空壓機類型主要包含螺桿式、活塞式、渦旋式。螺桿式空壓機通過陰陽轉子連續運轉，改變型腔體積進行壓縮。活塞式空壓機通過曲軸帶動活塞做往復運動，改變汽缸容進行壓縮。渦旋空壓機是由兩個漸開線型的動靜渦旋盤相互嚙合而完成吸氣、壓縮和排氣的工作過程。靜盤固定在機架上，動盤在曲線驅動和防自轉環的相位保持下作小半徑的平面運動；當曲軸運轉時，動靜渦旋盤嚙合形成若干對于月牙形封閉的壓縮腔。通過三種類型空壓機的比較，從結構和工作原理看，渦旋空壓機具有以下特點。①渦旋壓縮機零部件少而且小，所以機器體積小、重量輕、結構非常緊湊，故使用方便可靠、故障率低。②渦旋壓縮機相鄰壓縮腔之間的壓差下，泄漏少，具有很高的容器率。③多個壓縮腔同時工作，轉矩均勻，因此機器的振動小，噪音很低。④渦旋壓縮機運轉工程中，吸氣、壓縮和排氣是連續的，供氣連續平穩。⑤動盤回轉半徑很小，機械磨損小，機械效率高。

為了選擇適用于供取料系統的渦旋空壓機，對供取料系統的電磁氣動閥耗氣量進行分析，利用1臺待儲氣罐的小空壓機進行試驗，其中儲氣罐和壓空管道總體積為200L，小空壓機排氣量360L/min，工作壓力0.8MPa，將200L容積壓力充至0.8MPa。

試驗測量發現：①電磁氣動閥正常工作時壓空壓力≮0.6MPa④；②開閥操作時，200L容積壓力下降0.002MPa，操作耗時4s；③關閥操作時，200L容積壓力不變化，操作耗時3s。

由理想氣體狀態方程，在同時操作4臺電磁氣動閥時，供取料系統的最大耗氣量：

根據壓空系統20%富裕量計算，并考慮壓空管道異常對鈾濃縮工廠的影響，故此單臺空壓機最小排氣量應為：

故此，選擇的渦旋空壓機生產壓縮空氣的壓力＞0.6MPa，排氣量應＞0.6m3/min。故此選定OX-0.66/8渦旋式空壓機，其排氣量為0.66M3/min，排氣壓力0.8MPa，電機功率為4.5kW。

2.2 油水過濾裝置選型

電磁氣動閥在運行中要求壓縮空氣中含水量≯1g/m3，油量≯0.05mg/m3，小型壓空裝置還需配備油水除油過濾裝置，為了在后期方便維護，采用與空壓機型號相匹配的標準設備。

油水過濾裝置為：①風冷式自動排水BSJ7.5AC型冷干機，其工作壓力為04-1.0MPa，功率為≤0.6kW；②按安裝順序分別為C/Q 級、T/P級和A/S級CTAAAH-006精密過濾器，其過濾后壓縮空氣的含油量分別為≤5ppm、≤1ppm、≤0.01ppm，各級精密過濾器的除水率分別為：99%、100%、100%。

3 小型壓空裝置運行驗證

為保證鈾濃縮工廠主要設備狀態存在運行、備用和檢修三種狀態，需要有3臺空壓機。運行管道線路實現雙線并聯運行，設計了兩套油水過濾裝置。在鈾濃縮工廠供取料系統安裝小型壓空裝置，并將新的壓空管道與原壓空管道連接，要求新鋪設和原有的壓空管道均符合國家壓空管道漏氣量標準。

小型壓空裝置帶供取料系統的電磁氣動閥進行運行驗證，其帶載的參數為：①壓縮空氣經過油水過濾裝置后含水量0.96g/m3，含油量0.008mg/m3，該數據符合電磁氣動閥運行要求；②空壓機加載壓力為0.66MPa，卸載壓力為0.76MPa，壓縮空氣干管實際壓力在0.66-0.756MPa之間；③空壓機啟停周期為15min，空壓機加載時間＜1min，壓空干管壓力波動周期為15min；④小型壓空裝置帶載期間，頻繁開關操作電磁氣動閥，不會影響壓空干管壓力變化趨勢和壓力波動周期。

由空壓機額定排氣量為0.66m3/min，可計算供取料系統的壓縮空氣耗氣量。

在壓空管道異常時，最多可以有3臺空壓機同時運行保證壓空系統壓力，由此可以知道供取料系統壓空管道的最大允許漏氣量。

由此判斷，小型壓空裝置各項參數滿足供取料系統電磁氣動閥的運行技術要求，成功實現了對原有壓空裝置的替代。

4 結語

本文通過對小型壓空裝置配置研究，在供取料系統實現了壓空裝置小型化的目的，新的小型壓空裝置具有以下優點。①降低了能耗，小壓空裝置功率的功率只有4.5kW遠小于原壓空裝置75kW的功率。②降低了運行維護成本，小型壓空裝置無需單獨設置運行人員，且維護檢修費用較低。③拆除了原壓空系統上的大型高壓容器，提高了壓空系統運行的安全性。