特殊工藝管線伴熱系統(tǒng)控制方案改進分析

柏曉棟

摘 要：特殊工藝管線伴熱系統(tǒng)用于含硼溶液流過的管道、閥門和泵等設(shè)備提供加熱防止管道由于溫度降低結(jié)晶，以往核電廠一般采用機械式溫控器來控制伴熱纜的加熱，為解決溫控器機械結(jié)構(gòu)造成的弊端，采用數(shù)字化控制系統(tǒng)作為信息處理單元。

關(guān)鍵詞：特殊工藝管線伴熱系統(tǒng)；溫數(shù)字化；溫控器

1 特殊工藝管線伴熱系統(tǒng)簡介

特殊工藝管線伴熱用來為硼溶液流過的管道、閥門和泵提供伴熱的所有設(shè)備組成。硼溶液流過的所有設(shè)備都要進行伴熱和保溫，以維持流體循環(huán)，防止硼酸結(jié)晶。其核心為鋪設(shè)在所有硼溶液流過的管道、閥門和泵上的礦物電纜和控制設(shè)備組成，通過伴熱纜散發(fā)的熱量以將含硼溶液維持到一定的溫度范圍，防止管道溶液結(jié)晶。

2 目前應(yīng)用的控制方式及主要組成設(shè)備

（1）以溫控器作為伴熱纜的控制設(shè)備來控制伴熱纜電源的通斷，主要組成設(shè)備包括：配電盤、報警機柜、就地溫度指示箱、溫度控制器等控制部分和伴熱纜加熱元件組成。

配電盤用來為伴熱電路盤和報警機柜提供48V電源；伴熱電路盤為各伴熱原件供電，每個盤輸出為12路以為伴熱纜提供滿足設(shè)計要求的不同等級的電源。

報警機柜重新組合來之配電盤和伴熱電路盤的報警信號，在報警機柜顯示：配電盤斷路器跳閘和接地故障、伴熱電路盤的各反饋回路跳閘、48V電源。

就地溫度指示箱顯示伴熱管道的流體溫度，供操作員監(jiān)視。溫度控制器為了控制每個伴熱原件的供電，溫度控制器采用溫包式，溫包和毛細管要求為不銹鋼材質(zhì)，毛細管應(yīng)當使用316L的不銹鋼保護管進行機械保護，微動開關(guān)為氮氣密封，每個伴熱回路上需要一個溫度控制器。

熱電偶用來測量被伴熱管道的溫度，選用K型單支熱電偶，不銹鋼外套。所有熱電偶的冷端通過熱電偶接線箱內(nèi)的壓接端子，將兩路熱電偶信號送給就地溫度指示箱。

（2）隨著PLC在火電廠的廣泛應(yīng)用，采用了PLC作為控制核心代替了溫控器，采用分布式結(jié)構(gòu)，分為監(jiān)視層、過程控制層和現(xiàn)場設(shè)備層。

監(jiān)視層設(shè)置一個操作員站，布置在輔控室的工控機配置一臺液晶顯示器，監(jiān)視層通過現(xiàn)場總線接收各過程控制的數(shù)據(jù)信息，在操作員站實現(xiàn)對整個系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)視。

過程控制站用于采集現(xiàn)場測溫傳感器鉑電阻、系統(tǒng)設(shè)備的配電故障信號以及備用回路投入信號等，通過信號處理，實現(xiàn)對伴熱元件的邏輯控制并通過網(wǎng)絡(luò)將過程信息及報警信息發(fā)送到主控室。系統(tǒng)信號的采集由過程控制站完成，過程控制站具有就地顯示功能，可對各電伴熱回路相關(guān)信息進行巡檢、就地報警功能，并且過程控制站可通過接口面板或筆記本電腦在現(xiàn)場進行編程或組態(tài)。

現(xiàn)場設(shè)備層包括測溫傳感器、電伴熱元件、加熱電路盤和配電盤。每個需伴熱管段都裝有兩個雙支鉑電阻，分別送正常回路控制站和備用回路控制站。加熱電路盤內(nèi)配有降壓變壓器，每個回路有一個熔斷器和一個接觸器，對相應(yīng)的電伴熱元件進行供電。

3 兩種控制方案的對比分析

3.1 測溫元件

兩種控制方案中，前者采用的熱電偶作為測溫元件，后一種則以鉑電阻作為測溫元件。由于熱電偶的電動勢較小常使用熱電阻測量溫度，熱電偶需要冷端溫度補償，測量精度也較熱電偶高。鉑電阻的特點是精度高，性能穩(wěn)定可靠。一般特殊工藝管線伴熱系統(tǒng)的溫度控制范圍為35℃至55℃之間，此范圍內(nèi)鉑電阻的精度穩(wěn)定性都明顯優(yōu)于熱電偶，加之鉑電阻無需冷斷溫度補償安裝維護更加便捷，且成本明顯低于熱電偶加溫度補償電纜。

由于溫控器不耐高溫，在現(xiàn)場調(diào)試過程中出現(xiàn)高溫容易造成溫控器波紋管變形而損壞；再者現(xiàn)場安裝時的不小心造成溫控器毛細管和溫包焊接處出現(xiàn)裂縫，造成溫包內(nèi)氣體外泄，由于現(xiàn)在實際選型中一般選用國外品牌的溫控器，造成維修成本和維修周期較長影響工藝使用。

3.2 控制系統(tǒng)

3.2.1 溫包式溫控器，利用氣體受熱膨脹的原理進行工作，它主要由感溫包、傳導(dǎo)毛細管和彈性元件組成，通過彈性元件推動微動開關(guān)的閉合與開啟，從而實現(xiàn)對控制回路的通斷。

3.2.2 PLC通過讀取現(xiàn)場鉑電阻溫度計的電信號，通過CUP的運算和設(shè)定值的比對，通過開關(guān)量信號的輸出來控制安裝在機柜上的中間繼電器，實現(xiàn)對伴熱回路的接通與斷開，主要特點如下：

（1）安裝便捷，系統(tǒng)組態(tài)容易：PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法來設(shè)計。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計梯形圖的時間比設(shè)計相同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。

（2）功能強，性能價格比高，PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。

（3）硬件功能齊全，適應(yīng)性強：可編程控制器已實現(xiàn)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶可以根據(jù)自己的實際需求進行系統(tǒng)配置，組成不同功能。

3.2.3 工控機作為系統(tǒng)工程師和操作員站站，取代了溫控器作為控制核心的溫度報警和巡檢機柜，所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和報警顯示都可以通過工控機的顯示器基本上顯示，在屏幕上顯示工藝流程總貌、過程狀態(tài)、計算結(jié)果和歷史數(shù)據(jù)等，可進行數(shù)據(jù)庫的生成、生產(chǎn)流程畫面的產(chǎn)生，連續(xù)控制回路的組態(tài)和順序控制的組態(tài)等所配備的打印機可完成生產(chǎn)過程記錄報表、系統(tǒng)運行狀態(tài)信息、生產(chǎn)統(tǒng)計報表和報警信息等的打印。

4 小結(jié)

數(shù)字化控制系統(tǒng)是一種發(fā)展和改進的新技術(shù)、新設(shè)備、新系統(tǒng)，易于使用、易于組態(tài)、易于擴展，并經(jīng)過工程實踐驗證，具有先進、成熟、可靠性的硬件和軟件，可在各種運行工況下滿足各種系統(tǒng)的檢測、控制和運行管理的要求，確保工藝系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行。

參考文獻

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[2]廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2011.

（作者單位：中國核電工程有限公司）