龔應(yīng)偉　楊蘭菊　陳先林

【摘 要】水泥固化線設(shè)有旋轉(zhuǎn)輥道，用于檢測(cè)水泥固化體表面劑量水平。旋轉(zhuǎn)輥道上安裝多組定位傳感器，實(shí)現(xiàn)固化體在輥道上直行和旋轉(zhuǎn)時(shí)的定位。由于復(fù)雜的生產(chǎn)工況及放射性環(huán)境，使得定位傳感器加速失效。本文提出了采用檢測(cè)元件冗余、延期服役控制、超限服役控制等三種控制方法來(lái)延長(zhǎng)水泥固化線的使用壽命。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證明，采用以上三種控制方法后，定位傳感器反應(yīng)靈敏、動(dòng)作穩(wěn)定、能合理定位，保證了水泥固化生產(chǎn)線的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】定位傳感器使用壽命;檢測(cè)元件冗余;延期服役控制;超限服役控制

中圖分類號(hào)： TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）32-0017-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.006

0 引言

水泥固化線的旋轉(zhuǎn)輥道帶動(dòng)水泥固化體360°旋轉(zhuǎn)期間，劑量檢測(cè)裝置上放射性探測(cè)器檢測(cè)水泥固化體表面放射性劑量水平。旋轉(zhuǎn)輥道穩(wěn)定可靠運(yùn)行是放射性廢物水泥固化處理流程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。旋轉(zhuǎn)輥道上設(shè)有多組定位傳感器，主要完成兩個(gè)功能，一是固化體直行定位，二是固化體360°旋轉(zhuǎn)定位，便于桶表面的放射性劑量水平檢測(cè)。由于核設(shè)施內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度、灰塵、空氣中含鹽量、放射性劑量及系統(tǒng)設(shè)備使用頻率等因素影響元器件的平均故障率，使得定位傳感器加速失效，進(jìn)而降低控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，甚至直接關(guān)系到工藝系統(tǒng)運(yùn)行安全和減少核設(shè)施的整個(gè)服役期。因此，本文提出了檢測(cè)元件冗余、延期服役控制、超限服役控制三種控制方法來(lái)延長(zhǎng)水泥固化線的使用壽命，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 工藝布置與定位傳感器

1.1 工藝布置

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的放射性廢物處理基本上由干濕料下料系統(tǒng)和線上設(shè)備組構(gòu)成，其中旋轉(zhuǎn)輥道、屏蔽門(mén)、劑量檢測(cè)裝置、應(yīng)急后備阻尼裝置、輸送輥道/7號(hào)、輸送輥道/8號(hào)、定位夾緊裝置等7套設(shè)備均布置在劑量檢測(cè)工位區(qū)域。該區(qū)域布置空間狹小和放射性環(huán)境特性，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)輥道上定位傳感器非常難維修維護(hù)。放射性劑量檢測(cè)工藝布置見(jiàn)圖1?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特性條件：

（1）空間區(qū)域狹小，安裝區(qū)域?qū)挾?250mm。

（2）水泥固化體放射性劑量1.5～2.5mSev/h，系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)行可靠，避免事故發(fā)生，造成應(yīng)急工作人員不必要的放射性照射。

（3）劑量檢測(cè)工位區(qū)域環(huán)境溫度：0℃～40℃。

（4）平均相對(duì)濕度不大于90%（+25℃）。

1.2 定位傳感器失效情況

調(diào)查研究水泥固化線中8個(gè)工藝位置的定位傳感器使用情況，A位置：固化桶準(zhǔn)備;B位置：水泥加料工位;C位置：提升門(mén)位置;D位置：過(guò)渡工位;E位置：攪拌工位;F位置：取封蓋工位;G位置：劑量檢測(cè)工位;H位置：吊運(yùn)工位。工藝位置與定位傳感器壽命關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖1 放射性劑量檢測(cè)工藝布置圖

圖2 工藝位置與定位傳感器壽命關(guān)系

從圖中可以分析出，定位傳感器在非放射性條件工藝位置：A位置、B位置、C位置、D位置平均壽命8～10年。放射性工藝位置：E位置、F位置、G位置、H位置的定位傳感器平均壽命與放射累積劑量有直接關(guān)系。在固化體放射性劑量1.5～2.5mSev/h情況下，其中E位置由于是水泥固化體生產(chǎn)攪拌工藝位置，工藝運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)，平均壽命5～6年，劑量檢測(cè)G位置工藝運(yùn)行時(shí)間相對(duì)E位置較短，則平均壽命7～8年。

2 控制方案

水泥固化線設(shè)置1套相對(duì)獨(dú)立PLC控制系統(tǒng)，再通過(guò)PROFIBUS總線把各系統(tǒng)的工藝過(guò)程參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)傳入中央控制DCS系統(tǒng)。

SIMATICS7-300及輸入輸出模塊組成的PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)工藝控制功能。包括：檢測(cè)水泥固化體是否已到達(dá)輸送輥道/7號(hào)末端;開(kāi)啟屏蔽門(mén)，并檢測(cè)屏蔽門(mén)是否開(kāi)啟到位;水泥固化體通過(guò)輸送輥道/7號(hào)輸送到旋轉(zhuǎn)輥道上，并檢測(cè)是否到達(dá)指定位置;自動(dòng)控制定位夾緊裝置，完成水泥固化的中心定位。指揮旋轉(zhuǎn)輥道帶動(dòng)水泥固化體以一定的時(shí)間轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到工藝要求的角度后，旋轉(zhuǎn)輥道停止旋轉(zhuǎn)。水泥固化體旋轉(zhuǎn)期間，發(fā)出指令，劑量檢測(cè)裝置上放射性探測(cè)器對(duì)水泥固化體表面進(jìn)行多次往復(fù)掃描檢測(cè)。完成劑量檢測(cè)，水泥固化體通過(guò)旋轉(zhuǎn)輥道和輸送輥道/8號(hào)的傳動(dòng)輸送到輸送輥道/8號(hào)上。

采用檢測(cè)元件冗余技術(shù)進(jìn)一步提高旋轉(zhuǎn)輥道運(yùn)行可靠性;后使用灌入時(shí)間的延期服役控制方法延長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)輥道服役時(shí)間;后備超限服役控制措施確保旋轉(zhuǎn)輥道的運(yùn)行，確保水泥固化設(shè)施的安全和服役時(shí)限。

3 檢測(cè)元件冗余

為實(shí)現(xiàn)水泥固化線控制系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)定位傳感器組潛在故障頻率。旋轉(zhuǎn)輥道的0度和360度定位傳感器在單組定位傳感器的基礎(chǔ)上，再并聯(lián)一組定位傳感器。同時(shí)降低放射性對(duì)控制電纜的影響，控制電纜采用增強(qiáng)型金屬屏蔽電纜。檢測(cè)元件冗余見(jiàn)圖3。

圖3 檢測(cè)元件冗余

4 延期服役控制

控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件已損壞，水泥固化線放射性環(huán)境劑量高使維修人不可達(dá)。通過(guò)計(jì)算放射性探測(cè)器掃描放射性固化體區(qū)域的時(shí)間、旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)行系統(tǒng)控制，從而滿足工藝運(yùn)行要求。在不考慮常用電氣傳動(dòng)穩(wěn)態(tài)調(diào)速精度、轉(zhuǎn)速變化率、調(diào)速比、穩(wěn)速精度等靜態(tài)指標(biāo)，及響應(yīng)時(shí)間（tan）、動(dòng)態(tài)響應(yīng)偏差帶（±δ%）、條件時(shí)間（tr）等動(dòng)態(tài)指標(biāo)的情況[1]，同時(shí)考慮到機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)由于安裝誤差、軸承間隙、支撐變形等各種可能因素[2-3]，在PLC系統(tǒng)中灌入時(shí)間，實(shí)現(xiàn)水泥固化系統(tǒng)延期服役的控制措施。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按下述相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。

式中：f1供電頻率，p電磁功率，SN額定轉(zhuǎn)差率，TN額定轉(zhuǎn)矩，Tcr臨界轉(zhuǎn)矩，t1固化體旋轉(zhuǎn)理論計(jì)算時(shí)間，t2機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、電氣轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)等需窺視窗觀察校準(zhǔn)綜合補(bǔ)償時(shí)間。

5 超限服役控制

電動(dòng)機(jī)的額定負(fù)載按工藝實(shí)際運(yùn)行負(fù)載的2～3倍計(jì)算選取，同時(shí)兼顧額定電壓、額定功率因數(shù)和效率[4]，使旋轉(zhuǎn)輥道電機(jī)在50%～70%額定電流范圍內(nèi)運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)輥道碰擊旋轉(zhuǎn)輥道側(cè)的應(yīng)急后備阻尼裝置時(shí)，電機(jī)的運(yùn)行電流瞬時(shí)增大，電流傳感器采集模擬電流信號(hào)，觸發(fā)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)定電流值，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。超限服役控制見(jiàn)圖4。圖中：Ist起動(dòng)電流，Ir額定電流，I0.5電機(jī)50%負(fù)載電流，tst起動(dòng)時(shí)間[5]。

圖4 超限服役控制

6 控制功能

水泥固化線初期運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)輥道采用冗余定位傳感器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)輥道的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)到位控制。當(dāng)冗余的定位傳感器全部失效時(shí)，通過(guò)PLC的人機(jī)界面系統(tǒng)輸入放射性劑量檢測(cè)探測(cè)器掃描時(shí)間進(jìn)行旋轉(zhuǎn)輥道的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)到位控制。電氣控制系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)間無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)知時(shí)，可知延期服役控制措施失效，PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入超限服役控制，通過(guò)旋轉(zhuǎn)輥道碰擊后備應(yīng)急阻尼裝置發(fā)出阻尼電流，執(zhí)行旋轉(zhuǎn)輥道的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)到位控制?？刂乒δ軋D見(jiàn)下圖5。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試驗(yàn)證結(jié)果表明，檢測(cè)元件冗余、延期服役控制、超限服役控制的控制方法滿足水泥固化線放射性固化體放射性劑量水平檢測(cè)的需要，同時(shí)還有效解決了因定位傳感器失效，導(dǎo)致水泥固化線過(guò)早退役的問(wèn)題。

圖5 控制功能圖

【參考文獻(xiàn)】

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