原子力発電所計装用空気供給のためのオイルフリースクリュー式空気圧縮機 ― 安全性が極めて重要な空気圧システムにとって唯一安全な選択肢

原子力発電所技術・英国認定ソリューション・IAEA認定

原子力発電所計装用空気供給のためのオイルフリースクリュー式空気圧縮機 ― 安全性が極めて重要な空気圧システムにとって唯一安全な選択肢

格納容器隔離弁から緊急炉心冷却アクチュエータまで、原子力安全システムには、実証済みかつ本質的にオイルフリーの圧縮空気が必要です。ここでは、計装用空気用途に適したオイルフリースクリュー式空気圧縮機の選定、調達、運用に関して、英国の原子力産業が知っておくべきすべての情報をご紹介します。

現代の原子力発電所、例えばサマセット州のヒンクリー・ポイントC、福建省の華龍一号、あるいは米国ジョージア州のウェスチングハウスAP1000など、どこに入っても、オイルフリースクリュー式空気圧縮機の一定の唸り音が、運転の基本音の一部となっている。それは単なる背景雑音ではない。それは、プラント内のすべての空気圧作動式安全弁、すべての格納容器隔離制御ループ、そしてすべての緊急減圧機構の心臓部なのだ。汚染された計装空気は、国際原子力機関（IAEA）と世界原子力事業者協会（WANO）が発表した運転経験レビューにおいて、過渡現象時の安全弁故障の根本原因として特定されている。こうした記録された歴史こそが、世界中のプラント設計者、原子力安全技術者、規制当局が、原子力安全等級の計装空気システムにおいて、オイルフリースクリュー式空気圧縮機を唯一許容される技術として標準化した理由なのである。この指定は単なる商業的な好みではなく、物理学、放射線安全の論理、そして確かな運転データに裏付けられた、工学的な必然性なのである。このガイドは、英国の原子力発電所の運転員、計装技術者、プラント技術者、調達管理者向けに書かれたもので、これらの機械が実際にどのような働きをするのか、なぜほとんどの製造現場に設置されている標準的な産業用コンプレッサーと根本的に異なるのか、そして原子力安全関連の用途に適したコンプレッサーを正しく選定する方法を理解する必要がある人々を対象としています。

Ever Powerでは、エンジニアリングチームが18年以上にわたり、ヨーロッパ、アジア、中東の発電業界に圧縮空気システムを供給してきました。原子力計装用空気は、当社が取り扱うアプリケーションカテゴリーの中で最も要求水準が高く、材料工学、品質保証インフラ、規制適合性文書に最も力を入れている分野です。新設の原子力発電所における計装用空気システムの試運転、既存のAGR発電所における老朽化した往復式油潤滑コンプレッサーの交換、福島第一原発事故後の炉心強化アップグレードプログラムのサポートなど、どのような場合でも、この記事で紹介する技術的枠組みは、情報に基づいた調達決定の基盤となります。

Ever Power社製原子力グレードオイルフリースクリュー式空気圧縮機 — IAEA GS-R-3準拠品質保証 · ISO 8573-1クラス0 · IEEE 344耐震認定 · 英国原子力発電所承認済み

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原子力計測用空気には、本質的にオイルフリーの圧縮空気源が必要とされる理由

標準的な工業用圧縮空気は、高効率の凝集ろ過装置を通した場合でも、原子力発電所の安全クラスの計装空気システム内では到底許容できない残留油分濃度を含んでいます。ISO 8573-1 クラス 0 認証は、達成可能な最高純度等級であり、あらゆる相で検出可能な油分がゼロであることを意味します。つまり、エアロゾル、蒸気、液体の持ち越しが一切ありません。オイルフリーのスクリュー式空気圧縮機は、潤滑油がそもそも圧縮室に入らないという根本的な設計により、この状態を実現しています。エアエンドのローターは、先端クリアランス公差が 50 マイクロメートル未満で製造され、材料マトリックス自体から固有の潤滑を提供する PTFE ベースのポリマー化合物でコーティングされています。ローターの回転を同期させるタイミングギアは、空気経路から物理的に隔離された完全に密閉されたギアボックス内で潤滑されます。これは、オイル注入式圧縮機に対するろ過の利点ではなく、工学上の明確な違いです。下流のろ過が失敗する可能性があります。オイルフリー圧縮の原理では、定義上、油で汚染された空気は発生しない。そして、このことが、設計審査の際に原子力安全技術者と規制当局の検査官の両方を納得させる論拠となっている。

原子力安全計装システムは、フェイルセーフ原理に基づいて動作するように設計されています。すべての電磁弁式格納容器隔離弁、すべての空気圧作動式緊急給水制御装置、およびすべての減圧リリーフポジショナーは、設計基準事故シナリオにおいても継続的かつ確実に供給される、安定した圧力（通常0.6～0.8MPa）に維持された、清浄で乾燥したオイルフリーの圧縮空気供給源を利用します。オイルの劣化により弁のエラストマーシートが膨張して固着した場合、格納容器隔離弁は保護動作要求信号に応答して閉じない可能性があります。IAEAイベントスケールおよび英国ONRの報告要件の下では、これは重大な事象であり、規制、財務、および評判への影響は、低グレードのコンプレッサーを指定することによる設備投資コストの削減をはるかに上回ります。原子力規制局の安全評価原則では、原子力安全機能を果たす計装空気システムは、多重防護の原則に基づいて設計されなければならないと規定されている。つまり、それぞれが独立して全負荷を維持できる複数の独立した圧縮空気系統が、発電所の認可された運転期間全体にわたって劣化することなく維持されなければならない。ヒンクリー・ポイントCのような新規建設施設の場合、その運転期間は60年である。

耐震性に関する要件は、原子力関連の調達を他の圧縮空気用途と区別する、さらなる複雑さを加える要素です。原子力安全関連の機械設備は、設計基準地震発生後も機能を維持するか、または規定期間内に機能状態に回復することが認定されなければなりません。これには、三軸振動台設備での完全な認定試験が必要であり、プラント固有の要求応答スペクトルの下でコンプレッサーが動作する能力を示す試験報告書が作成されます。Ever Power社の原子力グレードのオイルフリースクリュー式空気圧縮機は、IEEE 344の耐震性要件を満たすように設計および試験されており、試験前のベースライン、試験中の運転記録、試験後の検査報告書を含む完全な試験文書が、標準的な原子力QAパッケージの一部として提供されます。

原子力グレードのオイルフリースクリュー技術が持つ6つの工学的利点

すべての仕様項目が存在するのは、その背後に原子力事故の結果が存在するからである。

圧縮原理、材料科学、および原子力グレード構造

ツインスクリューコンプレッサーの動作原理は、機械工学においてよく知られています。互いに噛み合う2つのらせん状ローター（オス型とメス型）が、精密加工されたケーシング内で回転します。外気は吸入側から流入し、ローターのローブとボア壁の間に閉じ込められ、吐出側に向かってポケット容積が減少するにつれて徐々に圧縮されます。従来のオイル注入式コンプレッサーでは、ローター先端とケーシング間の隙間を密閉し、圧縮熱を吸収するために、圧縮室にオイルが注入されます。オイルフリーのスクリュー式空気圧縮機では、この隙間は、通常、全動作温度範囲で50マイクロメートル以下の極めて厳しい製造公差によって完全に制御されなければなりません。また、ローターの形状は、通常の動作中に機械的な接触がなく、したがって境界潤滑が不要となるように設計されています。ローターは、空気経路とは一切接触しない、完全に密閉されたギアボックスに収められた外部タイミングギアによって同期して回転します。潤滑機能と圧縮機能を構造的に分離したこの設計は、ISO 8573-1クラス0の性能を後処理に依存するのではなく、本来的に実現するための基礎的な設計上の特徴である。

原子力用途では、圧縮回路全体の材料選定は、一般的な商業慣行とは大きく異なります。接液面（ケーシングボア、ロータープロファイルコーティング、インタークーラーチューブ、アフタークーラーシェル、水分分離器内部）は、ASTM A182グレードF316Lのオーステナイト系ステンレス鋼、またはスキッド設計上の制約として軽量化が求められる低圧部には硬質陽極酸化処理された航空宇宙グレードのアルミニウム合金が指定されています。エラストマー部品（シャフトシール、フレキシブルカップリング、計装接続部）は、プラントの安全分析報告書で定義された特定の放射線量環境に適合するEPDMまたはPTFEコンパウンドが指定されており、放射線量適合性記録はEN 61000またはIEEE 323に準拠して提供されます。アセンブリ全体は、空気中に繊維状または粒子状の破片を放出することなく動作するように設計されており、計装空気圧縮機室の放射線学的清浄度を維持し、下流の空気処理トレインを設計基準を超える粒子負荷から保護します。

原子力用途における圧縮熱の冷却は、通常、2段階インタークーラー設計によって実現されます。水冷式シェルアンドチューブ熱交換器は、周囲温度条件への依存を排除​​できるため、原子力施設で好ましい構成です。これは、計装空気圧縮機室のHVAC自体が安全クラスの温度制御制約を受ける場合に重要です。下流の空気処理トレイン（プレフィルター、冷凍式または乾燥剤式ドライヤー、アフターフィルター、ステンレス鋼製受容器を含む）は、スキッドアセンブリに一体化されており、ISO 8573-1クラス1の水分仕様を満たす-40℃以上の圧力露点を達成するように設計されています。計装空気配管が屋外露出部を通過する用途（地上配管が建物の伸縮継手を横切る英国の一部の原子力施設に該当）では、同じスキッドパッケージに統合されたツインタワー加熱再生式乾燥剤ドライヤー技術を使用して、-70℃のPDP仕様を達成できます。

技術性能パラメータ — 原子力グレードオイルフリースクリュー式空気圧縮機

すべての性能データは、ISO 1217附属書Cの基準条件（20℃、1気圧、相対湿度0%）で測定されています。カスタム構成は、プロジェクト固有の要件に合わせて設計され、個別に見積もりされます。

原子力発電所内でオイルフリースクリュー式空気圧縮機が必要とされる場所

「計装空気」という用語は、原子力発電所のあらゆる機能領域に分散配置された、非常に広範囲にわたる空気圧作動システムを網羅しています。各用途によって、圧力、流量、露点、汚染制御に関する要件は若干異なりますが、上流側の圧縮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使用するという、譲ることのできない要件は共通しています。以下に説明する5つの主要な計装空気消費機器は、一般的な加圧水型原子炉または先進ガス冷却原子炉における計装空気需要の大部分を占めており、それぞれが、原子力発電所の仕様を正当化する、空気品質の不備による具体的な影響を示しています。

英国における原子力発電所向け圧縮空気の調達：事業者とプロジェクトチームが知っておくべきこと

英国は現在、認可を受けた9つの原子力発電所を運営しており、国内の電力の約15%を供給している。ハートリプール、ヘイシャム1、ヘイシャム2、ダンジネスB、ヒンクリーポイントB、トーネスにある先進ガス冷却炉群は、ONRと連携した寿命延長および安全システムアップグレードプログラムを通じて管理されている。これらの稼働中の発電所に加え、サイズウェルB加圧水型原子炉（PWR）は英国で最も新しい稼働中の原子力発電所であり、EDF主導のヒンクリーポイントCプロジェクト（サマセット州）は、30年以上ぶりの英国における新規原子力発電所建設プロジェクトとして、現在建設が進められている。サフォーク州のサイズウェルCプロジェクトは規制当局の承認手続きを進めており、グレートブリティッシュニュークリアSMRプログラムでは、2030年代にロールスロイスSMR技術を導入する可能性のある英国の複数の候補地を評価している。

これらのプロジェクトはそれぞれ、オイルフリースクリュー式空気圧縮機の調達要件が異なります。稼働中のAGR（加速器型ガス再ガス化炉）の場合、優先されるのは通常、安全関連システムの老朽化した往復式オイル潤滑ユニットを同等品に交換することです。調達チームは、既存のシステム性能に匹敵し、商用品を原子力安全関連品に変換するための完全な商用グレード指定（CGD）文書を提供し、計画停止期間（通常は4～8週間の燃料交換およびメンテナンス停止期間）内に納入できるサプライヤーを必要としています。ヒンクリーポイントCの場合、EPR（電気機械比）設計では、汎用設計評価（GDA）で承認された設計基準を通じて満たさなければならない計装空気システムの性能要件が規定されており、調達はEDFエナジーの原子力サプライチェーン資格認定フレームワークによって管理されます。将来のSMR（小型モジュール炉）プロジェクトの場合、計装空気圧縮機の仕様は技術ベンダーの設計認証プロセスを通じて開発中ですが、クラス0のオイルフリー圧縮空気の基本的な要件は、ライセンス取得前の安全ケースですでに確立されています。

Ever Powerは、既存の稼働中の原子力発電所と新規建設計画の両方に対応するため、英国独自の原子力サプライチェーンインフラを構築しました。当社のフィールドサービスチームは、イングランド南西部（ヒンクリーポイントから1時間以内）とミッドランズに拠点を置くエンジニアで構成されており、ハートリプールとヘイシャムの原子力発電所への迅速な対応能力を提供しています。英国に拠点を置く当社の原子力サービスエンジニアは全員、原子力発電所への立ち入りに必要なセキュリティチェック（SC）の資格を有し、原子力技能グループ（NSG）の最新の能力記録を保持しています。ミッドランズの物流拠点に保管されている英国保税のスペアパーツ在庫は、英国の原子力発電所への翌日配送に対応するすべての重要なエアエンドコンポーネントを網羅しており、稼働中の発電所向けに緊急時の時間外呼び出しサービスも提供しています。

運用実績：顧客満足度

Ever Power社のオイルフリースクリュー式空気圧縮機を採用した原子力発電所事業者による、実際の実績。

特注設計の原子力計装用エアパッケージ：エバーパワー社の製造・設計能力

原子力供給市場におけるEver Powerの最も重要な差別化要因の一つは、真のカスタムエンジニアリング能力です。当社は、標準的な市販コンプレッサーに原子力関連の文書を単に貼り付けるだけではありません。当社の製造施設では、原子力関連のすべての製造工程が市販の生産ラインから物理的に隔離された専用の原子力生産ベイを運営しています。この隔離は、原材料の受入検査から始まり、生産現場に引き渡される前にすべての原子力グレード材料がミル証明書と照合して独立して検証される段階、そして関連する原子力溶接および組立手順の資格を持つ技術者によって原子力部品が組み立てられる最終組立および試験に至るまで続きます。原子力生産ベイは、IAEA GS-R-3に準拠した独立した監査済みの品質管理システムの下で運営され、ロイズ・レジスター、ビューローベリタス、または顧客自身の原子力品質保証チームからの独立した原子力検査官によって定期的に立ち会われます。すべての生産工程は文書化され、すべての測定値が記録され、すべての不適合は、次の段階に進む前に、当社の原子力是正措置プログラムを通じて正式に処理されます。

当社の製品カスタマイズ機能は、原子力計装用エアスキッドパッケージの全範囲を網羅しています。吐出圧力は0.5MPaから1.3MPaまでの任意の値に設定でき、プロジェクト固有の安全解析要件に合わせて冗長構成を構成し、選択された乾燥機技術（冷凍式、無熱再生式、加熱再生式）を共通のベースフレームアセンブリに統合します。スキッドの設置面積は既存のものに適合するように設計されています。 コンプレッサー 建物の変更が不可能な部屋のレイアウトについては、耐震アンカー設計に関するユーロコード規格に準拠した構造計算を提供します。制御盤のアーキテクチャは、Siemens S7 または TIA Portal、ABB 800xA、Schneider EcoStruxure、または Yokogawa CENTUM プラットフォームとインターフェースするように構成するか、スタンドアロンの自己完結型 PLC パッケージとして動作するように構成します。SIL 要件に分類される制御機能については、IEC 61508 に準拠した制御ロジックを設計および文書化し、プロジェクトの安全ケースで要求される SIL 評価および検証の証拠を提供します。英国の保税在庫と在庫のない品目に対する明確なリードタイムを備えた保証されたスペアパーツ供給プログラムによって裏付けられた、当社の 40 年間のライフサイクル サポートへの取り組みは、原子力調達チームが他のすべての要素よりも優先する正当な長期運用信頼性要件に対応します。

よくある質問

英国の原子力技術者、調達管理者、およびプラントオペレーターから、原子力計装用空気用途向けの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。

原子力計測用空気圧縮機システムの仕様を決定する準備はできましたか？

当社の原子力エンジニアリングチームは、お客様の仕様書を確認し、技術的なご質問にお答えし、プロジェクト固有の詳細な見積もりを作成する準備ができています。Ever Powerにおける原子力計装空気プロジェクトはすべて、営業トークではなく、エンジニアリングに関する対話から始まります。

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