輔助蒸汽分配系統(tǒng)凝結(jié)水箱排水防虹吸過程設(shè)計及開發(fā)

李天宇，杜鐵楠，孫慶男，張鈺燁

（中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314300）

電廠機組輔助蒸汽分配系統(tǒng)凝結(jié)水箱中的冷凝水通過該系統(tǒng)凝結(jié)水箱泵排至凝汽器，由于凝汽器是負(fù)壓，每次在排水泵自動停運后，受凝汽器中負(fù)壓影響，會出現(xiàn)凝結(jié)水箱中的水液位持續(xù)下降，出現(xiàn)低低液位報警。為消除該缺陷，擬在對凝結(jié)水箱泵出口母管設(shè)置氣動隔離閥，引入控制信號與凝結(jié)水箱泵啟停進行連鎖開關(guān)。本文研究用于控制輔助蒸汽分配系統(tǒng)中冷凝水箱排水的防虹吸改造系統(tǒng)的軟件設(shè)計和開發(fā)。通過實施實時監(jiān)控和集中控制，該工程應(yīng)用軟件旨在滿足生產(chǎn)過程的要求并簡化整個過程。

1 防虹吸的基本原理

虹吸（Siphon）是指利用液面高度差的作用力、液態(tài)分子間引力和重力的作用，將液體充滿一倒U形的管狀結(jié)構(gòu)，使水上升后再流到低處的現(xiàn)象，倒U形的管狀結(jié)構(gòu)一般稱為虹吸管。

在防虹吸設(shè)計方面，有兩種常用的方法：將空氣引入倒U 形管和實施單向擋板以達到隔離目的。前一種方法允許空氣通過小孔進入管子，使壓力大小均衡，從而防止液體向相反方向流動。另一方面，后一種方法依靠單向活門有效地阻止液體的反向流動，從而產(chǎn)生隔離效果。

2 復(fù)雜工業(yè)過程計算機控制技術(shù)選擇

先進的控制工具與現(xiàn)代控制理論的結(jié)合，極大地解決了與高度非線性和強耦合被控對象有關(guān)的控制問題。可編程邏輯控制器（PLC）在很長一段時間內(nèi)一直是工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主流應(yīng)用。集中控制系統(tǒng)通過提供設(shè)備維護功能來增加功能，詳細(xì)分析設(shè)備的熱應(yīng)力和機械故障狀態(tài)，監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，確定設(shè)備是否需要維護。此外，集中控制系統(tǒng)可以與用戶的管理相結(jié)合，參與用戶的全廠信息系統(tǒng)。例如，提供SIS（實時信息監(jiān)控系統(tǒng)）和信息管理系統(tǒng)（MIS），幫助用戶提高管理水平。隨著目前現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)場儀表具有現(xiàn)場總線通信功能的趨勢，DCS 供應(yīng)商已經(jīng)開發(fā)了各種現(xiàn)場總線通信協(xié)議的現(xiàn)場接口。這些接口不僅方便了DCS 和現(xiàn)場儀表之間測量數(shù)據(jù)的傳輸，而且還方便了監(jiān)測儀表狀態(tài)、參數(shù)和管理的大量信息。

3 模擬輔助蒸汽分配系統(tǒng)功能及運行方式

本系統(tǒng)的功能為向各用戶（常規(guī)島系統(tǒng)：在各汽輪機廠房內(nèi)，供給軸封供汽系統(tǒng)（CET）、供給ADG 系統(tǒng)、供給集中采暖加熱站(SES)；核島系統(tǒng)：在汽輪機廠房內(nèi)，供給ASG 的除氣塔；在核輔助廠房內(nèi)，供給ASG 系統(tǒng)汽動泵試驗、供給TEP 和TEU 系統(tǒng)的除氣塔和蒸發(fā)器、供給TES001BA）分配輔助蒸汽以及排出凝結(jié)水。

蒸汽凝結(jié)水流程：只有來自TEP 和TEU 系統(tǒng)的凝結(jié)水經(jīng)SVA 凝結(jié)水系統(tǒng)回收。它們首先回收到平衡箱（凝結(jié)水箱）中，箱中由KRT 系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測其放射性：如有放射性，則排向RPE 系統(tǒng)；否則，通過8SVA001PO 或002PO 排入3/4#常規(guī)島機組的疏水系統(tǒng)。

3.1 正常運行狀態(tài)

機組正常運行時，常規(guī)島用汽由各機組單獨供給，公共系統(tǒng)由其中一臺機組供給，供汽狀態(tài)的改變通過3/4SVA103VV 的開關(guān)來實現(xiàn)；當(dāng)其中一臺機組停運時，兩臺機組各自對應(yīng)的SVA 管網(wǎng)聯(lián)通，由運行的機組供汽；當(dāng)兩臺機組均無法保證SVA 供汽時，通過與機組的SVA聯(lián)通管線，由輔助鍋爐（XCA系統(tǒng)）或機組蒸汽轉(zhuǎn)換器（STR系統(tǒng)）提供輔助蒸汽備用。

3.2 異常時的響應(yīng)

在發(fā)生異常的情況下，需要立即采取的行動取決于8SVA 以前是否由有關(guān)單位提供。如果8SVA 之前不是由異常機組提供的，則不需要立即操作。但是，當(dāng)異常機組的軸封稍后切斷輔助蒸汽時，必須在故障機組的103VV 開啟之前關(guān)閉異常機組的107VV，運行機組的輔助蒸汽供應(yīng)負(fù)荷將增加，故障機組可將軸封切換到輔助蒸汽供應(yīng)。

在8SVA 前由異常機組供汽的情況下，8SVA 的負(fù)荷將在短時間內(nèi)中斷。有必要將負(fù)載切換到運行單元來供汽。必須先關(guān)閉異常機組的107VV，然后再打開正常機組的103VV（異常機組的103VV 事先是打開的）。需要注意的是，切換后運行機組的核電功率有明顯變化。同時，核島輔助蒸汽冷凝液也應(yīng)切換到正常機組。

如果只有一臺機組在運行，而該機組出現(xiàn)故障，則需要從另一臺機組引入輔助蒸汽。8SVA105VV 應(yīng)該被打開，通過提高機組的STR 輸出或啟動電鍋爐向另一臺機組提供輔助蒸汽。其他機組的核島輔助蒸汽冷凝水應(yīng)切換到溝渠中。

4 輔助蒸汽分配系統(tǒng)凝結(jié)水箱排水防虹吸裝置設(shè)置

4.1 工藝系統(tǒng)

為防止停泵后凝結(jié)水箱液位持續(xù)下降，改造方案在泵出口總管上增設(shè)氣動截止閥，閥門與凝結(jié)水箱泵聯(lián)鎖拉制，具體如下：兩臺泵中任意一臺泵啟動信號連鎖控制閥門開啟。系統(tǒng)原有功能不受影響，水箱高液位時，兩臺泵啟動，出口總管上的氣動閥開啟，氣動閥開啟過程中，凝結(jié)水箱泵受泵原有小流量運行回路保護。兩臺泵都停運的信號連鎖控制閥門關(guān)閉。兩臺泵均停運時，氣動閥關(guān)閉，防止形成持續(xù)的虹吸流。

新增閥門還可以在輔助控制室由電廠操縱員控制，并設(shè)置為失效關(guān)，以有效阻斷虹吸流。閥位在輔助控制室顯示羅并設(shè)置閥門狀態(tài)不一致報警，當(dāng)閥位與要求閥位不一致時，在輔助控制室燈光報警，在主控制室SVA綜合報警窗聲光報警，提示操縱員閥門失效。閥體上設(shè)有手輪，需要時操縱員可以就地手動開啟閥門。

4.2 具體實施方式

如圖1 所示，為本實用新型防虹吸隔離裝置4 的實施例提供的結(jié)構(gòu)示意圖，蒸汽分配系統(tǒng)包括：連通的凝結(jié)水箱1 和凝汽器2，凝結(jié)水箱1 與凝汽器2 之間設(shè)置有兩臺凝結(jié)水泵3，防虹吸隔離裝置4 包括：微控制器41 和兩個電磁閥42，微控制器41 分別與每個電磁閥42的信號控制端連接，每個電磁閥42 分別對應(yīng)設(shè)置在每臺凝結(jié)水泵3 的出口總管上，每臺凝結(jié)水泵3 的信號控制端與微控制器41 連接。需要說明的是，電磁閥42 的開啟方式可以根據(jù)實際需求結(jié)合微控制器41 實現(xiàn)設(shè)置，下面給出一種可以實現(xiàn)的示例。

圖1 防虹吸隔離裝置4 的開關(guān)連接關(guān)系示意圖

例如，卡件端口可以分配4 個DI，其中3 個為DO，1 個為AI。凝結(jié)水泵3 的啟、停命令可以由兩個DO控制，閥門的開關(guān)命令可以由一個DO 控制，閥門的開關(guān)反饋可以由兩個DI 控制，泵的啟、停反饋可以由兩個DI 控制，液位變送器輸入可以由一個AI 控制。

優(yōu) 選 地， 可 以 由FBM242 卡 件 提 供DO 輸 出，F(xiàn)BM207C 卡件提供DI 輸入，F(xiàn)BM204 卡件提供AI 輸入，這三個卡件可以通過電路技術(shù)封裝在微控制器41 內(nèi)，微控制器41 內(nèi)的其他部件如數(shù)據(jù)線、外殼等屬于公知技術(shù)。

4.3 具體工作方式

當(dāng)兩臺凝結(jié)水泵3 中任意一臺啟動時，發(fā)出啟動信號，微控制器41 根據(jù)信號聯(lián)鎖控制對應(yīng)電磁閥42 的閥門開啟。然后凝結(jié)水箱1 中的凝結(jié)水通過凝結(jié)水泵3 輸送至凝汽器2。凝結(jié)水泵3 啟停受水箱液位控制，當(dāng)水箱達到標(biāo)高時，凝結(jié)水泵3 停泵。當(dāng)兩臺凝結(jié)水泵3 全部停運時，發(fā)出停運信號，微控制器41 接收到兩臺凝結(jié)水泵3 的停運信號后，信號聯(lián)鎖控制兩個電磁閥42的閥門關(guān)閉。微控制器41 屬于現(xiàn)有控制器，其控制過程屬于簡單的現(xiàn)有技術(shù)，本裝置未對控制器的控制邏輯或結(jié)構(gòu)進行改進。

本實施例提供的防虹吸隔離裝置4，通過在每臺凝結(jié)水泵3 的出口總管上設(shè)置電磁閥42，通過微控制器41 與凝結(jié)水泵3 的信號控制端連接，實現(xiàn)了凝結(jié)水泵3與電磁閥42 的聯(lián)鎖控制，從而當(dāng)凝結(jié)水泵3 停運時，自動關(guān)閉電磁閥42，能夠有效地防止虹吸現(xiàn)象的發(fā)生，已成功地應(yīng)用于輔助蒸汽分配系統(tǒng)，使用效果良好。

可選地，在一些可能的實施方式中，防虹吸隔離裝置4 還包括：轉(zhuǎn)接箱43，微控制器41 通過轉(zhuǎn)接箱43 與每個電磁閥42 連接。

下面結(jié)合圖1，對防虹吸隔離裝置4 可能實現(xiàn)方式進行說明。

在一些可能的實施方式中，防虹吸隔離裝置4 還包括：接線箱限位開關(guān)44，接線箱限位開關(guān)44 與轉(zhuǎn)接箱43 連接。電磁閥42、轉(zhuǎn)接箱43、接線箱限位開關(guān)44 通過電纜線依次連接起來，機柜端公共端和常開觸點接入。電磁閥42、轉(zhuǎn)接箱43、接線箱限位開關(guān)44 等部件可以根據(jù)現(xiàn)場位置和機柜數(shù)量的需求，對其位置和數(shù)量進行調(diào)整。進線中電纜為端子排端接方式，需要為控制電纜留進線開孔，轉(zhuǎn)接箱43 尺寸需滿足進線和出線要求。優(yōu)選地，電纜線可以增加屏蔽電纜接地，進線和出線的電纜屏蔽層應(yīng)同時連接到其內(nèi)的接地銅排上，轉(zhuǎn)接箱43應(yīng)有接地保護裝置。可選地，在一些可能的實施方式中，防虹吸隔離裝置4 還包括：通信模塊，通信模塊與微控制器41 連接。通信模塊可以為有線通信模塊或無線通信模塊，例如，有線通信模塊可以包括信號處理器、光纖接口和線纜等，無線通信模塊可以包括wifi 模塊、藍牙模塊、4G 模塊或5G 模塊等。

通過通信模塊能夠?qū)崿F(xiàn)與預(yù)設(shè)終端進行通信，從而可以通過預(yù)設(shè)終端下發(fā)控制指令，主動控制電磁閥42的開關(guān)，以有效阻斷虹吸流。在一些可能的實施方式中，防虹吸隔離裝置4 還包括：聲光報警模塊，聲光報警模塊與微控制器41 連接。例如，聲光報警模塊可以包括發(fā)光二極管和揚聲器，當(dāng)閥位與要求閥位不一致時，進行聲光報警。在可能的實施方式中，電磁閥42 的閥體上還設(shè)置有手輪。

5 結(jié)語

反虹吸改造過程是一個復(fù)雜的機制，它受到操作條件的頻繁波動，容易受到眾多隨機干擾因素的影響，從而使該過程的有效管理更具挑戰(zhàn)性。本課題提供的汽分配系統(tǒng)，通過在每臺凝結(jié)水泵的出口總管上設(shè)置電磁閥，通過微控制器與凝結(jié)水泵的信號控制端連接，實現(xiàn)了凝結(jié)水泵與電磁閥的聯(lián)鎖控制，從而當(dāng)凝結(jié)水泵停運時，自動關(guān)閉電磁閥，能夠有效地防止虹吸現(xiàn)象的發(fā)生，使用效果良好。