自动加药技木在大亚湾核电站的应用
发布时间：2011-10-26
来源：中国自动化网
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自动加药
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摘 要：介绍了大亚湾核电站的加药改造方案、自动回路和PID整定过程，并提供了一些经验和PID参数。关键词：核电站；自动加药；PID参数O 引言和常规电厂一样， 大亚湾核电站的加药系统是通过加入联胺调节二回路水中的...
摘 要：介绍了大亚湾核电站的加药改造方案、自动回路和PID整定过程，并提供了一些经验和PID参数。
关键词：核电站；自动加药；PID参数
O 引言
和常规电厂一样， 大亚湾核电站的加药系统是通过加入联胺调节二回路水中的溶解氧含量，加入氨调节二回路水的PH值。其目的是控制汽水系统的化学性质， 防止蒸汽发生器、汽机等热力设备和管道的腐蚀， 减少杂物沉淀。此外， 本系统还有对热力设备的湿保养和防腐功能。
加入的联胺和氨必须控制在合理的范围内，才能达到防腐要求，过多或过少都会影响防腐性能。按照大亚湾核电站的设计要求，凝结水的电导率应控制在12～17s／cm的范围内，对应pH值在9．64～9．79，凝结水的联胺量控制在70～90ppb之间。
原系统由化学人员根据现场巡视电导率和联胺浓度来调节对应的加药泵行程，改变氨水和联胺的注入流量，达到控制凝结水的PH值和联胺量的目的。由于设备老化及工艺要求，故决定对其二回路加氨和加联胺系统进行自动化改造。
1 改造方案
我们选用新型的液压隔膜计量泵和异步交流电机替代原有3个连续运行加药泵，3台泵中， 一台泵备用， 另外两台用原有的电导率表和联胺表的信号，分别送到两个PID调节器，PID调节器根据实测值与设定目标值进行PID运算， 输出调节指令给变频器，变频器输出相应频率的交流电驱动异步交流电机， 改变电机转速， 相应就改变了药液的注入流量， 从而达到控制凝结水电导率和联胺量的目的。
1．1控制方式
由于核电站对可靠性和可用性要求较高， 改造后的系统具有手动、半自动和全自动3种调节方式，由3个位置转换开关进行切换。具体如下：
（1）手动： 在该方式下和原有传统的加药方式类似， 变频器和PID调节器被旁路， 加药泵的启、停由现场操作人员控制， 按下启动按钮泵电机即以全速运行（5OHz），药液的注入量依据现场巡视参数调节相应加药泵的冲程来控制。
（2）半自动：PID调节器被旁路，加药量的控制是通过调节变频器的转速控制电位器来实现的， 改变电机转速， 相应药液注入流量就改变。
（3）自动： 药液的注入控制自动完成。根据设定阀值自动启、停加药泵，PID调节器根据用户设定和现场仪表的检测值，运算后控制变频器调节电机转速及启、停， 相应药液流量就被控制在工艺要求的范围内。
1．2 主要设备选型
1．2．1 调节器
功能： 完成PI D调节、设定控制目标； 设定自动启、停泵的控制点。
型号：UDC33OO调节器（Honeywell）
详细信息：输入／输出隔离。输入类型： 各类热电偶、热电阻、线性信号， 双回路输入、数字信号输入（可选）；根据本工程输入信号电导和联胺浓度的特点， 输入类型选用线性信号。
输出类型： 电流输出、继电器输出、开集级输出、可选辅助电流输出； 隔离的辅助电流输出和数字量输入；SPDT电磁继电器报警输出，各类报警类型选择组态灵活；RS一422／485 MODBUS和ASCII码，DMCS通讯；根据本工程变频器的输入即调节器的输出信号是4～20mA电流信号，输入类型选用线性信号。
A／M 手自动切换控制； 具有模糊逻辑控制， 超调抑制的Accutune 11参数自适应算法。
控制算法输出：ON／OFF、位置比例、PID—A、PID—B、带手动积分的PD控制、可双回路PID控制、手／自动串级控制、三位步进控制、双重输出控制（本工程选用的是PID—A 控制算法输出）。
控制精度：本工程选用1 1位分辨率、全量程0．5％输出精度。
1．2．2变频器
功能： 根据调节器的指令改变加药泵的转速，以改变加药量； 根据调节器或人工指令自动启／停加药泵。
型号：ACS140（ABB）
控制精度： 可灵敏地跟踪给定信号， 平均精度大于1％；
响应：响应速度快，平均延时小于9ms；
电源电压：三相380V（±10％l 频率：50Hz；
保护功能： 过流、过压、欠压、过热、I／O端子短路、接地、输出短路、输入缺相、电机过载和堵转保护。
1．2．3计量加药泵
功能：根据变频器的转速控制和启、停控制完成加药目标。
型号：RB090（MROY系列液压隔膜计量泵，美国米顿罗）
性能特点：无柱塞填料的液压驱动隔膜，免维护高精度进、出口单向止回阀， 内置可调压力释放阀，双隔膜／带破裂报警功能， 可选PTFE材质隔膜， 寿命不小于20000h 。单／双头结构， 流量可分别独立调节，可手动、电动、变频、气动调节流量， 在泵运行或停止状态均可调节流量。
调节范围：100：10，稳态精度： ±1％。
最大吸程3m水柱。
介质温度：塑料最高60℃，金属最高90℃。
多种泵头材质可选（PVC、PVDF、316SS合金等），本工程根据介质是化学试剂需防腐的要求选用316SS合金泵头。
2 自动调节回路
自动调节控制回路原理如图1。
两个调节回路各自利用调节器的高低报警节点作泵的启、停控制。当测量值低于设定的最低点时，启动加药泵并自保持； 当测量值大于最高设定值时停止加药泵。设置阀值控制既起到自动启、停的功能，又起到高低阀值保护功能， 防止系统过度超调。
由于备用泵既备用加氨又备用加联胺， 故在此设置了备用泵的切换开关。当切换开关在“备用”位置时， 加氨调节器和加联胺调节器控制各自的加药泵； 当切换开关在“加氨” 位置时， 加氨调节器控制备用泵加氨， 加联胺调节器控制联胺加药泵；当切换开关在“加联胺”位置时， 加联胺调节器控制备用泵加联胺， 加氨调节器控制氨加药泵。
3 调节参数设置和整定
3．1控制阀值设置
按照大亚湾核电站的设计要求，凝结水的电导率应控制在12～17μs／cm，凝结水的联胺量控制在70～90ppb。
电导率对加氨的反应速度较快，但考虑到还存在一定的滞后，电导率启动点设在12．5μs／cm，停止点设在16．5μs／cm。通过试验，这样的设置可保证电导率控制在12～17μs／cm。
由于加药点和测量点较远，联胺测量响应慢，故大亚湾核电站的联胺测量信号滞后比较严重。从停止加药到联胺信号下降需12min左右。一旦开始下降，即使马上以最快速度加药，其下降速度也很快，很容易使联胺值超出范围。为了避免在泵的切换过程中出现联胺值过低的现象，就必须．保证切换一完成泵就投运。故在设置最低启动点时就必须大于正常设定值，大亚湾核电站的联胺正常目标值是80PPb，我们设定最低启动点为82PPb。通过这种方法，经过试验表明，切换时由于换阀等操作需要一定的时间，联胺的最低值为75PPb，符合要求。最高值仅起到一个保护功能，设为90ppb。
3．2 PID参数整定
3．2．1 加氨调节
试验中先采用临界比例。这种方法是以调节系统的边界稳定为前提条件， 先用单纯的比例试验求出临界比例度， 然后整定调节参数。
方法如下：①设置积分时间为最大（或关闭），设置微分时间为最小（或关闭）， 比例带放到较大值， 投入闭环运行； ②若稳定， 就减小比例带直到开始震荡； ④若是衰减震荡，则减小比例带； ④若是增幅震荡， 则加大比例带，调整到系统为小幅、等幅震荡， 此时的比例带为临界比例带（B）；把被调整参数随时间波动的曲线纪录下来，并求出其波动周期（临界周期T）。
测得B=100，T=5min。在此采用PI调节， 由经验公式得：
P=2．2 ×B=220；
Ti= 0．8 × T=4min；
得出初步的PI值后， 采用试凑法得到较理想参数组。分别改变P和T， 范围在±10％ ～ ±20％， 由5个Pi和Ti组成25组PI， 如此反复检验； 找到满意的PI值。
经试验表明， 当P为64， 为4时， 电导波动1个周期就趋于稳定，效果较好。经12h的曲线记录表明，采用此组调节参数后， 电导的波动在±0．1μs／cm。
3．2．2加联胺调节
由于系统存在有较大惯性或有滞后， 具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差作用的变化“超前”， 即在误差接近零时， 抑制误差的作用就应该是零。即在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的， 比例项的作用仅是放大误差的幅值， 而增加“微分项” 后，它能预测误差变化的趋势， 就能够提前使抑制误差的控制作用等于零， 甚至为负值， 从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，PD控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
考虑到调试时间的限制，无法采用试凑法，我们就采用了调节器的自整定功能。经过长达4h的自整定过程后，得到了较为理想的参数：P=1．663，1=4．53，D=1 8．29。这也证实了前面需加入微分的分析。经12小时的曲线记录表明， 采用此组调节参数后， 联胺的波动在±1 ppb。
4 结束语
尽管在许多火电厂已使用自动加药技术， 但在核电站的应用还是需要有一定的特点。首先， 在设计和设备选型上其可靠性要求较高。为此， 结合调研和经验， 保留了手动功能， 以防止控制系统出现故障时无法加药。其次， 设计时还需设计完整的试验过程， 并且严格实施（这也是大亚湾核电站要求的）。主要试验内容包括： 管道耐压试验； 泵出力试验、泵输出压力试验、泵的温升测试； 电机柜绝缘测试、电机温升测试、电机阻抗测试、电机电流测试、电机转速测试；控制柜绝缘测试、控制柜空载试验、控制柜带载试验、控制柜详细功能试验。所有的试验和测试形成一个完整的功能和品质鉴定报告。最后， 对于联胺调节系统， 由于其滞后严重，PID参数的调整较困难，希望我们的分析和结果对同行有一定的帮助。
参考文献
[1]陈玉娟，刘东波．核电站仪表管应力分析计算．重庆：电工技术，2004 （6）：52～53
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