650MW壓水堆核電機(jī)組濃縮液貯槽溫度監(jiān)控優(yōu)化

李福才

（中核核電運行管理有限公司 維修三處，浙江 嘉興 314300）

0 引言

秦二廠1、2號機(jī)固體廢物處理系統(tǒng)的濃縮液貯罐上安裝有2個溫度開關(guān)和1支溫度計：2個溫度開關(guān)分別用于啟停2臺電加熱器將濃縮液溫度控制在一定范圍；溫度計用于對內(nèi)部濃縮液溫度進(jìn)行數(shù)值顯示并觸發(fā)低溫報警，以便于運行人員進(jìn)行監(jiān)視。由于此溫度開關(guān)的安裝方式和位置等原因，檢修所需的工期長，影響了設(shè)備的正常使用。為了解決此問題，將這2個溫度開關(guān)變更為可靠性更高的鉑電阻溫度計，優(yōu)化了濃縮液的溫度控制方式。而此用于監(jiān)視濃縮液溫度的溫度計安裝在罐頂部，其從罐頂插入至罐中。將2個溫度開關(guān)改為2個溫度計后，理論上來講3個溫度計的被測介質(zhì)相同，測量結(jié)果應(yīng)是一致的。但實際上由于這支用于數(shù)值顯示的溫度計和2個用于溫度控制的溫度計的測點高度不同，導(dǎo)致濃縮液液位低于某一高度時用于數(shù)值顯示的溫度計測得結(jié)果會偏低，產(chǎn)生溫度低報警。通過對各種解決方法進(jìn)行比較，最終確定采取修改定值的方法來避免此誤報警的產(chǎn)生。

1 9TES001BA簡介

650MW核電機(jī)組的三廢系統(tǒng)包含TEG（廢氣處理系統(tǒng)）、TEP（硼回收系統(tǒng)）、TEU（廢液處理系統(tǒng)）、TES（固體廢物處理系統(tǒng)），由KSN（核輔助廠房三廢處理控制系統(tǒng)）進(jìn)行集中控制和監(jiān)視。TES001BA為固體廢物處理系統(tǒng)的濃縮液貯罐，其可以接收來自廢液處理系統(tǒng)和硼回收系統(tǒng)排放來的濃縮液，也可以接收SRE（核島污水回收系統(tǒng)）過來的化學(xué)廢水。由于濃縮液中溶解的物質(zhì)在低于某一溫度時會產(chǎn)生結(jié)晶造成設(shè)備堵塞，所以貯槽TES001BA和相關(guān)的管道設(shè)有保溫層和加熱裝置[1]。根據(jù)輻射水平和污染風(fēng)險的高低，核電廠將廠房劃分為紅、橙、黃、綠4個區(qū)域，其中紅區(qū)的輻射水平和污染風(fēng)險最高。秦二廠1、2號機(jī)為兩臺650MW核電機(jī)組，其濃縮液貯槽9TES001BA位于紅區(qū)。貯槽上裝有兩臺獨立的電加熱器1TES001RS和2TES002RS進(jìn)行加熱，這兩臺電加熱器都有手動和自動兩種控制方式。在手動控制模式下，通過控制室的啟動和停止按鈕可以直接控制電加熱器啟停；在自動模式下分別由一個溫度開關(guān)控制啟停。其中1TES001RS的啟停由溫度開關(guān)1TES002ST控制，控制功能由1KSN系統(tǒng)的控制PLC實現(xiàn)；2TES002RS的啟停由溫度開關(guān)2TES003ST控制，控制功能由2KSN系統(tǒng)的控制PLC實現(xiàn)。另外9TES001BA上還安裝了鉑電阻溫度計9TES001MT對罐內(nèi)溫度進(jìn)行監(jiān)視，此溫度信號的采集和轉(zhuǎn)換功能由9TES系統(tǒng)的控制PLC實現(xiàn)。

2 9TES001BA溫度控制優(yōu)化

2.1 將溫度開關(guān)改為溫度計的原因

2.1.1 電加熱器的自動控制方式

1KSN系統(tǒng)有1KSNA00AR和1KSNB00AR兩個控制柜，內(nèi)部均安裝有PLC。溫度開關(guān)1TES002ST的信號接至1KSNB00AR中，經(jīng)PLC處理后輸出命令控制柜內(nèi)的繼電器動作，最終由繼電器輸出電壓信號控制1TES001RS啟停。1TES002ST的設(shè)定值為L：55℃，切換差5℃。當(dāng)1TES001RS處于自動控制狀態(tài)且9TES001BA內(nèi)溫度低于55℃時，1TES002ST動作并將信號送入1KSN系統(tǒng)的PLC中，PLC輸出1TES001RS的啟動命令。當(dāng)9TES001BA內(nèi)溫度上升至60℃（55℃+5℃）時，1TES002ST狀態(tài)復(fù)位，PLC輸出1TES001RS停命令。

2KSN系統(tǒng)有2KSNC00AR和2KSND00AR兩個控制柜，內(nèi)部同樣均安裝有PLC。溫度開關(guān)2TES003ST的信號接至2KSND00AR內(nèi)的PLC上，最終輸出信號控制2TES002RS啟停。2TES003ST的設(shè)定值為L：50℃，切換差5℃。2TES002RS的自動控制方式與1TES001RS相同。

2.1.2 溫度開關(guān)問題

1TES001ST和2SIT002ST為相同型號的溫度開關(guān)，該溫度開關(guān)主要由溫包、毛細(xì)管和開關(guān)元件3部分構(gòu)成。溫包安裝于9TES001BA罐體上，位于紅區(qū)ND404房間，開關(guān)元件安裝在黃區(qū)ND403房間。ND404和ND403兩個房間由一道墻壁隔開，且墻壁上有一孔洞貫穿。溫度開關(guān)的毛細(xì)管穿過此孔洞，以使溫包安裝在紅區(qū)，開關(guān)元件安裝在黃區(qū)。由于該溫度開關(guān)拆裝麻煩且紅區(qū)輻射劑量高，所以其不便于用加熱裝置進(jìn)行離線校驗，只能在線校驗。而在線校驗時，只能以溫度計9TES001MT做為參考，根據(jù)溫度計的測量值對溫度開關(guān)的定值及切換差進(jìn)行調(diào)整。由于9TES001BA中的濃縮液介質(zhì)升、降溫度過程很慢，所以檢修一次的工作時間通常需要一周左右[2]。秦二廠1、2號機(jī)組三廢系統(tǒng)在以往運行期間1TES002ST和2TES003ST曾多次出現(xiàn)定值漂移導(dǎo)致9TES001BA內(nèi)的電加熱器無法自動啟動的故障，這嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常使用。

2.1.3 使用溫度計的優(yōu)點

1）可靠

鉑電阻溫度計是利用其電阻與溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器。由于鉑的特性穩(wěn)定，不會因高低溫而引起物理或化學(xué)變化，所以鉑電阻溫度計有良好的長期穩(wěn)定性，性能相對可靠。將溫度開關(guān)改為鉑電阻溫度計可以降低儀表故障率，減少現(xiàn)場檢修工作量。

2）控制準(zhǔn)確

溫度開關(guān)1TES002ST和2TES003ST的開關(guān)元件部分是純機(jī)械式結(jié)構(gòu)，開關(guān)動作和復(fù)位時都會存在重復(fù)性誤差，即每次動作時對應(yīng)的溫度值會略有不同，每次復(fù)位時也是如此。而鉑電阻溫度計以模擬量信號形式連接至PLC，在PLC中通過編程的形式既可以精確地設(shè)置信號觸發(fā)的定值，又可以精確地設(shè)置信號復(fù)位的定值，相比于溫度開關(guān)來講控制更加準(zhǔn)確。

3）雙支溫度計有備用支

如使用雙支的鉑電阻溫度計，則在后續(xù)運行過程中即便正常使用的一支溫度計損壞了，還可以用另外備用的一支。這樣既可以減少檢修人員進(jìn)入高輻射區(qū)域更換溫度計的次數(shù)，避免檢修人員多接受到放射性照射劑量，又可以快速解決現(xiàn)場缺陷，使設(shè)備盡快地處于可用狀態(tài)。

4）可參照對比

將兩溫度開關(guān)改為溫度計后，9TES001BA罐體上就共有3個溫度計，且其中2個溫度計為雙支。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個溫度值出現(xiàn)異常時，可對這些溫度計的測量值進(jìn)行相互參照對比，這樣便于故障判斷。

2.2 溫度開關(guān)改為溫度計的實施

2.2.1 硬件變更

將溫度開關(guān)1TES002ST和2TES003ST分別改為鉑電阻溫度計1TES002MT和2TES003MT的實施方法如下：

1）安裝溫度計

首先，在ND404房間內(nèi)拆下9TES001BA上溫度開關(guān)1TES002ST和2TES003ST的溫包[2],保留其安裝在9TES001BA上的外保護(hù)套管；然后，整體拆除1TES002ST和2TES003ST（包括溫包、毛細(xì)管、開關(guān)元件）及其相關(guān)接線；最后，在兩個原溫度開關(guān)的套管內(nèi)分別安裝1個雙支鉑電阻溫度計1TES002MT和2TES003MT，即將溫度開關(guān)ST替換為溫度計MT。

2）安裝接線箱

首先，提前準(zhǔn)備1個接線箱9TES900CR，此接線箱中配有足夠數(shù)量的接線端子以滿足兩個雙支溫度計的接線要求。根據(jù)現(xiàn)場實際空間情況，在ND403房間內(nèi)原溫度開關(guān)元件的安裝位置附近選擇合適位置安裝此接線箱。鋪設(shè)兩根電纜，分別將1TES002MT和2TES003MT的信號引入9TES900CR[3]。原溫度開關(guān)的溫包和開關(guān)元件在不同房間，所以溫度開關(guān)的毛細(xì)管是穿墻安裝的。此溫度開關(guān)整體拆除后，利用原毛細(xì)管的穿墻孔將這兩根新電纜進(jìn)行穿墻敷設(shè)。

3）熱電阻輸入信號PLC模塊安裝

原1TES002ST的開關(guān)量信號接至1KSN系統(tǒng)的PLC控制柜1KSNB00AR中，2TES003ST的開關(guān)量信號接至2KSN系統(tǒng)的PLC控制柜2KSND00AR中。在1KSNB00AR中PLC機(jī)架空槽位上新增加1塊熱電阻輸入信號模塊B02ARI[3]，敷設(shè)1根測量電纜將9TES900CR中的1TES002MT信號接至這個新增熱電阻輸入模塊對應(yīng)的接線端子上。秦二廠1、2號機(jī)組KSN系統(tǒng)使用施耐德昆騰系列PLC[4]，此PLC的I/O模塊支持帶電插拔，所以安裝新熱電阻輸入模塊時無需對系統(tǒng)停電。同樣在2KSND00AR中，PLC機(jī)架空槽位上新增加1塊熱電阻輸入信號模塊D02ARI，再敷設(shè)1根測量電纜將9TES900CR中的2TES003MT信號接至這個熱電阻輸入模塊對應(yīng)的接線端子上。

2.2.2 PLC程序修改

1）1TES002ST改為1TES002MT

首先，在1KSN系統(tǒng)的PLC程序中修改組態(tài)，增加熱電阻信號輸入模塊（AIR模塊），并配制該模塊通道的PLC地址范圍；然后，確定MT信號使用的PLC地址并編寫程序，在程序內(nèi)部將熱電阻輸入信號轉(zhuǎn)化成一個可以在55℃置位為1、60℃復(fù)位為0的開關(guān)量信號作為中間變量，用這個轉(zhuǎn)化后的中間變量地址替換程序中原溫度開關(guān)的地址；最后，保存程序，為避免就地系統(tǒng)設(shè)備誤動作對工藝系統(tǒng)運行產(chǎn)生影響，所以在工藝系統(tǒng)停運時將程序下載至PLC中。

2）2TES003ST改為2TES003MT

2TES003MT的相關(guān)邏輯程序在2KSN系統(tǒng)的PLC中進(jìn)行修改。在程序內(nèi)部將此熱電阻輸入信號轉(zhuǎn)化成一個可以在50℃置位為1、55℃復(fù)位為0的開關(guān)量信號作為中間變量。其他部分的修改方法與1TES002MT的相同。

3 9TES001BA溫度報警定值優(yōu)化

3.1 溫度報警問題

溫度計9TES001MT從9TES001BA罐頂部下插至罐體中，其信號送入9TES系統(tǒng)的PLC中進(jìn)行處理。當(dāng)溫度計測得溫度低于55℃時PLC觸發(fā)溫度低報警信號，溫度恢復(fù)至55.5℃時復(fù)位報警信號[5,6]。秦二廠1、2號機(jī)組三廢系統(tǒng)日常運行期間，發(fā)現(xiàn)當(dāng)9TES001BA液位高1m左右時，9TES001MT的溫度低報警信號已觸發(fā)，但要求低于55℃需自動投運的電加熱器1TES001RS卻未啟動。

3.2 原因分析

現(xiàn)場檢查9TES001MT、1TES002MT溫度計本體和信號通道均正常，1TES001RS的啟停控制功能也正常。在對設(shè)備的運行情況進(jìn)行持續(xù)觀察中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)9TES001BA中液位為0.69m時，9TES001MT測量值為56℃，而1TES002MT和2TES003MT的測量分別為60.3℃和60℃，與9TES001MT的測量值偏差約為4℃；當(dāng)液位為1m左 右 時，1TES002MT和2TES003MT與9TES001MT的測量值偏差約為2℃；對9TES001BA內(nèi)的濃縮液進(jìn)行放料處理液位下降后，1TES002MT和2TES003MT與9TES001MT的測量值偏差又會增大到4℃左右。以此看來，此溫度測量偏差與9TES001BA中的液位是有關(guān)系的。

查閱濃縮液貯槽9TES001BA總圖：9TES001MT安裝孔位置距罐底高約3000mm；1TES002MT和2TES003MT距罐底的安裝高度為735mm[7-10]。對9TES001MT尺寸進(jìn)行測量，得知其插入深度約為1800mm。經(jīng)參考圖紙中的各個尺寸進(jìn)行初略計算，9TES001MT與1TES002MT（2TES003MT）測點間相距約400mm，溫度計測點高度不同。

當(dāng)罐子中液位高度在9TES001MT和1TES002MT兩個溫度計之間時，這兩個溫度計的測量值就會存在偏差。此時9TES001MT的測點在液面以上，其測得的溫度為罐內(nèi)空氣溫度；1TES002MT的測點在液面以下，其測得的溫度為濃縮液溫度。因為空氣與濃縮液的熱導(dǎo)不同，所以9TES001MT測得的溫度會低于1TES002MT測得的溫度。所以會出現(xiàn)9TES001MT已觸發(fā)溫度低報警，但1TES002MT的測量值未達(dá)到加熱器1TES001RS啟動的溫度定值，導(dǎo)致報警長時間存在的現(xiàn)象。經(jīng)觀察1TES002MT和2TES003MT指示基本一致（兩支溫度計安裝在同一水平高度），在9TES001BA液位變化時9TES001MT比1TES002MT（2TES003MT）最多低4.5℃左右。

3.3 解決方法

3.3.1 解決思路及可行性分析

根據(jù)上述測量偏差的分析結(jié)果，避免9TES001MT出現(xiàn)誤報問題有以下幾種方法：

1）保持9TES001BA液位處于可接觸9TES001MT的高度

因為9TES001MT的測點位置高于1TES002MT和2TES003MT，所以當(dāng)罐內(nèi)液位接觸至9TES001MT時，3個溫度計均會浸入濃縮液中，不會因被測介質(zhì)不同而產(chǎn)生測量偏差。如運行期間將液位保持在此高度以上，則可避免出現(xiàn)溫度低的誤報警。但是實際現(xiàn)場情況是9TES001BA接收到一定量濃縮液時需要對其進(jìn)行排料處理，為使其下次可以接收盡量多的濃縮液，排料后的液位會盡可能的低。所以，無法確保9TES001BA的液位是一直滿足此高度要求的。

2）將9TES001MT更換為更長尺寸的溫度計

9TES001MT帶有外保護(hù)套管，該套管從9TES001BA頂部插入內(nèi)部并焊接安裝在罐體上。保護(hù)套管接觸9TES001BA內(nèi)帶有放射性的濃縮液，保護(hù)溫度計的同時又避免了溫度計被放射性介質(zhì)沾污。保護(hù)套管的長度限制了溫度計長度，如更換更長的溫度計則需將保護(hù)套管一同進(jìn)行更換。所以如要更換長尺寸的溫度計則需采取切割、焊接的工藝手段進(jìn)行拆裝保護(hù)套管，這樣工作人員就會無法避免地接觸放射性介質(zhì)，同時也需要耗費較長時間在高輻射區(qū)域工作，增大了工作人員的輻射沾污風(fēng)險，也導(dǎo)致受照射劑量的增加。

3）使用1TES002MT或2TES003MT代替9TES001 MT產(chǎn)生報警

1KSN、2KSN和9TES系統(tǒng)的控制PLC均屬于核輔助廠房三廢處理控制系統(tǒng)（KSN）的PLC子站，所以這3個系統(tǒng)的PLC在同一網(wǎng)絡(luò)中可以以通訊的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。將1KSN或2KSN系統(tǒng)采集到的1TES002MT信號或2TES003MT信號傳遞到9TES系統(tǒng)的控制PLC中，然后修改9TES系統(tǒng)的PLC程序，用此信號地址替換9TES001MT的信號地址，即可實現(xiàn)用1TES002MT或2TES003MT代替9TES001MT產(chǎn)生低溫報警的功能。但按此方法實施后控制和報警功能會集于同一個溫度計上，這樣就降低了原設(shè)計的設(shè)備冗余程度。

4）修改9TES001MT的報警定值

在9TES系統(tǒng)控制PLC的程序中，9TES001MT的低溫報警設(shè)定值為55℃。由于在歷次檢修時進(jìn)行過查看對比，9TES001MT測得的溫度比1TES002MT（2TES003MT）測得的溫度最多低4.5℃左右，所以如將9TES001MT的低報值降低5℃（把4.5℃近似等于5℃）則其在此情況下就不會產(chǎn)生誤報警。另外9TES001BA內(nèi)濃縮液的溫度為50℃（55℃-5℃）時不會產(chǎn)生結(jié)晶，所以將9TES001MT的低溫報警定值降低5℃既可以消除異常報警，又對系統(tǒng)運行沒有負(fù)面影響。即可將9TES001MT的報警定值由55℃改為50℃，同時將其消報值由55.5℃改為50.5℃。

綜上可看出，優(yōu)化9TES001MT的報警定值是最可行而又有效的方法。

3.3.2 報警定值修改方法

在9TES系統(tǒng)的PLC程序中通過信號地址分別搜尋到9TES001MT觸發(fā)低溫報警和消報的程序段，將此程序中的報警觸發(fā)定值由55℃改為50℃，同時將報警復(fù)位定值由55.5℃改為50.5℃即可。

4 結(jié)束語

將1TES002ST和2TES003ST分別改為1TES002MT和2TES003MT，使電加熱器的控制更為可靠，省去了校驗溫度開關(guān)工作的同時也使溫度控制更為準(zhǔn)確，最終確保了9TES001BA中的放射性濃縮液不會因溫度低而產(chǎn)生結(jié)晶。優(yōu)化9TES001MT的低溫報警設(shè)定值后，消除了控制系統(tǒng)誤報9TES001BA溫度低報警的故障。兩項優(yōu)化工作實施后，有效減少了秦二廠1、2號機(jī)組的缺陷次數(shù)，更確保了9TES001BA中放射性濃縮液的狀態(tài)可以被有效地控制和監(jiān)視。

秦二廠1、2號機(jī)組核輔助廠房三廢處理控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備為PLC，雖然其他650MW壓水堆核電機(jī)組三廢控制系統(tǒng)的硬件與此會有不同，但這種優(yōu)化方式卻依然適用，且也可為其他核電機(jī)組三廢系統(tǒng)濃縮液貯槽溫度監(jiān)控的設(shè)計和優(yōu)化提供參考。同時建議新建機(jī)組在設(shè)計時，將用于數(shù)值顯示（報警）和控制的溫度計測點確定在同一高度，這樣可以從源頭避免產(chǎn)生測量偏差和誤報警的問題。