原子力発電所の計装・制御用空気供給向けオイルフリースクリュー式空気圧縮機

原子力発電所向けオイルフリースクリュー式空気圧縮機
計装・制御用空気供給装置

世界で最も厳しい原子力安全基準に基づいて設計された、汚染のない計装用空気を安全計装システム、格納容器隔離弁、および緊急停止システムに供給します。

原子力発電において、圧縮空気は目に見えないながらも極めて重要な役割を担っています。原子炉の安全システムを制御する空気圧アクチュエータ、ポジショナー、制御弁は、継続的で清浄な計装用空気の供給に依存しており、その供給が損なわれると、その影響は驚くべき速さで連鎖的に広がります。オイルフリーのスクリュー式空気圧縮機は、原子力用途において単に推奨される仕様というだけでなく、国際原子力機関、各国の原子力規制当局、およびプラントレベルの確率論的リスク評価によって義務付けられる拘束力のある安全要件となることがよくあります。その理由は単純明快です。従来のオイル潤滑式圧縮機は、計装用空気流に炭化水素エアロゾルを混入させ、たとえ数ミリグラム/立方メートルという微量濃度であっても、バルブシールを劣化させ、ソレノイドパイロットラインを汚染し、過渡現象時に安全計装システムの故障を引き起こす可能性があります。オイルフリーのスクリュー式空気圧縮機は、圧縮段階でこの汚染経路を排除します。つまり、故障したり、飽和したり、メンテナンス期間中にバイパスされたりする可能性のある下流のろ過だけに頼る必要がないのです。プラント技術者にとって、その違いは、管理可能な保守リスクと、容認できない安全上の脆弱性との違いを意味する。

英国全土の原子力発電所では、EDF Energyが管理するヘイシャム、トーネス、ハートリプールの稼働中の先進ガス冷却炉から、サマセットで建設中の注目度の高いヒンクリーポイントC加圧水型原子炉、ロールスロイスSMRが推進する新たな小型モジュール炉プロジェクトに至るまで、原子力安全カテゴリーシステムの主要およびバックアップ計装空気源として、オイルフリースクリューコンプレッサーパッケージを指定するケースが増えています。原子力規制局の安全評価原則に関するガイダンスでは、安全関連の圧縮空気システムが十分な信頼性を実証し、システム境界内の各コンポーネントの潜在的な故障モードが理解され、軽減されていることが求められています。オイル潤滑式コンプレッサーの場合、オイルの持ち越しは軽微なリスクではなく、安全システムの劣化に直接つながる予測可能で定量化可能な故障モードです。オイルフリースクリュー空気コンプレッサーを選択することで、この故障モードがフォールトツリーから完全に排除され、安全ケースが簡素化され、規制遵守を維持するために必要となる運用中の監視と文書化の負担が軽減されます。

原子力計装制御システムが油汚染を許容できない理由

原子力発電所の安全計装制御インフラは、現代産業において最も複雑な統合エンジニアリングシステムの1つです。製造施設では予期せぬ停止によって生産が停止しますが、原子力発電所の計装制御システムは、通常の運転と環境への放射性物質放出との間の最後の防衛線です。これらのシステムに空気を供給する空気圧信号線、アクチュエータ供給ヘッダー、および制御空気リザーバーは、ISO 8573-1クラス0の油分含有量基準を満たすか、それを超える空気を受け取る必要があります。これは、検出可能な油エアロゾル、油蒸気、または炭化水素汚染がゼロであることを意味します。オイルフリーのスクリュー式空気圧縮機は、下流の凝縮フィルターに依存することなく、生成時点でこの基準を保証できる唯一の圧縮技術です。下流の凝縮フィルターは、使用中に経年劣化、飽和、および劣化します。下流のフィルターが唯一の障壁である場合、フィルター交換スケジュールのたった1つの見落としが安全システムの故障につながる可能性があります。これは、原子力確率論的安全評価において、カテゴリー1の計装空気システムでは許容できないシナリオとして一貫して指摘されています。

原子力計装空気中の油汚染の影響は、理論上の話ではありません。電磁弁のオリフィスに付着した炭化水素膜は、開弁圧力の閾値を上昇させ、原子炉のスクラムやタービンのトリップといった自動安全動作時に弁の応答が鈍くなったり、全く応答しなくなったりします。パイロット作動式安全弁に油が付着すると、設定圧力が誤っていたり、さらに危険なことに、一次回路の圧力境界を保護するために開くべき時に閉じたままになったりする可能性があります。格納容器隔離システムでは、油で汚染されたアクチュエータが規定のストローク時間内に全ストロークを達成できず、事故後の放射線境界が最も必要とされる時にその境界が損なわれる可能性があります。これらの故障モードは、通常の監視試験条件下では顕在化せず、実際のプラント過渡現象に伴う高い差圧と熱条件下でのみ顕在化するため、特に検出が困難です。計装空気源としてオイルフリーのスクリュー式空気圧縮機を選択することで、プラント運転者はこの種の潜在的な故障を安全評価から完全に排除し、時間依存的で保守に敏感なリスクを、機械の設計に内在する受動的なエンジニアリング保証に置き換えることができます。

技術原理、構造、材料

オイルフリースクリュー式空気圧縮機の動作原理は、圧縮点において潤滑式圧縮機とは根本的に異なります。標準的な回転式スクリュー機では、ローターチャンバーに直接オイルを注入して、噛み合う雄ローターと雌ローターのプロファイルを密閉し、圧縮されるガスを冷却し、ローター表面を潤滑します。オイルフリー設計では、これら3つの機能は、連続運転における長期信頼性を慎重に検証した代替エンジニアリングソリューションによって実現されます。ロータープロファイルは、精密CNC歯車研削センターを使用して、通常、全作動ローブ長にわたって5～10マイクロメートル以内という非常に厳しい公差で加工されるため、液体シール媒体を必要とせず、幾何学的精度のみで噛み合いシールが実現されます。熱管理は、ステージ間にインタークーラーを備えた2段圧縮（各ステージがローターコーティングの完全性を維持できる管理可能な温度範囲内で動作できるようにする）、水注入式オイルフリータイプでは圧縮チャンバーに直接水を注入、または一部の設計では両方のアプローチを組み合わせることによって行われます。ローターベアリングは、隔離された密閉グリースパック、または一連のラビリンスシール、ピストンリング、そして多くの設計では大気に開放されるドライランニングシャフトシールゾーンによって圧縮経路から確実に分離された密閉オイルサンプ機構によって潤滑されます。これにより、定期点検時にシールの状態を視覚的に確認できます。

ローター要素自体は、小型ユニットの場合は航空宇宙グレードのアルミニウム合金、大容量機の場合は球状黒鉛鋳鉄で製造され、ローターローブ表面には特殊なポリマー層（一般的にはPTFEを注入したフッ素ポリマーまたは独自の炭素繊維強化複合材）がコーティングされています。このポリマー層は、慣らし運転期間中に自己潤滑効果を発揮し、起動時の過渡現象でわずかな接触が発生した場合に寸法的な適合性を提供します。ハウジングは、高品質のねずみ鋳鉄から精密に穴あけ加工され、製造工程の複数の段階で寸法検査が行われます。これには、座標測定機によるローター穴の同心度検証も含まれます。原子力グレードの用途では、原材料の認証から各機械加工および組み立て工程に至るまで材料のトレーサビリティが維持され、ISO 10005品質計画に従って完全な品質保証文書パッケージが作成され、調達品質計画の提出や、ONR、フランス原子力安全局（ASN）、カナダ原子力安全委員会（CNSC）、またはその他の該当する原子力規制当局に提出される原子力安全ケース文書をサポートするために利用できます。

技術性能パラメータ

下記の表は、当社製オイルフリースクリュー式空気圧縮機シリーズの標準性能範囲と原子力グレード性能範囲を示しています。すべての数値は目安です。現場固有のエンジニアリングデータシートについては、当社チームまでお問い合わせください。

原子力発電所の運転事業者が当社のオイルフリースクリュー式空気圧縮機を選ぶ6つの理由

認証可能な空気品質から完全なカスタムエンジニアリングまで、当社の原子力コンプレッサー製品のあらゆる側面は、原子力安全システムの調達における特定の要求に基づいて構築されています。

原子力発電所の境界を越えた応用シナリオ

原子力発電所におけるオイルフリー圧縮空気の需要は、単一のシステムや建物にとどまらず、発電所の安全および運用アーキテクチャのあらゆるレベルに及んでいます。安全計装システムは、一次冷却系冷却材温度、中性子束、格納容器差圧などのパラメータを継続的に監視し、保護システムのトリップ信号を物理的な機器動作に変換するために、計装用空気作動弁に依存しています。原子炉保護システムの作動中に、これらの空気作動装置に遅延、ためらい、または故障が発生すると（パイロットオリフィスの油汚染による狭窄やダイヤフラムの亀裂閾値の上昇などが原因で）、一次冷却系の適時な隔離が妨げられたり、格納容器隔離弁の閉鎖が遅れたりする可能性があります。これらの動作は事故シーケンス解析において秒単位で計測され、秒が重要な局面では、オイルフリーのスクリュー式空気圧縮機だけが、安全性の妥当性を証明するために必要な固有の信頼性を提供します。

炉心保護システム以外にも、オイルフリーのスクリュー式空気圧縮機は、冷却材喪失事故後に安全注入信号を受信すると確実に開弁しなければならない緊急炉心冷却システム弁アクチュエータに空気を供給します。また、特定の事故シーケンス中に加圧水型原子炉（PWR）設計の蒸気発生器を密閉する主蒸気隔離弁に空気を供給し、二次回路を減圧するタービントリップおよびバイパスシステムに空気を供給します。2011年の福島第一原子力発電所事故とその後のIAEA安全基準の改訂を受けて設計上の注目が高まった使用済み燃料プール冷却システムでは、監視弁および補給弁制御への信頼性の高い計装空気供給が、すべての新規原子力発電所建設の安全評価における前提条件となっています。事故後の監視計装、水素再結合器制御システム、および受動型自己触媒再結合器ユニットの作動はすべて、プラントの運転期間を通じて品質を検証および文書化できる、クリーンで信頼性の高い作動媒体として計装空気ヘッダーを利用します。

英国の原子力産業を支援する ― 延命から新規建設まで

英国は、世界の原子力産業において独特な位置を占めています。世界で最も古い稼働中の原子力発電所群の一つと、最も野心的な新規建設計画の一つが同時に存在する国です。EDF Energyは、ヘイシャム1、ヘイシャム2、ハートリプール、ダンジネスB、トーネスなど、イングランドとスコットランドに一連のAGR発電所を運営しており、これらの発電所はすべて、寿命延長計画の一環として、計装空気システムの継続的なアップグレードと交換を必要としています。これらの発電所はそれぞれ、数十年にわたる運転の歴史によって形成された独自のエンジニアリング上の制約を抱えており、原子力オイルフリースクリュー空気圧縮機のサプライヤーのカスタマイズ能力は、機械自体の性能特性と同じくらい重要です。サマセットのヒンクリーポイントC EPR建設プロジェクトは、30年以上ぶりに英国で建設される新しい原子力発電所であり、最高水準の欧州公益事業要件基準に準拠した専用の原子力グレード計装空気システムが組み込まれており、調達品質要件は、確立された原子力サプライチェーン企業でさえ完全な準拠を証明することを困難にしています。

プロジェクトパイプラインのさらに先では、同じくEPR設計のサフォーク州のサイズウェルCプロジェクトや、アングルシー島のワイルファやイングランドとウェールズ各地を含む複数の候補地を対象としたロールス・ロイスのSMRプログラムなど、いずれも安全および運用計装システム用に原子力グレードのオイルフリー圧縮空気インフラを必要とします。当社のオイルフリースクリュー空気圧縮機パッケージは、英国の原子力サプライチェーン品質保証フレームワークに完全に準拠した英国登録企業を通じて供給され、原子力廃止措置局のサプライチェーンポータルへの登録や原子力産業協会品質基準グループの要件への技術的な準拠などが含まれます。EDFエナジー、ヒンクリーポイントCの主要サプライチェーン請負業者、または新興SMRプロジェクト開発者の調達エンジニア向けに、事前資格認定文書、承認済みベンダーリストの提出、詳細な品質計画を10営業日以内に提供できます。これにより、イングランド、スコットランド、ウェールズの原子力プロジェクトに特徴的な厳しい調達スケジュールをサポートします。

顧客成功：3大陸にわたる実績

ヨーロッパの長期稼働している加圧水型原子炉（PWR）から北米のCANDU型原子炉まで、当社のオイルフリースクリュー式空気圧縮機は、世界で最も厳しい規制環境下にある原子力技術者の信頼を獲得してきました。

製造能力とカスタム原子力工学

当社の製造施設は、原子力分野補足規定を含むISO 9001:2015の認証を受けた品質管理システムの下で運営されており、当社の圧縮空気製品は、主要なホールドポイントおよび立会ポイントすべてにおいて顧客の立会いが可能な段階的な検査および試験プログラムを受けています。原子力用途向けには、EN 10204タイプ3.1および3.2に準拠したカスタム材料試験レポート、EN ISO 15614に準拠した溶接手順認定記録、EN ISO 9712レベル2の人員資格に準拠した非破壊検査記録、およびPD 5500またはASMEセクションVIIIディビジョン1（該当する原子力プロジェクトに適用されるコード）に準拠した完全な圧力容器設計計算書を定期的に作成しています。 エアコンプレッサー スキッドは、顧客固有の設置面積の制約に合わせて構成できます。例えば、天井高の低いコンプレッサー室への対応、周囲に水素が存在する可能性があるATEXゾーン2の境界要件への対応、設計基準を超える地震を考慮した耐震カテゴリーIの設置および固定設計、発電所停電時の耐停電性試験プログラムのための非常用DC電源との互換性などです。

当社の製品カスタマイズ能力は、コンプレッサーユニット単体だけでなく、計装空気システム全体に及びます。当社は、完全な設計文書付きの空気受容器、圧力露点が-70℃に達する再生式または圧縮熱式乾燥剤ドライヤー、差圧監視機能を備えた自動プレフィルターおよびアフターフィルターアセンブリ、校正文書付きのシステム圧力制御および安全弁アレイ、原子力安全カテゴリーI&C調達に必要なSIL評価文書付きのPLCベースの制御盤など、原子力計装空気パッケージ一式を設計・供給しています。カスタム原子力計装空気パッケージのすべての要素は、お客様固有のプロセス要件、空間的制約、および原子力安全分類に基づいて、第一原理から設計されます。原子力契約には既製品の妥協は一切適用されず、標準製品からの設計変更はすべて、製造開始前に文書化された技術的正当性を必要とします。

よくある質問

原子力調達エンジニア、計装制御設計者、プラント管理者の方々から、原子力用途向けオイルフリースクリュー式空気圧縮機について最もよく寄せられる質問への回答です。

原子力グレードのオイルフリーコンプレッサーの仕様を決定する準備はできていますか？

Ever Powerの原子力アプリケーションチームは、実現可能性調査からプラントの試運転まで、計装空気システムの設計をサポートします。英国のAGR寿命延長プログラム、新しいEPR建設プロジェクト、あるいは新興のSMR開発など、どのようなプロジェクトであっても、お客様の調達プログラムに必要な高度な技術力と質の高い文書作成能力を備えています。

お見積もりをご希望の場合は、当社の原子力チームまでお問い合わせください。

📧 [email protected] · イングランド、スコットランド、ウェールズ全域のヒンクリーポイントC、サイズウェルC、NDAサイト、SMRプロジェクトに対応