工程混凝土冷系統安全監控技術應用范文

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摘要：某自主化三代核電建設工程涉及大體積、大方量混凝土澆筑，但高溫天氣對混凝土骨料入模溫度產生重大影響，限制核電建設混凝土澆筑施工連續性。本文分析研究上液氨骨料風冷的工藝流程，綜合應用安全監測監控技術，對混凝土液氨風冷系統運行參數進行在線實時監測監控，為高溫天氣核電工程建設混凝土連續澆筑提供安全保障。

關鍵詞：核電工程；高溫天氣；混凝土骨料；液氨風冷；安全監測監控

某三代核電工程是我國引進消化吸收美國西屋核電技術。為本核電建設的4臺混凝土攪拌站機組承擔著所有混凝土生產，夏季工程現場地面溫度能達40℃以上，采用液氨對混凝土砂石骨料進行風冷，將混凝土骨料溫度控制在26℃以內，滿足核電工程建設混凝土澆筑要求。骨料風冷廠房內設計的液氨儲罐最大儲存量達15t，屬于重大危險源。當前在制冷行業中，大部分采用液氨作為制冷劑，近年來液氨泄漏或超壓引發的事故時有發生[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。本文對液氨骨料風冷系統工藝流程進行深入研究，對液氨儲罐運行參數在線實時監測監控與預警聯鎖，防止骨料風冷廠房內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液氨風冷系統工藝流程

骨料風冷系統屬于混凝土預冷技術之一，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過程溫度[4]，保證混凝土入模溫度控制。骨料風冷系統主要由風冷系統、骨料冷卻倉、冷風循環系統組成。骨料冷卻倉是由骨料貯存倉及其中的送、配風裝置組成。骨料風冷在地面骨料風冷倉中進行，空氣冷卻器及鼓風機緊靠在邊上布置，節約占地面積。(1)液氨風冷系統主要包括1臺15m3的氨儲罐、螺桿式氨壓縮機6臺、蒸發式冷凝器2臺、低壓循環桶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)壓縮風冷裝置是一個封閉系統，包括氨壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器及其它附屬設備等，各設備之間連接成封閉系統，氨制冷劑在系統內循環。液氨風冷裝置是以氨作為制冷劑介質，在一個密閉的系統內循環使用，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)，從被冷物質中吸取熱量降低其溫度，而達到使被冷物質制冷的目的。(3)液氨風冷系統工藝流程：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器變成低溫低壓氣體，從蒸發器出來的氨低溫低壓蒸氣被吸入壓縮機內，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境介質的溫度，且其壓力使氨氣能在常溫下冷凝成液體狀態，因而排至冷凝器時，經冷卻、冷凝成高壓常溫的氨液。高壓常溫的氨液通過膨脹閥時，因節流而降壓，在壓力降低的同時，氨液因沸騰蒸發吸熱使其本身的溫度也相應下降，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器吸熱蒸發，通過熱交換盤管，風機送風給混凝土骨料降溫。從蒸發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。液氨風冷系統工藝流程如圖2所示。

2液氨風冷系統安全監測監控系統

2.1液氨儲罐安全監測

液氨儲罐壓力容器設置安全閥、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，同時設置整流裝置與壓力機、動力電源、管線壓力和通風設施進行聯鎖的裝置。同時，液氨儲罐上設置有液位遠傳和高液位報警裝置，液氨儲罐設有緊急切斷系統，設置緊急切斷閥，發生泄漏，可自動切斷液氨出口閥門。液氨儲罐設置安全閥、壓力表、溫度計、液位計等，現場實時對壓力、溫度、液位進行觀察控制，如圖3所示。

2.2氨氣報警儀

液氨骨料風冷廠房內布置6個氨氣泄漏檢測報警儀，檢測探頭設置在機房內易于聚集有毒氣體的位置，報警儀設置在控制室，一旦發現氨氣泄漏報警儀立即會發出聲光報警，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置在制冷機房兩排壓縮機、低壓循環桶和虹吸罐上方約1.5~2m處，其保護半徑為6~10m，但小于15m。

2.3事故風機聯鎖裝置

制冷機房設6個防爆等級為ExdⅡAT1的防爆排風機，正常狀態下排風機以低轉速運轉排出空氣，同時補風機再以低轉速補充新鮮空氣，通風換氣次數為3次/h。發生液氨泄漏狀況時，當氨氣泄漏濃度達到預先設定的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，排風機調高轉速，進行事故排風，各通風機已與液氨報警儀設置聯鎖，在事故狀態下可做事故風機使用。

2.4音視頻監控報警系統

液氨儲罐間內設置音視頻監控報警系統如圖4所示，可以在線監控突發的危險因素或初期的火災報警等情況，提醒值班人員注意。

3一體化非顯示型液氨探測器結構

(1)液氨制冷機房內設有6個氨氣濃度探測器，采用一體化功能模塊設計，包括探測器模塊和傳感信號兩部分，兩模塊采用防誤插標準數字接口。獨立的傳感器模塊可以實現傳感器參數存儲和信號調理。(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準數字接口與探測器殼體聯接。液氨濃度探測器結構見圖5。(3)高度集成的一體化功能模塊設計，獨立完成探測器的全部數據運算和信號轉換，探測器模塊負責供電、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鎖防爆風機和頂部電磁閥開關啟動噴淋設施。

4結語

液氨儲罐泄漏后達到一定濃度，遇火源極易發生火災爆炸事故，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冷系統工藝流程，設計應用液氨濃度、溫度、壓力、音視頻等參數信號建立了液氨風冷系統在線實時安全監測監控系統。分析了一體化非顯示型液氨探測器結構和工作原理對液氨泄漏和超壓進行預警與聯鎖控制，實現對混凝土骨料液氨風冷系統進行有效的安全監測監控。

參考文獻

[1]黃曉宇.HAZOP-LOPA分析方法在液氨罐區的應用[J].化工管理,2018(9):81.

[2]劉遠,陳全,陳新杰,等.冷庫制冷車間事故后果分析與評價[J].天津理工大學學報,2010,26(2):84-86.

[3]文樹德.液氨為何頻泄漏[J].湖南安全與防災,2013(10):38-39.

[4]張慧霞,張偉鋒,邢建軍,等.蘇阿皮蒂水利樞紐混凝土預冷系統方案優選[J].東北水利水電,2018,36(4):1-5.

作者：吳磊 單位：國核工程有限公司