摘 要:介紹了大亞灣核電站的加藥改造方案、自動回路和PID整定過程,并提供了一些經(jīng)驗和PID參數(shù)。
關(guān)鍵詞:核電站;自動加藥;PID參數(shù)
O 引言
和常規(guī)電廠一樣, 大亞灣核電站的加藥系統(tǒng)是通過加入聯(lián)胺調(diào)節(jié)二回路水中的溶解氧含量,加入氨調(diào)節(jié)二回路水的PH值。其目的是控制汽水系統(tǒng)的化學性質(zhì), 防止蒸汽發(fā)生器、汽機等熱力設(shè)備和管道的腐蝕, 減少雜物沉淀。此外, 本系統(tǒng)還有對熱力設(shè)備的濕保養(yǎng)和防腐功能。
加入的聯(lián)胺和氨必須控制在合理的范圍內(nèi),才能達到防腐要求,過多或過少都會影響防腐性能。按照大亞灣核電站的設(shè)計要求,凝結(jié)水的電導率應(yīng)控制在12~17s/cm的范圍內(nèi),對應(yīng)pH值在9.64~9.79,凝結(jié)水的聯(lián)胺量控制在70~90ppb之間。
原系統(tǒng)由化學人員根據(jù)現(xiàn)場巡視電導率和聯(lián)胺濃度來調(diào)節(jié)對應(yīng)的加藥泵行程,改變氨水和聯(lián)胺的注入流量,達到控制凝結(jié)水的PH值和聯(lián)胺量的目的。由于設(shè)備老化及工藝要求,故決定對其二回路加氨和加聯(lián)胺系統(tǒng)進行自動化改造。
1 改造方案
我們選用新型的液壓隔膜計量泵和異步交流電機替代原有3個連續(xù)運行加藥泵,3臺泵中, 一臺泵備用, 另外兩臺用原有的電導率表和聯(lián)胺表的信號,分別送到兩個PID調(diào)節(jié)器,PID調(diào)節(jié)器根據(jù)實測值與設(shè)定目標值進行PID運算, 輸出調(diào)節(jié)指令給變頻器,變頻器輸出相應(yīng)頻率的交流電驅(qū)動異步交流電機, 改變電機轉(zhuǎn)速, 相應(yīng)就改變了藥液的注入流量, 從而達到控制凝結(jié)水電導率和聯(lián)胺量的目的。
1.1控制方式
由于核電站對可靠性和可用性要求較高, 改造后的系統(tǒng)具有手動、半自動和全自動3種調(diào)節(jié)方式,由3個位置轉(zhuǎn)換開關(guān)進行切換。具體如下:
(1)手動: 在該方式下和原有傳統(tǒng)的加藥方式類似, 變頻器和PID調(diào)節(jié)器被旁路, 加藥泵的啟、停由現(xiàn)場操作人員控制, 按下啟動按鈕泵電機即以全速運行(5OHz),藥液的注入量依據(jù)現(xiàn)場巡視參數(shù)調(diào)節(jié)相應(yīng)加藥泵的沖程來控制。
(2)半自動:PID調(diào)節(jié)器被旁路,加藥量的控制是通過調(diào)節(jié)變頻器的轉(zhuǎn)速控制電位器來實現(xiàn)的, 改變電機轉(zhuǎn)速, 相應(yīng)藥液注入流量就改變。
(3)自動: 藥液的注入控制自動完成。根據(jù)設(shè)定閥值自動啟、停加藥泵,PID調(diào)節(jié)器根據(jù)用戶設(shè)定和現(xiàn)場儀表的檢測值,運算后控制變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速及啟、停, 相應(yīng)藥液流量就被控制在工藝要求的范圍內(nèi)。
1.2 主要設(shè)備選型
1.2.1 調(diào)節(jié)器
功能: 完成PI D調(diào)節(jié)、設(shè)定控制目標; 設(shè)定自動啟、停泵的控制點。
型號:UDC33OO調(diào)節(jié)器(Honeywell)
詳細信息:輸入/輸出隔離。輸入類型: 各類熱電偶、熱電阻、線性信號, 雙回路輸入、數(shù)字信號輸入(可選);根據(jù)本工程輸入信號電導和聯(lián)胺濃度的特點, 輸入類型選用線性信號。
輸出類型: 電流輸出、繼電器輸出、開集級輸出、可選輔助電流輸出; 隔離的輔助電流輸出和數(shù)字量輸入;SPDT電磁繼電器報警輸出,各類報警類型選擇組態(tài)靈活;RS一422/485 MODBUS和ASCII碼,DMCS通訊;根據(jù)本工程變頻器的輸入即調(diào)節(jié)器的輸出信號是4~20mA電流信號,輸入類型選用線性信號。
A/M 手自動切換控制; 具有模糊邏輯控制, 超調(diào)抑制的Accutune 11參數(shù)自適應(yīng)算法。
控制算法輸出:ON/OFF、位置比例、PID—A、PID—B、帶手動積分的PD控制、可雙回路PID控制、手/自動串級控制、三位步進控制、雙重輸出控制(本工程選用的是PID—A 控制算法輸出)。
控制精度:本工程選用1 1位分辨率、全量程0.5%輸出精度。
1.2.2變頻器
功能: 根據(jù)調(diào)節(jié)器的指令改變加藥泵的轉(zhuǎn)速,以改變加藥量; 根據(jù)調(diào)節(jié)器或人工指令自動啟/停加藥泵。
型號:ACS140(ABB)
控制精度: 可靈敏地跟蹤給定信號, 平均精度大于1%;
響應(yīng):響應(yīng)速度快,平均延時小于9ms;
電源電壓:三相380V(±10%l 頻率:50Hz;
保護功能: 過流、過壓、欠壓、過熱、I/O端子短路、接地、輸出短路、輸入缺相、電機過載和堵轉(zhuǎn)保護。
1.2.3計量加藥泵
功能:根據(jù)變頻器的轉(zhuǎn)速控制和啟、停控制完成加藥目標。
型號:RB090(MROY系列液壓隔膜計量泵,美國米頓羅)
性能特點:無柱塞填料的液壓驅(qū)動隔膜,免維護高精度進、出口單向止回閥, 內(nèi)置可調(diào)壓力釋放閥,雙隔膜/帶破裂報警功能, 可選PTFE材質(zhì)隔膜, 壽命不小于20000h 。單/雙頭結(jié)構(gòu), 流量可分別獨立調(diào)節(jié),可手動、電動、變頻、氣動調(diào)節(jié)流量, 在泵運行或停止狀態(tài)均可調(diào)節(jié)流量。
調(diào)節(jié)范圍:100:10,穩(wěn)態(tài)精度: ±1%。
最大吸程3m水柱。
介質(zhì)溫度:塑料最高60℃,金屬最高90℃。
多種泵頭材質(zhì)可選(PVC、PVDF、316SS合金等),本工程根據(jù)介質(zhì)是化學試劑需防腐的要求選用316SS合金泵頭。
2 自動調(diào)節(jié)回路
自動調(diào)節(jié)控制回路原理如圖1。
兩個調(diào)節(jié)回路各自利用調(diào)節(jié)器的高低報警節(jié)點作泵的啟、停控制。當測量值低于設(shè)定的最低點時,啟動加藥泵并自保持; 當測量值大于最高設(shè)定值時停止加藥泵。設(shè)置閥值控制既起到自動啟、停的功能,又起到高低閥值保護功能, 防止系統(tǒng)過度超調(diào)。
由于備用泵既備用加氨又備用加聯(lián)胺, 故在此設(shè)置了備用泵的切換開關(guān)。當切換開關(guān)在“備用”位置時, 加氨調(diào)節(jié)器和加聯(lián)胺調(diào)節(jié)器控制各自的加藥泵; 當切換開關(guān)在“加氨” 位置時, 加氨調(diào)節(jié)器控制備用泵加氨, 加聯(lián)胺調(diào)節(jié)器控制聯(lián)胺加藥泵;當切換開關(guān)在“加聯(lián)胺”位置時, 加聯(lián)胺調(diào)節(jié)器控制備用泵加聯(lián)胺, 加氨調(diào)節(jié)器控制氨加藥泵。
3 調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置和整定
3.1控制閥值設(shè)置
按照大亞灣核電站的設(shè)計要求,凝結(jié)水的電導率應(yīng)控制在12~17μs/cm,凝結(jié)水的聯(lián)胺量控制在70~90ppb。
電導率對加氨的反應(yīng)速度較快,但考慮到還存在一定的滯后,電導率啟動點設(shè)在12.5μs/cm,停止點設(shè)在16.5μs/cm。通過試驗,這樣的設(shè)置可保證電導率控制在12~17μs/cm。
由于加藥點和測量點較遠,聯(lián)胺測量響應(yīng)慢,故大亞灣核電站的聯(lián)胺測量信號滯后比較嚴重。從停止加藥到聯(lián)胺信號下降需12min左右。一旦開始下降,即使馬上以最快速度加藥,其下降速度也很快,很容易使聯(lián)胺值超出范圍。為了避免在泵的切換過程中出現(xiàn)聯(lián)胺值過低的現(xiàn)象,就必須.保證切換一完成泵就投運。故在設(shè)置最低啟動點時就必須大于正常設(shè)定值,大亞灣核電站的聯(lián)胺正常目標值是80PPb,我們設(shè)定最低啟動點為82PPb。通過這種方法,經(jīng)過試驗表明,切換時由于換閥等操作需要一定的時間,聯(lián)胺的最低值為75PPb,符合要求。最高值僅起到一個保護功能,設(shè)為90ppb。
3.2 PID參數(shù)整定
3.2.1 加氨調(diào)節(jié)
試驗中先采用臨界比例。這種方法是以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的邊界穩(wěn)定為前提條件, 先用單純的比例試驗求出臨界比例度, 然后整定調(diào)節(jié)參數(shù)。
方法如下:①設(shè)置積分時間為最大(或關(guān)閉),設(shè)置微分時間為最小(或關(guān)閉), 比例帶放到較大值, 投入閉環(huán)運行; ②若穩(wěn)定, 就減小比例帶直到開始震蕩; ④若是衰減震蕩,則減小比例帶; ④若是增幅震蕩, 則加大比例帶,調(diào)整到系統(tǒng)為小幅、等幅震蕩, 此時的比例帶為臨界比例帶(B);把被調(diào)整參數(shù)隨時間波動的曲線紀錄下來,并求出其波動周期(臨界周期T)。
測得B=100,T=5min。在此采用PI調(diào)節(jié), 由經(jīng)驗公式得:
P=2.2 ×B=220;
Ti= 0.8 × T=4min;
得出初步的PI值后, 采用試湊法得到較理想?yún)?shù)組。分別改變P和T, 范圍在±10% ~ ±20%, 由5個Pi和Ti組成25組PI, 如此反復(fù)檢驗; 找到滿意的PI值。
經(jīng)試驗表明, 當P為64, 為4時, 電導波動1個周期就趨于穩(wěn)定,效果較好。經(jīng)12h的曲線記錄表明,采用此組調(diào)節(jié)參數(shù)后, 電導的波動在±0.1μs/cm。
3.2.2加聯(lián)胺調(diào)節(jié)
由于系統(tǒng)存在有較大慣性或有滯后, 具有抑制誤差的作用, 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差作用的變化“超前”, 即在誤差接近零時, 抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。即在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的, 比例項的作用僅是放大誤差的幅值, 而增加“微分項” 后,它能預(yù)測誤差變化的趨勢, 就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零, 甚至為負值, 從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象,PD控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。
考慮到調(diào)試時間的限制,無法采用試湊法,我們就采用了調(diào)節(jié)器的自整定功能。經(jīng)過長達4h的自整定過程后,得到了較為理想的參數(shù):P=1.663,1=4.53,D=1 8.29。這也證實了前面需加入微分的分析。經(jīng)12小時的曲線記錄表明, 采用此組調(diào)節(jié)參數(shù)后, 聯(lián)胺的波動在±1 ppb。
4 結(jié)束語
盡管在許多火電廠已使用自動加藥技術(shù), 但在核電站的應(yīng)用還是需要有一定的特點。首先, 在設(shè)計和設(shè)備選型上其可靠性要求較高。為此, 結(jié)合調(diào)研和經(jīng)驗, 保留了手動功能, 以防止控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時無法加藥。其次, 設(shè)計時還需設(shè)計完整的試驗過程, 并且嚴格實施(這也是大亞灣核電站要求的)。主要試驗內(nèi)容包括: 管道耐壓試驗; 泵出力試驗、泵輸出壓力試驗、泵的溫升測試; 電機柜絕緣測試、電機溫升測試、電機阻抗測試、電機電流測試、電機轉(zhuǎn)速測試;控制柜絕緣測試、控制柜空載試驗、控制柜帶載試驗、控制柜詳細功能試驗。所有的試驗和測試形成一個完整的功能和品質(zhì)鑒定報告。最后, 對于聯(lián)胺調(diào)節(jié)系統(tǒng), 由于其滯后嚴重,PID參數(shù)的調(diào)整較困難,希望我們的分析和結(jié)果對同行有一定的幫助。
參考文獻
[1]陳玉娟,劉東波.核電站儀表管應(yīng)力分析計算.重慶:電工技術(shù),2004 (6):52~53