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(yùn)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(hào)機(jī)固體廢物處理系統(tǒng)的濃縮液貯罐上安裝有2個(gè)溫度開(kāi)關(guān)和1支溫度計(jì)：2個(gè)溫度開(kāi)關(guān)分別用于啟停2臺(tái)電加熱器將濃縮液溫度控制在一定范圍；溫度計(jì)用于對(duì)內(nèi)部濃縮液溫度進(jìn)行數(shù)值顯示并觸發(fā)低溫報(bào)警，以便于運(yùn)行人員進(jìn)行監(jiān)視。由于此溫度開(kāi)關(guān)的安裝方式和位置等原因，檢修所需的工期長(zhǎng)，影響了設(shè)備的正常使用。為了解決此問(wèn)題，將這2個(gè)溫度開(kāi)關(guān)變更為可靠性更高的鉑電阻溫度計(jì)，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(jì)安裝在罐頂部，其從罐頂插入至罐中。將2個(gè)溫度開(kāi)關(guān)改為2個(gè)溫度計(jì)后，理論上來(lái)講3個(gè)溫度計(jì)的被測(cè)介質(zhì)相同，測(cè)量結(jié)果應(yīng)是一致的。但實(shí)際上由于這支用于數(shù)值顯示的溫度計(jì)和2個(gè)用于溫度控制的溫度計(jì)的測(cè)點(diǎn)高度不同，導(dǎo)致濃縮液液位低于某一高度時(shí)用于數(shù)值顯示的溫度計(jì)測(cè)得結(jié)果會(huì)偏低，產(chǎn)生溫度低報(bào)警。通過(guò)對(duì)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(lái)避免此誤報(bào)警的產(chǎn)生。

1 9TES001BA簡(jiǎn)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(lái)自廢液處理系統(tǒng)和硼回收系統(tǒng)排放來(lái)的濃縮液，也可以接收SRE（核島污水回收系統(tǒng)）過(guò)來(lái)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(shí)會(huì)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(xiǎn)的高低，核電廠將廠房劃分為紅、橙、黃、綠4個(gè)區(qū)域，其中紅區(qū)的輻射水平和污染風(fēng)險(xiǎn)最高。秦二廠1、2號(hào)機(jī)為兩臺(tái)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(tái)獨(dú)立的電加熱器1TES001RS和2TES002RS進(jìn)行加熱，這兩臺(tái)電加熱器都有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。在手動(dòng)控制模式下，通過(guò)控制室的啟動(dòng)和停止按鈕可以直接控制電加熱器啟停；在自動(dòng)模式下分別由一個(gè)溫度開(kāi)關(guān)控制啟停。其中1TES001RS的啟停由溫度開(kāi)關(guān)1TES002ST控制，控制功能由1KSN系統(tǒng)的控制PLC實(shí)現(xiàn)；2TES002RS的啟停由溫度開(kāi)關(guān)2TES003ST控制，控制功能由2KSN系統(tǒng)的控制PLC實(shí)現(xiàn)。另外9TES001BA上還安裝了鉑電阻溫度計(jì)9TES001MT對(duì)罐內(nèi)溫度進(jìn)行監(jiān)視，此溫度信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換功能由9TES系統(tǒng)的控制PLC實(shí)現(xiàn)。

2 9TES001BA溫度控制優(yōu)化

2.1 將溫度開(kāi)關(guān)改為溫度計(jì)的原因

2.1.1 電加熱器的自動(dòng)控制方式

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

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

2.1.2 溫度開(kāi)關(guān)問(wèn)題

1TES001ST和2SIT002ST為相同型號(hào)的溫度開(kāi)關(guān)，該溫度開(kāi)關(guān)主要由溫包、毛細(xì)管和開(kāi)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(kāi)關(guān)元件安裝在黃區(qū)ND403房間。ND404和ND403兩個(gè)房間由一道墻壁隔開(kāi)，且墻壁上有一孔洞貫穿。溫度開(kāi)關(guān)的毛細(xì)管穿過(guò)此孔洞，以使溫包安裝在紅區(qū)，開(kāi)關(guān)元件安裝在黃區(qū)。由于該溫度開(kāi)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(yàn)，只能在線校驗(yàn)。而在線校驗(yàn)時(shí)，只能以溫度計(jì)9TES001MT做為參考，根據(jù)溫度計(jì)的測(cè)量值對(duì)溫度開(kāi)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(guò)程很慢，所以檢修一次的工作時(shí)間通常需要一周左右[2]。秦二廠1、2號(hào)機(jī)組三廢系統(tǒng)在以往運(yùn)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(wú)法自動(dòng)啟動(dòng)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(jì)的優(yōu)點(diǎn)

1）可靠

鉑電阻溫度計(jì)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(huì)因高低溫而引起物理或化學(xué)變化，所以鉑電阻溫度計(jì)有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，性能相對(duì)可靠。將溫度開(kāi)關(guān)改為鉑電阻溫度計(jì)可以降低儀表故障率，減少現(xiàn)場(chǎng)檢修工作量。

2）控制準(zhǔn)確

溫度開(kāi)關(guān)1TES002ST和2TES003ST的開(kāi)關(guān)元件部分是純機(jī)械式結(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作和復(fù)位時(shí)都會(huì)存在重復(fù)性誤差，即每次動(dòng)作時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度值會(huì)略有不同，每次復(fù)位時(shí)也是如此。而鉑電阻溫度計(jì)以模擬量信號(hào)形式連接至PLC，在PLC中通過(guò)編程的形式既可以精確地設(shè)置信號(hào)觸發(fā)的定值，又可以精確地設(shè)置信號(hào)復(fù)位的定值，相比于溫度開(kāi)關(guān)來(lái)講控制更加準(zhǔn)確。

3）雙支溫度計(jì)有備用支

如使用雙支的鉑電阻溫度計(jì)，則在后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中即便正常使用的一支溫度計(jì)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(jì)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(chǎng)缺陷，使設(shè)備盡快地處于可用狀態(tài)。

4）可參照對(duì)比

將兩溫度開(kāi)關(guān)改為溫度計(jì)后，9TES001BA罐體上就共有3個(gè)溫度計(jì)，且其中2個(gè)溫度計(jì)為雙支。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)溫度值出現(xiàn)異常時(shí)，可對(duì)這些溫度計(jì)的測(cè)量值進(jìn)行相互參照對(duì)比，這樣便于故障判斷。

2.2 溫度開(kāi)關(guān)改為溫度計(jì)的實(shí)施

2.2.1 硬件變更

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

1）安裝溫度計(jì)

首先，在ND404房間內(nèi)拆下9TES001BA上溫度開(kāi)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(kāi)關(guān)元件）及其相關(guān)接線；最后，在兩個(gè)原溫度開(kāi)關(guān)的套管內(nèi)分別安裝1個(gè)雙支鉑電阻溫度計(jì)1TES002MT和2TES003MT，即將溫度開(kāi)關(guān)ST替換為溫度計(jì)MT。

2）安裝接線箱

首先，提前準(zhǔn)備1個(gè)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(gè)雙支溫度計(jì)的接線要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際空間情況，在ND403房間內(nèi)原溫度開(kāi)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(hào)引入9TES900CR[3]。原溫度開(kāi)關(guān)的溫包和開(kāi)關(guān)元件在不同房間，所以溫度開(kāi)關(guān)的毛細(xì)管是穿墻安裝的。此溫度開(kāi)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(hào)PLC模塊安裝

原1TES002ST的開(kāi)關(guān)量信號(hào)接至1KSN系統(tǒng)的PLC控制柜1KSNB00AR中，2TES003ST的開(kāi)關(guān)量信號(hào)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(hào)模塊B02ARI[3]，敷設(shè)1根測(cè)量電纜將9TES900CR中的1TES002MT信號(hào)接至這個(gè)新增熱電阻輸入模塊對(duì)應(yīng)的接線端子上。秦二廠1、2號(hào)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(shí)無(wú)需對(duì)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(hào)模塊D02ARI，再敷設(shè)1根測(cè)量電纜將9TES900CR中的2TES003MT信號(hào)接至這個(gè)熱電阻輸入模塊對(duì)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(hào)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化成一個(gè)可以在55℃置位為1、60℃復(fù)位為0的開(kāi)關(guān)量信號(hào)作為中間變量，用這個(gè)轉(zhuǎn)化后的中間變量地址替換程序中原溫度開(kāi)關(guān)的地址；最后，保存程序，為避免就地系統(tǒng)設(shè)備誤動(dòng)作對(duì)工藝系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響，所以在工藝系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)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(hào)轉(zhuǎn)化成一個(gè)可以在50℃置位為1、55℃復(fù)位為0的開(kāi)關(guān)量信號(hào)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(bào)警定值優(yōu)化

3.1 溫度報(bào)警問(wèn)題

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

3.2 原因分析

現(xiàn)場(chǎng)檢查9TES001MT、1TES002MT溫度計(jì)本體和信號(hào)通道均正常，1TES001RS的啟?？刂乒δ芤舱?。在對(duì)設(shè)備的運(yùn)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(shí)，9TES001MT測(cè)量值為56℃，而1TES002MT和2TES003MT的測(cè)量分別為60.3℃和60℃，與9TES001MT的測(cè)量值偏差約為4℃；當(dāng)液位為1m左 右 時(shí)，1TES002MT和2TES003MT與9TES001MT的測(cè)量值偏差約為2℃；對(duì)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(cè)量值偏差又會(huì)增大到4℃左右。以此看來(lái)，此溫度測(cè)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(duì)9TES001MT尺寸進(jìn)行測(cè)量，得知其插入深度約為1800mm。經(jīng)參考圖紙中的各個(gè)尺寸進(jìn)行初略計(jì)算，9TES001MT與1TES002MT（2TES003MT）測(cè)點(diǎn)間相距約400mm，溫度計(jì)測(cè)點(diǎn)高度不同。

當(dāng)罐子中液位高度在9TES001MT和1TES002MT兩個(gè)溫度計(jì)之間時(shí)，這兩個(gè)溫度計(jì)的測(cè)量值就會(huì)存在偏差。此時(shí)9TES001MT的測(cè)點(diǎn)在液面以上，其測(cè)得的溫度為罐內(nèi)空氣溫度；1TES002MT的測(cè)點(diǎn)在液面以下，其測(cè)得的溫度為濃縮液溫度。因?yàn)榭諝馀c濃縮液的熱導(dǎo)不同，所以9TES001MT測(cè)得的溫度會(huì)低于1TES002MT測(cè)得的溫度。所以會(huì)出現(xiàn)9TES001MT已觸發(fā)溫度低報(bào)警，但1TES002MT的測(cè)量值未達(dá)到加熱器1TES001RS啟動(dòng)的溫度定值，導(dǎo)致報(bào)警長(zhǎng)時(shí)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(jì)安裝在同一水平高度），在9TES001BA液位變化時(shí)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(cè)量偏差的分析結(jié)果，避免9TES001MT出現(xiàn)誤報(bào)問(wèn)題有以下幾種方法：

1）保持9TES001BA液位處于可接觸9TES001MT的高度

因?yàn)?TES001MT的測(cè)點(diǎn)位置高于1TES002MT和2TES003MT，所以當(dāng)罐內(nèi)液位接觸至9TES001MT時(shí)，3個(gè)溫度計(jì)均會(huì)浸入濃縮液中，不會(huì)因被測(cè)介質(zhì)不同而產(chǎn)生測(cè)量偏差。如運(yùn)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(bào)警。但是實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況是9TES001BA接收到一定量濃縮液時(shí)需要對(duì)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(huì)盡可能的低。所以，無(wú)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(zhǎng)尺寸的溫度計(jì)

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(jì)的同時(shí)又避免了溫度計(jì)被放射性介質(zhì)沾污。保護(hù)套管的長(zhǎng)度限制了溫度計(jì)長(zhǎng)度，如更換更長(zhǎng)的溫度計(jì)則需將保護(hù)套管一同進(jìn)行更換。所以如要更換長(zhǎng)尺寸的溫度計(jì)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(huì)無(wú)法避免地接觸放射性介質(zhì)，同時(shí)也需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)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(xiǎn)，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(bào)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(gè)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(hào)或2TES003MT信號(hào)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(hào)地址替換9TES001MT的信號(hào)地址，即可實(shí)現(xiàn)用1TES002MT或2TES003MT代替9TES001MT產(chǎn)生低溫報(bào)警的功能。但按此方法實(shí)施后控制和報(bào)警功能會(huì)集于同一個(gè)溫度計(jì)上，這樣就降低了原設(shè)計(jì)的設(shè)備冗余程度。

4）修改9TES001MT的報(bào)警定值

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

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

3.3.2 報(bào)警定值修改方法

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

4 結(jié)束語(yǔ)

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(yàn)溫度開(kāi)關(guān)工作的同時(shí)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(huì)因溫度低而產(chǎn)生結(jié)晶。優(yōu)化9TES001MT的低溫報(bào)警設(shè)定值后，消除了控制系統(tǒng)誤報(bào)9TES001BA溫度低報(bào)警的故障。兩項(xiàng)優(yōu)化工作實(shí)施后，有效減少了秦二廠1、2號(hào)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(hào)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(huì)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(jì)和優(yōu)化提供參考。同時(shí)建議新建機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)，將用于數(shù)值顯示（報(bào)警）和控制的溫度計(jì)測(cè)點(diǎn)確定在同一高度，這樣可以從源頭避免產(chǎn)生測(cè)量偏差和誤報(bào)警的問(wèn)題。