真空除氧器，三位一體真空電化學(xué)除氧器液位控制系統(tǒng)說明

       真空除氧器，三位一體真空電化學(xué)除氧器液位控制系統(tǒng)說明，真空除氧器是核電站二回路除氧給水系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，真空除氧器液位控制異常將影響機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文以某CANDU6機(jī)組為例，結(jié)合實際運(yùn)行經(jīng)驗，闡明對核電廠真空除氧器控制系統(tǒng)及運(yùn)行方式的優(yōu)化。
       在核電廠中，真空除氧器主要用于去除凝結(jié)水中的溶解氧，并為主給水泵提供足夠的凈正吸入壓頭，為蒸汽發(fā)生器提供一定的水裝量儲備。在機(jī)組運(yùn)行時，需控制凝結(jié)水上水流量，維持真空除氧器液位在設(shè)定值。某核電廠采用三沖量、內(nèi)部串級控制方式，所謂三沖量，輸入一(IN1)為凝結(jié)水流量，輸入二(IN2)為給水流量，輸入三(IN3)為真空除氧器水箱液位。所謂內(nèi)部串級，指每個控制器內(nèi)部設(shè)定有兩個回路(LOOP1/LOOP2),LOOP2為主回路用于液位控制，LOOP1為副回路用于凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)，主、副回路是串聯(lián)作用的，LOOP1的輸出直接作用于液位控制閥。在反應(yīng)堆功率穩(wěn)定時，真空除氧器水位取決于凝結(jié)水流量與給水流量變化量的平衡，如果這兩個流量中的一個大幅度變化，都會導(dǎo)致真空除氧器液位產(chǎn)生較大的變化。
       綜上所述，當(dāng)給水流量、高加疏水量、真空除氧器抽汽量變化時，都會影響真空除氧器液位，要想控制好系統(tǒng)的動態(tài)變化過程，則需要采用PID控制器來實現(xiàn)氣動調(diào)節(jié)閥的快速響應(yīng)，同時要對控制系統(tǒng)和運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，下面以某CANDU6機(jī)組為例，結(jié)合實際運(yùn)行經(jīng)驗，闡明對核電廠真空除氧器控制系統(tǒng)及運(yùn)行方式的優(yōu)化。
1真空除氧器，三位一體真空電化學(xué)除氧器控制系統(tǒng)優(yōu)化
       某核電廠真空除氧器液位控制系統(tǒng)有三個回路，分別為主回路(真空除氧器液位)、副回路(凝泵出口流量)和前饋回路(蒸發(fā)器給水流量)。主回路用于校正水位偏差，副回路快速消除內(nèi)擾，而前饋用于補(bǔ)償外部擾動，克服虛假水位現(xiàn)象。為保證被調(diào)量無靜差，主/副調(diào)節(jié)器均采用PID控制方式。
1.1控制器參數(shù)優(yōu)化
       當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)瞬態(tài)時，汽輪機(jī)脫扣，真空除氧器失去汽輪機(jī)抽汽，同時失去高加至真空除氧器的疏水，造成凝結(jié)水流量與給水流不匹配，真空除氧器的液位下降。當(dāng)真空除氧器液位低于備用控制閥參與控制的設(shè)定值時，在積分項的作用下，備用液位控制閥迅速全開，造成了真空除氧器液位快速上升，有可能觸發(fā)真空除氧器高液位保護(hù)動作，導(dǎo)致上水控制閥關(guān)閉，徹底喪失真空除氧器上水。
       通過對機(jī)組瞬態(tài)工況的分析，確認(rèn)導(dǎo)致真空除氧器液位大幅波動的原因是控制器Loop2的響應(yīng)偏慢，需要系統(tǒng)快速響應(yīng)的時候沒有跟上，通過在5%滿功率范圍內(nèi)在線擾動實驗，確定了真空除氧器液位控制器主環(huán)Loop2的優(yōu)控制參數(shù)，提高了響應(yīng)速度，大限度地減小了瞬態(tài)工況下真空除氧器的液位波動。
1.2備用控制器設(shè)定值優(yōu)化
       瞬態(tài)時真空除氧器液位大幅波動的另一個原因是是積分飽和時間與機(jī)組瞬態(tài)時液位下降速度不匹配，導(dǎo)致備用上水閥開啟過快，引起真空除氧器液位超調(diào)。為解決這一問題，通過分析瞬態(tài)時真空除氧器液位下降幅度，適當(dāng)降低備用控制器液位設(shè)定值，減小瞬態(tài)時真空除氧器低液位與設(shè)定值之間的偏差，使備用控制閥緩慢打開，減小對系統(tǒng)的沖擊。液位高于備用控制器設(shè)定值時，備用控制閥逐漸關(guān)閉并開始退出運(yùn)行狀態(tài)，減小真空除氧器液位上升的速度。通過驗證，該修改在機(jī)組瞬態(tài)時能較好控制真空除氧器的液位。
1.3液位控制閥排氣速度優(yōu)化
       當(dāng)真空除氧器液位高于保護(hù)設(shè)定值時，所有真空除氧器上水氣動閥迅速關(guān)閉，以防止水位的進(jìn)一步上漲。閥門快關(guān)帶來的另一個問題是由于關(guān)速過快，在沖力作用下，導(dǎo)致閥門卡死，當(dāng)真空除氧器液位下降至正常液位需要補(bǔ)水時，上水閥無法打開導(dǎo)致真空除氧器低液位。通過對真空除氧器液位控制系統(tǒng)、液位調(diào)節(jié)閥控制氣動回路的分析和現(xiàn)場試驗，對真空除氧器液位控制閥氣動回路中的緊急排氣F型端口進(jìn)行變更，換成在塞堵上鉆節(jié)流孔，以降低排氣速度，增加氣動閥的關(guān)閉時間。通過試驗和運(yùn)行驗證，液位控制閥在機(jī)組發(fā)生瞬態(tài)動作時，能快速關(guān)閉且不會卡死，同時真空除氧器高液位保護(hù)仍然能夠按要求實現(xiàn)。
1.4評價控制性能算法優(yōu)劣的因素
       設(shè)計控制器的基礎(chǔ)在于對被控對象特性的了解以及合理的控制目標(biāo)的設(shè)定，由于被控對象的復(fù)雜及人們認(rèn)識能力的限制，設(shè)計控制器時采用的對象模型常常與實際存在偏差，從而導(dǎo)致控制性能不能達(dá)到預(yù)期的效果。即使控制器初運(yùn)行良好，諸如傳感器、執(zhí)行器損壞，器件污損，進(jìn)料變化，產(chǎn)品改變乃至季節(jié)性影響也會使控制性能產(chǎn)生緩慢或突然的變化。這種變化會直接導(dǎo)致生產(chǎn)過程的異常及產(chǎn)品質(zhì)量下降，影響工業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，因此，有必要對控制性能進(jìn)行監(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，將損失降低到小限度。
2三位一體真空電化學(xué)除氧器運(yùn)行方式優(yōu)化
       為了控制真空除氧器液位穩(wěn)定，除了對控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化外，合理安排主給水泵的啟動時間，減小真空除氧器壓力波動，從而減小真空除氧器的液位波動。同時根據(jù)不同的功率水平，對真空除氧器補(bǔ)水的方式進(jìn)行優(yōu)化，同樣可以增加控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少真空除氧器液位的波動。
2.1合理安排主給水泵的啟動時間
       在機(jī)組啟動階段，為了給真空除氧器升溫，常啟動主給水泵再循環(huán)運(yùn)行，利用主給水泵運(yùn)行產(chǎn)生的熱量對真空除氧器內(nèi)的水進(jìn)行升溫。如果給水泵啟動過早，當(dāng)真空除氧器內(nèi)的水溫達(dá)到蒸發(fā)器上水溫度要求時，反應(yīng)堆功率又不能及時升高，蒸發(fā)器的上水流量就比較小，導(dǎo)致真空除氧器內(nèi)壓力持續(xù)上升，只能通過手動打開排氣閥降低真空除氧器壓力。由于真空除氧器壓力不穩(wěn)定，從頂部進(jìn)入到真空除氧器的凝結(jié)水無法被加熱到正常的飽和溫度，所以在真空除氧器水面附近存在劇烈的熱交換，導(dǎo)致真空除氧器出現(xiàn)汽水振蕩，引起真空除氧器液位測量產(chǎn)生大幅波動，從而引起真空除氧器液位波動。根據(jù)運(yùn)行實踐，合理安排主給水泵啟動時間，盡量與反應(yīng)堆升功率的時間同步，可以有效減小真空除氧器的液位波動。
2.2低功率時手動控制真空除氧器液位
       當(dāng)反應(yīng)堆功率低于15%滿功率時，由于凝結(jié)水、給水流量較低，流量變送器不能準(zhǔn)確的測量實際流量，因而很難保證在機(jī)組啟、停過程中實現(xiàn)真空除氧器液位的全程自動控制。根據(jù)實際的運(yùn)行經(jīng)驗，在低功率時，蒸發(fā)器上水流量較小，真空除氧器液位下降比較緩慢，可以將真空除氧器液位控制由自動控制改為手動控制，根據(jù)真空除氧器水位手動進(jìn)行小流量補(bǔ)水，防止產(chǎn)生汽水振蕩引起真空除氧器液位波動。當(dāng)反應(yīng)堆功率大于15%滿功率時，將控制器切至自動控制，實現(xiàn)真空除氧器液位的自動控制。實踐證時，這種控制方式有效避免了真空除氧器的液位波動。
       總之，控制真空除氧器的液位穩(wěn)定，對核電廠的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行至關(guān)重要，通過對控制系統(tǒng)優(yōu)化和運(yùn)行方式的優(yōu)化，確保了真空除氧器液位控制穩(wěn)定，對核電機(jī)組運(yùn)行具有非常實際的意義。