小型壓空裝置在鈾濃縮工廠供取料系統(tǒng)的運(yùn)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(chǎn)的高質(zhì)量壓縮空氣是電磁氣動(dòng)閥、質(zhì)譜機(jī)、電磁氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)器等設(shè)備的動(dòng)力來(lái)源。隨著電動(dòng)調(diào)節(jié)閥替代調(diào)節(jié)器的推廣應(yīng)用，主要耗氣設(shè)備調(diào)節(jié)器的退出，原有大壓空裝置大部分時(shí)間屬于空載運(yùn)行，造成不必要的浪費(fèi)。為降低風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約綜合運(yùn)行成本，有必要對(duì)現(xiàn)有壓空裝置進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)小型壓空裝置替代原有大壓空裝置

1 原壓空裝置運(yùn)行現(xiàn)狀

鈾濃縮工廠原設(shè)計(jì)的壓空裝置繼續(xù)運(yùn)行存在以下問(wèn)題：①三臺(tái)螺桿空壓機(jī)功率均為75kW，若只為供取料系統(tǒng)提供壓縮空氣，其實(shí)際的有效利用率低，浪費(fèi)大，不經(jīng)濟(jì)；②原壓空裝置設(shè)計(jì)的壓空容器有6個(gè)20m3、1個(gè)12.5m3和1個(gè)10m3儲(chǔ)氣罐，這些儲(chǔ)氣罐均屬于特種壓力容器設(shè)備，這些儲(chǔ)氣罐運(yùn)行限值條件多，每年均需備案和年檢，維護(hù)成本高；③壓縮空氣管道長(zhǎng)，存在壓空管道泄漏的風(fēng)險(xiǎn)大，不利于系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 小型壓空裝置的選型

根據(jù)供取料系統(tǒng)電磁氣動(dòng)閥運(yùn)行要求，壓空裝置主要包括空壓機(jī)和油水過(guò)濾裝置。

2.1 空壓機(jī)的選型

空壓機(jī)類(lèi)型主要包含螺桿式、活塞式、渦旋式。螺桿式空壓機(jī)通過(guò)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，改變型腔體積進(jìn)行壓縮。活塞式空壓機(jī)通過(guò)曲軸帶動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，改變汽缸容進(jìn)行壓縮。渦旋空壓機(jī)是由兩個(gè)漸開(kāi)線(xiàn)型的動(dòng)靜渦旋盤(pán)相互嚙合而完成吸氣、壓縮和排氣的工作過(guò)程。靜盤(pán)固定在機(jī)架上，動(dòng)盤(pán)在曲線(xiàn)驅(qū)動(dòng)和防自轉(zhuǎn)環(huán)的相位保持下作小半徑的平面運(yùn)動(dòng)；當(dāng)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)靜渦旋盤(pán)嚙合形成若干對(duì)于月牙形封閉的壓縮腔。通過(guò)三種類(lèi)型空壓機(jī)的比較，從結(jié)構(gòu)和工作原理看，渦旋空壓機(jī)具有以下特點(diǎn)。①渦旋壓縮機(jī)零部件少而且小，所以機(jī)器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)非常緊湊，故使用方便可靠、故障率低。②渦旋壓縮機(jī)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(gè)壓縮腔同時(shí)工作，轉(zhuǎn)矩均勻，因此機(jī)器的振動(dòng)小，噪音很低。④渦旋壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工程中，吸氣、壓縮和排氣是連續(xù)的，供氣連續(xù)平穩(wěn)。⑤動(dòng)盤(pán)回轉(zhuǎn)半徑很小，機(jī)械磨損小，機(jī)械效率高。

為了選擇適用于供取料系統(tǒng)的渦旋空壓機(jī)，對(duì)供取料系統(tǒng)的電磁氣動(dòng)閥耗氣量進(jìn)行分析，利用1臺(tái)待儲(chǔ)氣罐的小空壓機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，其中儲(chǔ)氣罐和壓空管道總體積為200L，小空壓機(jī)排氣量360L/min，工作壓力0.8MPa，將200L容積壓力充至0.8MPa。

試驗(yàn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)：①電磁氣動(dòng)閥正常工作時(shí)壓空壓力≮0.6MPa④；②開(kāi)閥操作時(shí)，200L容積壓力下降0.002MPa，操作耗時(shí)4s；③關(guān)閥操作時(shí)，200L容積壓力不變化，操作耗時(shí)3s。

由理想氣體狀態(tài)方程，在同時(shí)操作4臺(tái)電磁氣動(dòng)閥時(shí)，供取料系統(tǒng)的最大耗氣量：

根據(jù)壓空系統(tǒng)20%富裕量計(jì)算，并考慮壓空管道異常對(duì)鈾濃縮工廠的影響，故此單臺(tái)空壓機(jī)最小排氣量應(yīng)為：

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

2.2 油水過(guò)濾裝置選型

電磁氣動(dòng)閥在運(yùn)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(guò)濾裝置，為了在后期方便維護(hù)，采用與空壓機(jī)型號(hào)相匹配的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。

油水過(guò)濾裝置為：①風(fēng)冷式自動(dòng)排水BSJ7.5AC型冷干機(jī)，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(jí)、T/P級(jí)和A/S級(jí)CTAAAH-006精密過(guò)濾器，其過(guò)濾后壓縮空氣的含油量分別為≤5ppm、≤1ppm、≤0.01ppm，各級(jí)精密過(guò)濾器的除水率分別為：99%、100%、100%。

3 小型壓空裝置運(yùn)行驗(yàn)證

為保證鈾濃縮工廠主要設(shè)備狀態(tài)存在運(yùn)行、備用和檢修三種狀態(tài)，需要有3臺(tái)空壓機(jī)。運(yùn)行管道線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)雙線(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行，設(shè)計(jì)了兩套油水過(guò)濾裝置。在鈾濃縮工廠供取料系統(tǒng)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(shè)和原有的壓空管道均符合國(guó)家壓空管道漏氣量標(biāo)準(zhǔn)。

小型壓空裝置帶供取料系統(tǒng)的電磁氣動(dòng)閥進(jìn)行運(yùn)行驗(yàn)證，其帶載的參數(shù)為：①壓縮空氣經(jīng)過(guò)油水過(guò)濾裝置后含水量0.96g/m3，含油量0.008mg/m3，該數(shù)據(jù)符合電磁氣動(dòng)閥運(yùn)行要求；②空壓機(jī)加載壓力為0.66MPa，卸載壓力為0.76MPa，壓縮空氣干管實(shí)際壓力在0.66-0.756MPa之間；③空壓機(jī)啟停周期為15min，空壓機(jī)加載時(shí)間＜1min，壓空干管壓力波動(dòng)周期為15min；④小型壓空裝置帶載期間，頻繁開(kāi)關(guān)操作電磁氣動(dòng)閥，不會(huì)影響壓空干管壓力變化趨勢(shì)和壓力波動(dòng)周期。

由空壓機(jī)額定排氣量為0.66m3/min，可計(jì)算供取料系統(tǒng)的壓縮空氣耗氣量。

在壓空管道異常時(shí)，最多可以有3臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行保證壓空系統(tǒng)壓力，由此可以知道供取料系統(tǒng)壓空管道的最大允許漏氣量。

由此判斷，小型壓空裝置各項(xiàng)參數(shù)滿(mǎn)足供取料系統(tǒng)電磁氣動(dòng)閥的運(yùn)行技術(shù)要求，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)原有壓空裝置的替代。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)小型壓空裝置配置研究，在供取料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了壓空裝置小型化的目的，新的小型壓空裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)。①降低了能耗，小壓空裝置功率的功率只有4.5kW遠(yuǎn)小于原壓空裝置75kW的功率。②降低了運(yùn)行維護(hù)成本，小型壓空裝置無(wú)需單獨(dú)設(shè)置運(yùn)行人員，且維護(hù)檢修費(fèi)用較低。③拆除了原壓空系統(tǒng)上的大型高壓容器，提高了壓空系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。