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工业射线探伤室的电气设计
作者: 佚名 时间:2020-1-15文章来源:百度访问量:664

射线探伤是工业生产中重要的无损检测手段,广泛应用于石油、化工、电力、冶金、机械等行业。市场对超重、超厚设备的旺盛需求,促使国内多家装备制造厂建设更为先进的探伤室。高能射线对人体与环境具有伤害,射线防护是探伤室设计中的核心任务。文章从照明、配电、安全联锁、电气设备安装及管线敷设多个角度介绍了探伤室的基本设计原则,着重阐述了与射线防护相关的电气设计方法。

射线探伤是工业生产中重要的无损检测手段,它通过射线检测、暗室处理、底片评定等步骤对工件是否合格做出判定。如核电稳压器、石化压力储罐、电站锅炉等均须经过探伤检测合格方能投入使用。为了满足新产品的检测需求、保障产品质量、促进生产工艺,我国多家装备制造厂均正在建设高规格的探伤室。

高能射线会对工作人员、周边民众的身体健康以及外界环境造成巨大伤害,因此射线防护成为探伤室设计中的核心任务,射线防护的特殊性也使探伤室的设计成为一项复杂的系统工程。我国科研和工程人员对此进行了多方面的探索和实践,包括工艺、土建、通风、安全联锁的设计等。但是,较为完整系统地介绍工业射线探伤室电气设计的文章尚不多见。

本文介绍了工业射线探伤室照明、配电、安全联锁、电气设备安装及管线敷设的基本设计原则,着重阐述了因射线防护而引发的与普通工业民用建筑不同的设计方法。

1.工业探伤室概况

工业探伤室通常贴邻主厂房,通过电动平板车将待检工件从车间拖入探伤室检验。通常包括照射室、控制室、电源室、干片室、暗室、评片室等。某工厂射线探伤室平面及剖面图如图1所示。

照射室是探伤室最主要组成部分,为大体积钢筋混凝土工程,混凝土必须连续浇捣,不留施工缝,不得产生贯穿裂缝、深度裂缝。为保持防护体的完整性,不削弱顶板、墙体的射线防护能力,电气设计人员必须与工艺、土建等专业密切配合,力争在设计阶段考虑周全,做好管线预埋预留工作,避免遗漏 。

图1 某工厂射线探伤室的平面图

图1 某工厂射线探伤室的剖面图

2.配电

中断探伤室的供电,不会造成人员伤亡及较大的经济损失,故射线探伤室的电力负荷等级通常归为三级。探伤机要求工作稳定,故探伤室配电回路应与厂房设备的配电干线分开,通常做法是从厂房变电所引专用回路供电。无功补偿及谐波治理集中在变电所。如果探伤机对电压质量有较高要求,则可在电源室设置稳压柜。

探伤室的主要设备有直线加速器、调制器、水冷机组、x射线探伤机、γ射线探伤机、滚轮架、平板车、起重机、防护大门传动机构、风机、空调等。考虑到平板车、防护大门传动机构、探伤机等设备不同时使用,且多数设备属断续工作制设备,故负荷计算时设备的同时使用系数可适当调低。

总动力配电柜置于电源室。采用放射式为照射室各设备配电。考虑到临时用电、检修等因素在照射室、控制室、干片室、暗室、评片室分别设置插座箱。

探伤机、起重机等设备的线路及保护计算可参考文献[5],本文不再赘述。

为防止老化,照射室内电缆应选用耐辐射型,按《电力工程电缆设计规范》(gb 50217-2007)的要求,可选用交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯外护层电缆 (yjv电缆)。

3.照明

照明电源宜单独引自车间变电所;如不方便也可以引自探伤室的总动力柜。

照射室在正常工作期间内部必须确保无人,操作员在控制室通过工业电视了解照射室内部状况,故其照度需满足视频系统工作的需求;照射室照度还应满足操作员检修、准备工作的需求,综合以上两方面并结合《建筑照明设计标准》,照射室照度按200lx设计。按规范,暗室、评片室等检验用房的照度标准值为300lx;控制室的照度标准值为300lx。

工业照射室的室内净高通常在8m以上,光源宜采用金属卤化物灯。防护大门主要用于工件进出,工作人员一般经迷宫防护小门出入照射室,故其照明控制开关宜设置在防护小门出口处。此外,控制室的监控台处宜提供一个无源信号与就地照明开关并联,实现对灯光在照射室和控制室的两地操作。照射室无天然采光,宜在防护小门处设自带蓄电池的应急灯。

控制室照明的布灯方案是关系到限制直接眩光和反射眩光的重要环节,因此应避免将灯具布置在监控台的正前方以免灯光从作业面向眼睛直接反射。所以监控台和工作人员的位置一定要同灯具的排列联系起来考虑,即将一般照明布置在控制台的两侧从而得到较好的效果。

暗室除设置荧光灯作为一般照明,还应为红色工作灯预留电源,红色工作灯的光源为可调光的白炽灯,位于冲洗池上方。为防止冲洗底片期间,有人员误入暗室,暗室门口应设置警示红灯。评片室照明设计时需为观片灯预留电源。

4.安全及联锁设计

急停按钮联锁、门-机联锁、剂量联锁、声光报警的设计原则,文献[3]已做了较为详细的论述。本文根据工厂企业的实际需求提出一些优化改进建议。

(1)从综合经济性考虑,防护墙通常按某种能量最强射线设计。如果多个高能射线探伤机(如直线加速器、co60探伤机)同时作用,可能会超越防护墙的防护能力,导致对外界造成伤害。故应在高能探伤机之间增加选择开关,以保证不同时使用。

(2)根据多个工厂企业的实际做法,每位操作员配备一把钥匙开关,钥匙开关触点与紧急停止按钮触点一齐串入探伤机急停回路。多把钥匙开关同时在控制台凑齐才能开启探伤机,从而避免了对滞留在照射室操作员的意外伤害。

(3)探伤机启动到出束之间有一段较长的延时,故急停联锁设计时,可仅停止探伤机出束,而不切断其电源。

(4)对辐射源设全天候视频监控,并接入厂区安保监控系统。

(5)考虑到照射室工作时无人进入,不易及时觉察到火情,且设备比较贵重,故宜设置火灾报警系统。高大空间的消防可选用的产品及做法已有很多(如空气采样、火焰探测等),此处不再赘述。

5.设备安装及管线敷设

综合考虑以上几方面,电气设备安装位置及管线敷设路径便可大体确定。本文着重阐述因射线防护而引起的新问题,具体分为以下两方面:

5.1 预埋管

为防止射线的泄漏,应尽量避免孔、缝贯穿防护墙体,必须穿过时宜采取补偿措施,如在防护墙厚度削弱处预埋铅板或局部加大防护墙材料的比重。

暗埋管会在防护墙体内部形成孔道,削弱防护墙的射线防护能力(孔道效应),故照明配电的线缆保护管均应采用明敷。

贯穿预埋管是用于电线电缆、水管等连通照射室内与室外的路径,这类管道是不可避免要穿越防护墙体的。因为射线是以直线方式辐射的,故进出照射室的管孔不得为直通形式。为了有效地衰减射线的散射剂量,预留管道应采取弯曲的路径(如u形、s形)。u形管常用于管线从照射室地坪下穿过防护墙,s形管常用于管线穿越防护大门与迷宫走道处防护小铅门。预埋管示意图如图2所示。

图2 预埋管示意图

5.2 预埋板

为了保证顶板、侧墙满足射线防护的要求,不得随意在成型后的防护墙上开凿钻孔,故照射室的灯具、配电箱等的安装不采用暗装,也不借用膨胀螺栓,而是利用混凝土防护墙上的预埋钢板焊接固定。灯具、配电箱、视频摄像机、线缆保护钢管、报警按钮、行车滑触线等的安装预埋件的尺寸及间距在国家标准图集中均有详细表述,此处不再赘述。

在设计阶段,探伤室的电气设备及其安装位置、配电方式可能尚未完全确定;建成投入使用后,使用方可能根据实际情况对设备进行位置调整,或新增设备。故预埋钢板既要满足当前设备安装和管线敷设的要求,又要保留一定的灵活性以兼顾今后的发展和调整。工程上一种简单实用的方法是:

(a)在设备及管线较少且预期变化也较少的墙面区域(如图1的主防护墙)按照国家标准图集预埋钢板。

(b)在设备及管线较多或预期变化较多的墙面区域,从室内地坪起向上每隔1.5m预埋一条l× 100mm(w) ×8mm(h)的扁钢(l长度根据需要定),如果设备安装位置不在预埋扁钢位置上,可以在相邻两条扁钢中间补焊一条扁钢来固定设备。

此外,电气预埋件的设计须与工艺专业的预埋件统筹考虑,确保无重复、无遗漏,最终对土建专业提出要求。

6.结语

探伤室的电气设计必须满足现行国家、地方及行业的设计规范、满足卫生和环保主管部门的要求、满足建设单位需求,且须具有技术经济合理性,是一项较为复杂的系统工程。本文综合论述了工业厂房射线探伤室的电气设计,希望能为我国射线探伤室的建设提供参考。

(编自《电气技术》,作者为赵亮、曹文。)

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