AP1000三门核电站超级压缩机特点分析

AP1000三门核电站超级压缩机特点分析

李洋

（三门核电有限公司浙江三门317112）

摘要：本文对AP1000三门核电站厂址废物处理设施放射性固体废物处理超压减容技术核心设备超级压缩机进行详细分析，归纳总结其特点。为后续核电机组废物处理工艺及设备选择提供参考。

关键词：放射性固体废物；超级压缩机；减容比；

三门核电放射性废物处理主要采用国外较为成熟的超压减容技术，即预处理（切割、预压缩、干燥）后的废物装入160L钢桶超压成压缩饼，再将压缩饼优化组合放入200L钢桶内灌浆固定后暂存。超级压缩机是超压减容技术的核心设备，经过多年的发展，超级压缩机不断小型化，性能也更加可靠。三门核电超级压缩机设备已投入使用，结合项目执行管理和调试经验，对超级压缩机设备深入研究，为后续电站工艺选择及设备选型提供参考，具有重要意义。

1三门核电站超级压缩机介绍

1.1超级压缩机构造

三门核电站采用的超级压缩机是一种三梁四柱固定式液压驱动超压机，钢制锻造件结构，主体材料为碳钢。其最大压力20000KN，外型尺寸为1600×1600×4385mm，重量为38T，底座载荷10，000kg/m²，最大工作行程925mm，压头直径520mm，平均压缩每个160L桶需时7.12分钟，最大处理量为每天压缩33个160L废物桶。

如图1所示，超级压缩机主要由基座、顶板、四个立柱、配有机械锁的活塞液压式缸、配有相应模具钩扣和模具液压缸的模具、固定器、对中装置和桶身钻头组成。

四个主立柱位于超压机基座和顶板之间，分摊压缩过程产生的压力。立柱通过稳定器互相连接，稳定器可提供额外的加强效果用于补偿横向载荷。基座上设

图1超级压缩机简图

有1块用螺栓与其固定的中间夹板，用于接收160L桶并防止运行过程中基座磨损和损坏。

压力油缸的夹套通过抗疲劳螺栓与顶板相连接。活塞包裹在夹套里，并通过螺栓固定在活塞杆上，活塞油缸通过油缸盖密闭。油缸系统根据不同的油缸原理运行。出于保护的目的，活塞杆的底部用螺栓固定了一块耐磨金属板（压头）。

模具用来吸收160L钢桶被压缩时产生的载荷，防止160L桶超压时发生不可控径向变形，因此压缩饼最大的直径由模具决定。当桶被送入超压机或者压缩饼被移出时，模具通过4个模具油缸提升。模具液压杆柱的下端和包裹主立柱的导套固定，导套在模具上下移动时提供导向的作用。为了防止磨损，高强度钢和模具内表面都经过表面硬化处理。

为了排出压缩过程中产生的放射性气溶胶，模具的上端通过一个密封的防护罩包裹。防护罩的另一端用螺栓紧密的固定到模具外表面。压缩产生的气体从防护罩和模具之间的密封腔内的连续被抽出，并排放至HPEA过滤器。模具处于提升的位置，空气通过底部开口处进入，当模具处于较低的位置时，即形成一个密封空间，抽出空气将由带止回阀的进气旁路管进气来补偿。

中间夹板周围安装了一个排水环道，用于收集桶压缩过程中流出的废液。废液从排水环道排至去污箱，再通过去污泵送往AWS系统。去污箱容积150L，配备检修人孔。

1.2超级压缩动力和液压系统

位于+5m层的液压机组为超级压缩机提供模具和活塞移动并实现压缩的驱动力。液压机组含有一个油箱。油箱上分布着泵组、过滤器和阀门组，它们分别固定在独立的基础框架上。油箱由1个主箱、1个收集箱和1个贮槽组成。油箱由钢板焊接而成，并安装了3个浮球开关以监控主箱、收集箱和贮槽的液位。通风口安装了1个空气过滤器。油箱的液位可通过观察镜检查。油箱容积为1250L，并设有1个检修孔。液压单元同时设置了1套油过滤系统，包括可视和电子压差监测系统。

热油通过油水热交换器进行冷却，冷冻水系统向其提供冷冻水。收集箱用于收集阀门、泵组和连接器的泄漏油和溢出油。如果存在较大的泄漏，贮槽可容纳油箱全部油量。

液压单元分为主回路、二回路和冷却回路。主回路中的泵机组传送液压油用于驱动活塞油缸，同时也用于驱动4个模具油缸。二回路通过辅助泵为制动模具提供控制压力也为对中装置的液压油缸、活塞油缸的机械锁、模具钩扣提供驱动力。冷却回路包括油水换热器和油过滤器。

1.3电气控制方面

SRTF超压机子系统采用独立控制以确保可靠性。

超压机子系统的控制系统是基于西门子的S7PLC开发的，包含控制机柜和操作员站用于系统监控和操作系统设备。控制机柜内包含控制器、I/O卡件、保护装置，接触器，继电器和电源分配卡件，控制系统通过I/O卡件与超压机相关的测量仪表、保护开关、状态开关等现场仪表获取超压进程和状态，PLC控制器内的运算程序对输入信号处理结果生成控制命令去控制超压机的各液压机构、开关、气动阀门、电机等设备。操作员站包含计算机、多功能操作面板和按钮，操作员通过操作员站的显示器及面板、按钮等设备对超压工艺进行监控和操作。

2超级压缩机超压试验

三门核电对超级压缩机进行了出厂试验见证以及现场调试，超压试验选取五个160L桶装有不同比列的固体废物进行超级压缩。160钢桶外直径：510mm±2，钢桶高度：825±5mm）。试验用压力2000t，160L钢桶通过桶装载装置送入超级压缩机，对中装置将桶对中（5s），随后对中装置下部钻头对桶两侧距底部20mm处进行对称钻孔φ5mm（15s），模具向下移动到底同时对中装置移开（25s），活塞下移（90S），超压（60s），保压15s，模具提升（25s），活塞提升（90s），超压结束。

试验过程表明，超级压缩机各机构功能均能连贯、准确实现，160L钢桶能按实验程序顺利超压，符合设备技术要求。对160L桶装混合废物进行超压减容处理减容比范围：3.68—6.94，平均压缩时间：5.4分/桶。

3.超级压缩机特点分析

从上面分析可得超级压缩机具有以下特点：

1.）较小的外形尺寸，节省厂房空间，方便布置；

2.）160L桶压缩过程中有模具保护，可承受2000t的压力，在保证废物压缩可靠运行的同时，获得高减容比；

3.）超级压缩机进行压缩过程中处于封闭状态，密封性良好，避免了放射性气溶胶产生的污染；

4.）可维护性良好，超级压缩机机构设计采用开放式，有足够的检修空间，液压系统设在无辐射专门室内，隔音降噪，便于检修维护；

5.）清洗去污操作简单。由于加设了尾气处理系统和废液收集系统，超压机整体所受的放射性污染大大减少，使得日后的清洗去污简单化；

6.）可进行自动或手动控制，操作简易。

7.）自动化程度高，安全联锁可靠，符合核设备设计准则。

4结束语：

实践证明超压减容技术是处理低、中放射性固体废物的一种经济、有效、简单及可靠的减容方法。符合“可合理达到的尽量低”和“废物最小化”的核电站废物管理基本原则。随着超压减容技术优势在核电厂越来越被认可，并在国内逐渐推广，超级压缩机使用今后必将大量增加，势必减少放射性废物最终包装体，为核电厂赢取更大的经济利益。

参考文献：

[1]《液压机的设计与应用》.俞新陆（2007）

[2]SystemcalculationmanualofRES，SMG-RES-M3C-210，Rev.0

[3]SpecificationformanufacturingandsupplyforSupercomputer，SMG-RES-Z0-210，Rev.0

作者简介：

李洋（1987.10-），男，甘肃靖远人，四川大学材料成型与控制工程专业本科，工程师，单位：三门核电有限公司，从事设备采购与监造工作。