張春在

【摘 要】除氧器是核電站二回路除氧給水系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，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(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，闡明對(duì)核電廠除氧器控制系統(tǒng)及運(yùn)行方式的優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】除氧器；液位；控制；優(yōu)化

【Abstract】Deaerator is key equipment of secondary side thermal cycle. When the level of deaerator disturbs， it will threaten economy and stable even safety operation of the unit.This article use a CANDU6 unit as an example， combined with practical experience in the operation， clarify the nuclear power plant Deaerator Control System and operation mode optimization.

【Key words】Deaerator； Level； Control； Optimization

0 引言

在核電廠中，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?jī)?chǔ)備。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，需控制凝結(jié)水上水流量，維持除氧器液位在設(shè)定值。某核電廠采用三沖量、內(nèi)部串級(jí)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）為除氧器水箱液位。所謂內(nèi)部串級(jí)，指每個(gè)控制器內(nèi)部設(shè)定有兩個(gè)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(shí)，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(gè)流量中的一個(gè)大幅度變化，都會(huì)導(dǎo)致除氧器液位產(chǎn)生較大的變化。

綜上所述，當(dāng)給水流量、高加疏水量、除氧器抽汽量變化時(shí)，都會(huì)影響除氧器液位，要想控制好系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化過程，則需要采用PID 控制器來實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的快速響應(yīng)，同時(shí)要對(duì)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(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，闡明對(duì)核電廠除氧器控制系統(tǒng)及運(yùn)行方式的優(yōu)化。

1 控制系統(tǒng)優(yōu)化

某核電廠除氧器液位控制系統(tǒng)有三個(gè)回路，分別為主回路（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(dòng)，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(shí)，汽輪機(jī)脫扣，除氧器失去汽輪機(jī)抽汽，同時(shí)失去高加至除氧器的疏水，造成凝結(jié)水流量與給水流量不匹配，除氧器的液位下降。當(dāng)除氧器液位低于備用控制閥參與控制的設(shè)定值時(shí)，在積分項(xiàng)的作用下，備用液位控制閥迅速全開，造成了除氧器液位快速上升，有可能觸發(fā)除氧器高液位保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致上水控制閥關(guān)閉，徹底喪失除氧器上水。

通過對(duì)機(jī)組瞬態(tài)工況的分析，確認(rèn)導(dǎo)致除氧器液位大幅波動(dòng)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(shí)候沒有跟上，通過在5%滿功率范圍內(nèi)在線擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，確定了除氧器液位控制器主環(huán)Loop2的最優(yōu)控制參數(shù)，提高了響應(yīng)速度，最大限度地減小了瞬態(tài)工況下除氧器的液位波動(dòng)。

1.2 備用控制器設(shè)定值優(yōu)化

瞬態(tài)時(shí)除氧器液位大幅波動(dòng)的另一個(gè)原因是是積分飽和時(shí)間與機(jī)組瞬態(tài)時(shí)液位下降速度不匹配，導(dǎo)致備用上水閥開啟過快，引起除氧器液位超調(diào)。為解決這一問題，通過分析瞬態(tài)時(shí)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(shí)除氧器最低液位與設(shè)定值之間的偏差，使備用控制閥緩慢打開，減小對(duì)系統(tǒng)的沖擊。液位高于備用控制器設(shè)定值時(shí)，備用控制閥逐漸關(guān)閉并開始退出運(yùn)行狀態(tài)，減小除氧器液位上升的速度。通過驗(yàn)證，該修改在機(jī)組瞬態(tài)時(shí)能較好控制除氧器的液位。

1.3 液位控制閥排氣速度優(yōu)化

當(dāng)除氧器液位高于保護(hù)設(shè)定值時(shí)，所有除氧器上水氣動(dòng)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(gè)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)除氧器液位下降至正常液位需要補(bǔ)水時(shí)，上水閥無法打開導(dǎo)致除氧器低液位。通過對(duì)除氧器液位控制系統(tǒng)、液位調(diào)節(jié)閥控制氣動(dòng)回路的分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)除氧器液位控制閥氣動(dòng)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(dòng)閥的關(guān)閉時(shí)間。通過試驗(yàn)和運(yùn)行驗(yàn)證，液位控制閥在機(jī)組發(fā)生瞬態(tài)動(dòng)作時(shí)，能快速關(guān)閉且不會(huì)卡死，同時(shí)除氧器高液位保護(hù)仍然能夠按要求實(shí)現(xiàn)。

1.4 評(píng)價(jià)控制性能算法優(yōu)劣的因素

設(shè)計(jì)控制器的基礎(chǔ)在于對(duì)被控對(duì)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(duì)象的復(fù)雜及人們認(rèn)識(shí)能力的限制，設(shè)計(jì)控制器時(shí)采用的對(duì)象模型常常與實(shí)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。即使控制器最初運(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(huì)使控制性能產(chǎn)生緩慢或突然的變化。這種變化會(huì)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(duì)控制性能進(jìn)行監(jiān)控，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，將損失降低到最小限度。

2 運(yùn)行方式優(yōu)化

為了控制除氧器液位穩(wěn)定，除了對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化外，合理安排主給水泵的啟動(dòng)時(shí)間，減小除氧器壓力波動(dòng)，從而減小除氧器的液位波動(dòng)。同時(shí)根據(jù)不同的功率水平，對(duì)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，減少除氧器液位的波動(dòng)。

2.1 合理安排主給水泵的啟動(dòng)時(shí)間

在機(jī)組啟動(dòng)階段，為了給除氧器升溫，常啟動(dòng)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(duì)除氧器內(nèi)的水進(jìn)行升溫。如果給水泵啟動(dòng)過早，當(dāng)除氧器內(nèi)的水溫達(dá)到蒸發(fā)器上水溫度要求時(shí)，反應(yīng)堆功率又不能及時(shí)升高，蒸發(fā)器的上水流量就比較小，導(dǎo)致除氧器內(nèi)壓力持續(xù)上升，只能通過手動(dòng)打開排氣閥降低除氧器壓力。由于除氧器壓力不穩(wěn)定，從頂部進(jìn)入到除氧器的凝結(jié)水無法被加熱到正常的飽和溫度，所以在除氧器水面附近存在劇烈的熱交換，導(dǎo)致除氧器出現(xiàn)汽水振蕩，引起除氧器液位測(cè)量產(chǎn)生大幅波動(dòng)，從而引起除氧器液位波動(dòng)。根據(jù)運(yùn)行實(shí)踐，合理安排主給水泵啟動(dòng)時(shí)間，盡量與反應(yīng)堆升功率的時(shí)間同步，可以有效減小除氧器的液位波動(dòng)。

2.2 低功率時(shí)手動(dòng)控制除氧器液位

當(dāng)反應(yīng)堆功率低于15%滿功率時(shí)，由于凝結(jié)水、給水流量較低，流量變送器不能準(zhǔn)確的測(cè)量實(shí)際流量，因而很難保證在機(jī)組啟、停過程中實(shí)現(xiàn)除氧器液位的全程自動(dòng)控制。根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在低功率時(shí)，蒸發(fā)器上水流量較小，除氧器液位下降比較緩慢，可以將除氧器液位控制由自動(dòng)控制改為手動(dòng)控制，根據(jù)除氧器水位手動(dòng)進(jìn)行小流量補(bǔ)水，防止產(chǎn)生汽水振蕩引起除氧器液位波動(dòng)。當(dāng)反應(yīng)堆功率大于15%滿功率時(shí)，將控制器切至自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)除氧器液位的自動(dòng)控制。實(shí)踐證時(shí)，這種控制方式有效避免了除氧器的液位波動(dòng)。

3 總結(jié)

總之，控制除氧器的液位穩(wěn)定，對(duì)核電廠的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行至關(guān)重要，通過對(duì)控制系統(tǒng)優(yōu)化和運(yùn)行方式的優(yōu)化，確保了除氧器液位控制穩(wěn)定，對(duì)核電機(jī)組運(yùn)行具有非常實(shí)際的意義。

[責(zé)任編輯：湯靜]