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(duì)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(cè)監(jiān)控技術(shù)，對(duì)混凝土液氨風(fēng)冷系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）12（b）-00-03

某三代核電工程是我國(guó)引進(jìn)消化吸收美國(guó)西屋核電技術(shù)。為本核電建設(shè)的4臺(tái)混凝土攪拌站機(jī)組承擔(dān)著所有混凝土生產(chǎn)，夏季工程現(xiàn)場(chǎng)地面溫度能達(dá)40℃以上，采用液氨對(duì)混凝土砂石骨料進(jìn)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?jī)?nèi)設(shè)計(jì)的液氨儲(chǔ)罐最大儲(chǔ)存量達(dá)15t，屬于重大危險(xiǎn)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(lái)液氨泄漏或超壓引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生[1]，造成嚴(yán)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(duì)眼、呼吸道粘膜有強(qiáng)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(duì)液氨骨料風(fēng)冷系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行深入研究，對(duì)液氨儲(chǔ)罐運(yùn)行參數(shù)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控與預(yù)警聯(lián)鎖，防止骨料風(fēng)冷廠房?jī)?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(guò)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(cāng)、冷風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)組成。骨料冷卻倉(cāng)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(cāng)中進(jìn)行，空氣冷卻器及鼓風(fēng)機(jī)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(tái)15m3的氨儲(chǔ)罐、螺桿式氨壓縮機(jī)6臺(tái)、蒸發(fā)式冷凝器2臺(tái)、低壓循環(huán)桶1臺(tái)、虹吸罐1臺(tái)、集油器1臺(tái)、熱回收器1臺(tái)、空氣分離器1臺(tái)、緊急泄氨器1臺(tái)。

（2）壓縮風(fēng)冷裝置是一個(gè)封閉系統(tǒng)，包括氨壓縮機(jī)、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(gè)密閉的系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，利用氨的沸點(diǎn)隨壓力變化而變化的特征，即氨的壓力越低，沸點(diǎn)越低；壓力越高，沸點(diǎn)越高。利用壓縮機(jī)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(dá)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(chǔ)存常溫高壓液體，進(jìn)入氣液分離器變成低壓低溫液體進(jìn)入氨泵，從氨泵出來(lái)的氨低溫低壓液體進(jìn)入蒸發(fā)器變成低溫低壓氣體，從蒸發(fā)器出來(lái)的氨低溫低壓蒸氣被吸入壓縮機(jī)內(nèi)，壓縮成高壓高溫的過(guò)熱蒸氣，然后進(jìn)入冷凝器。由于高壓高溫過(guò)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(shí)，經(jīng)冷卻、冷凝成高壓常溫的氨液。高壓常溫的氨液通過(guò)膨脹閥時(shí)，因節(jié)流而降壓，在壓力降低的同時(shí)，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(guò)熱交換盤管，風(fēng)機(jī)送風(fēng)給混凝土骨料降溫。從蒸發(fā)器出來(lái)的低壓低溫氨氣重新進(jìn)入壓縮機(jī)，從而完成一個(gè)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 液氨儲(chǔ)罐安全監(jiān)測(cè)

液氨儲(chǔ)罐壓力容器設(shè)置安全閥、壓力表、液位計(jì)、溫度計(jì)，并安裝有帶壓力、液位、溫度遠(yuǎn)傳記錄和報(bào)警功能的安全裝置，同時(shí)設(shè)置整流裝置與壓力機(jī)、動(dòng)力電源、管線壓力和通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行聯(lián)鎖的裝置。同時(shí)，液氨儲(chǔ)罐上設(shè)置有液位遠(yuǎn)傳和高液位報(bào)警裝置，液氨儲(chǔ)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(dòng)切斷液氨出口閥門。液氨儲(chǔ)罐設(shè)置安全閥、壓力表、溫度計(jì)、液位計(jì)等，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)對(duì)壓力、溫度、液位進(jìn)行觀察控制，如圖3所示。

2.2 氨氣報(bào)警儀

液氨骨料風(fēng)冷廠房?jī)?nèi)布置6個(gè)氨氣泄漏檢測(cè)報(bào)警儀，檢測(cè)探頭設(shè)置在機(jī)房?jī)?nèi)易于聚集有毒氣體的位置，報(bào)警儀設(shè)置在控制室，一旦發(fā)現(xiàn)氨氣泄漏報(bào)警儀立即會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，值班人員在第一時(shí)間組織救援。6個(gè)氨氣濃度探測(cè)器分別設(shè)置在制冷機(jī)房?jī)膳艍嚎s機(jī)、低壓循環(huán)桶和虹吸罐上方約1.5～2m處，其保護(hù)半徑為6～10m，但小于15m。

2.3 事故風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖裝置

制冷機(jī)房設(shè)6個(gè)防爆等級(jí)為Exd ⅡAT1的防爆排風(fēng)機(jī)，正常狀態(tài)下排風(fēng)機(jī)以低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)排出空氣，同時(shí)補(bǔ)風(fēng)機(jī)再以低轉(zhuǎn)速補(bǔ)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(shí)，當(dāng)氨氣泄漏濃度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的30ppm時(shí)，液氨儲(chǔ)罐間的液氨探測(cè)報(bào)警儀探頭動(dòng)作，將信號(hào)反饋到控制柜，同時(shí)控制柜輸出信號(hào)，排風(fēng)機(jī)調(diào)高轉(zhuǎn)速，進(jìn)行事故排風(fēng)，各通風(fēng)機(jī)已與液氨報(bào)警儀設(shè)置聯(lián)鎖，在事故狀態(tài)下可做事故風(fēng)機(jī)使用。

2.4 音視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)

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

3 一體化非顯示型液氨探測(cè)器結(jié)構(gòu)

（1）液氨制冷機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有6個(gè)氨氣濃度探測(cè)器，采用一體化功能模塊設(shè)計(jì)，包括探測(cè)器模塊和傳感信號(hào)兩部分，兩模塊采用防誤插標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口。獨(dú)立的傳感器模塊可以實(shí)現(xiàn)傳感器參數(shù)存儲(chǔ)和信號(hào)調(diào)理。

（2）液氨探測(cè)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(hù)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(guò)防誤插標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口與探測(cè)器殼體聯(lián)接。液氨濃度探測(cè)器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

（3）高度集成的一體化功能模塊設(shè)計(jì)，獨(dú)立完成探測(cè)器的全部數(shù)據(jù)運(yùn)算和信號(hào)轉(zhuǎn)換，探測(cè)器模塊負(fù)責(zé)供電、通訊和輸出信號(hào)功能。

（4）傳感器輸出信號(hào)到PLC自動(dòng)化控制柜啟動(dòng)聯(lián)鎖防爆風(fēng)機(jī)和頂部電磁閥開(kāi)關(guān)啟動(dòng)噴淋設(shè)施。

4 結(jié)語(yǔ)

液氨儲(chǔ)罐泄漏后達(dá)到一定濃度，遇火源極易發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，而且儲(chǔ)罐壓力超限后未及時(shí)處理，可能會(huì)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(jì)應(yīng)用液氨濃度、溫度、壓力、音視頻等參數(shù)信號(hào)建立了液氨風(fēng)冷系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。分析了一體化非顯示型液氨探測(cè)器結(jié)構(gòu)和工作原理對(duì)液氨泄漏和超壓進(jìn)行預(yù)警與聯(lián)鎖控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土骨料液氨風(fēng)冷系統(tǒng)進(jìn)行有效的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

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