红沿河核电站除盐水控制系统设计.docx

红沿河核电站除盐水控制系统设计红沿河核电站除盐水控制系统设计张冬冬导语：本文介绍了红沿河核电站除盐水系统构造，除盐水分配系统产水及供水要求、控制基准，以及辅助系统控制基准，针对除盐水控制系统要求，采用ControlLogix系统设计了除盐水控制系统，系统采用全硬件冗余构造，知足系统高可靠性、高可用性、冗余切换无扰动的要求。系统使用方便，维护简单。摘要：本文介绍了红沿河核电站除盐水系统构造，除盐水分配系统产水及供水要求、控制基准，以及辅助系统控制基准，针对除盐水控制系统要求，采用ControlLogix系统设计了除盐水控制系统，系统采用全硬件冗余构造，知足系统高可靠性、高可用性、冗余切换无扰动的要求。系统使用方便，维护简单。关键词：核电站、除盐水系统、ControlLogix、冗余1引言核能是地球上最丰富的清洁能源，核电不会造成大气污染、可以实现可持续利用，因此推进核电建立，如今已经成为我国能源建立的一项重要政策。红沿河核电站是我国“十一五期间首个核电工程，也是东北地区首个核电工程。红沿河核电站采用我国自主研发的CPR1000压水堆技术，一期建立4台100万千瓦核电机组。与同等规模的燃煤电站相比，每年少消耗原煤约1200万吨，减少向大气排放二氧化碳约2400万吨，二氧化硫约10万吨，二氧化氮、一氧化氮等气体约6万吨，煤灰约120万吨，经济效益和环境效益显著。可编程控制器(PLC)具有高度的可靠性、开放性、可扩展性，设计配置灵敏，使用方便，在常规火电厂化学水系统中得到了广泛应用。核电站对核平安的特殊要求，大都沿用传统的模拟控制系统，随着核电站控制系统数字化程度不断进步，PLC在核电站辅控系统得到越来越多的应用，也是进步核电站综合自动化程度的必要手段。2除盐水控制系统介绍2.1除盐水系统构造红沿河核电站除盐水系统的功能是处理海水淡化系统来水，以知足电站核岛、常规岛、BOP对除盐水水质及水量的要求。除盐水单元去除经过海水淡化的清水中的溶解盐，清水中的阳、阴离子被离子交换树脂中相应的H+、OH-交换，得到一级除盐水，然后一级除盐水经过混床得到知足机组要求的除盐水。一级除盐水系统包括三个单元列，每个单元列包括以下两个交换器：无顶压逆流阳离子交换器，内装强酸性阳离子交换树脂；无顶压逆流阴离子交换器，内装强碱性阴离子交换树脂。混床系统包括三个单元列，每个单元列包括混合离子交换器，内装强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。当制水量到达预先设定的周期制水量，或出水的导电度超过设定值，树脂就要进展再生，阳树脂用盐酸HCL再生，阴树脂用NaOH再生，再生废水排到中和池。系统流程图如下所示：2.2除盐水分配系统产水及供水要求产水要求除盐水消费系统总有效出力：410m3/h，由3台阳离子交换器、3台阴离子交换器和3台混合离子交换器组成。阳离子交换器和阴离子交换器采用单元制连接。供水要求除盐水最大流量要求到达410m3/h，对于常规岛除盐水分配系统出口供水要求到达3.5bar压力，对于核岛除盐水分配系统出口供水要求到达3.1bar压力相对0m厂平标高；电站下游用户用水并不固定，机组正常运行时，常规岛除盐水分配系统/核岛除盐水分配系统用水量为6001000m3/day；单台机组启动时，常规岛除盐水分配系统/核岛除盐水分配系统用水量为5000m3/day左右，除盐水处理设备必须可以知足系统连续运行，间歇启停，频繁启动的要求。2.3除盐水分配系统控制基准除盐水分配系统可分为两大局部：一级除盐系统一级除盐系统由3列单元制的阳、阴离子交换器组成。3列系统并列运行，不设备用。一级除盐系统的失效：阳床累计进水流量到达设定值。设定值暂定为21900T，待调试中最终确定。阳床进出水电导率差值30mS/cm25。阴床出水电导率5mS/cm25。阴床二氧化硅100mg/L25。阳、阴离子交换器任一台设备失效，那么该列设备退出运行，预备进展再生程序。并退出一台混床。每隔一定周期，需要将强酸阳树脂和强碱阴树脂分别送至阳树脂、阴树脂清洗罐中进展清洗。混床系统混床失效：混床出水电导率0.2mS/cm25。混床二氧化硅20mg/L25。混床累计出水流量到达设定值。设定值暂定为21900T，待调试中最终确定。混床失效，先停运一列一级除盐系统，该混床预备进展再生程序。2.4辅助系统控制基准加氨系统除盐水产水进入SER除盐水箱前，先加氨调节pH值至9.0，加氨采用计量泵加药量通过电导率进展调节；PH值过高自动报警。再生系统当某一列除盐装置出水水质不合格或者累积制水量到达预设值时，系统自动投入树脂再生装置。一级除盐或者二级除盐装置混床进展自动程序再生。废水中和与排放系统当再生完成或者中和池的水位到达预设值时，中和水泵开场启动打循环，同时风机开场鼓风搅拌，必要时加药调节pH值为69。中和完成后，废水经中和水泵排往电站污水系统。2.5除盐水控制系统要求除盐水系统是为常规岛除盐水分配系统及核岛除盐水系统提供除盐水，而除盐水的供水很大程度上依靠于控制系统的自动化程度。控制系统必须以高效的可操纵性为基准，并在完全知足制水需求的条件下，尽可能地减少操纵及维护量。在正常情况下，系统全部自动运行，同时，操纵人员也有可能在控制盘上手动控制设备。控制系统系列产品应具有高可靠性，平均无故障时间(MTBF)应该到达百万小时数目级，可以在高电气噪声，无线电波干扰和振动环境下连续运行，并且可以在环境温度为060、相对湿度为595%的范围内连续运行，无凝聚现象。控制系统要采用全硬件冗余构造，冗余切换时系统无扰动。系统中的所有模块，无论是控制器、通讯模块，还是各种I/O模块都可以带电插拔，并且在框架上无槽位限制，可以任意插放，方便更换。系统配置的I/O模块具有I/O总量10的裕量，同时，在框架上的槽位还具有20%的裕量。系统运行时，通过操纵员界面，可以查看控制系统和网络模块的诊断状态信息，方便系统维护。3除盐水控制系统设计3.1控制系统构造根据红沿河核电厂除盐水控制系统要求，本系统采用冗余的ControlLogix系统，IO网络采用冗余的ControlNet网络，具有5个远程IO机架。控制系统构造如下列图所示：3.2ControlLogix冗余机制ControlLogix冗余控制系统为全硬件冗余架构。无需额外的编程，硬件级别自动实现冗余同步，可实现快速无扰动切换。ControlLogix冗余控制系统，分别由两个独立的机架构成，这两个机架配置完全一样，由框架，CPU模件，以太网通讯模件，ControlNet通讯模块和独立的冗余同步模件组成。两个机架之间通过光纤连接，进展实时的主从系统间的数据同步及冗余状态监视。任何情况下主处理器机架上发生故障，都会快速、无扰动地切换到从处理器机架上面，继续执行用户编写的逻辑控制程序。假如在主控制器框架上发生任何故障，通过切换到从控制器框架，提供更高的系统可用性。以下情况下，系统将从主框架切换到从框架：主框架掉电；主框架上的任何模块的硬件或者固件故障；主控制器中的用户程序主要故障；主框架上ControlNet网络连接故障；主框架上以太网网络连接故障；移除主框架上的任何模块；用户命令进展切换。整个切换经过瞬间完成，并且主从机架上面的I/O通讯卡件、以太网通讯卡件的地址都会采用X和X+1形式自动切换，无论主从怎样切换，主机架上的通讯卡件的地址永远是X，从机架上面的对应的通讯卡件的地址永远是X+1，因此整个切换经过对I/O控制、A端与B端控制器间的数据交换、维护操纵员站和车站级监控和综合监控的数据监视，均无任何延迟及影响。ControlLogix冗余系统无需额外的编程，用户编写的程序，只需要下载到主控制器中，从控制器会自动跟踪与同步主控制器中的程序；用户针对主控制器实现的在线编程与组态功能，同样会反映到从控制器中。因此，用户可最方便地使用和维护ControlLogix冗余控制器及系统。3.3控制器机架主从控制器机架的配置如下：7槽框架1756-A71个CPU模块1756-L612个以太网通讯模块1756-ENBT1个ControlNet网络通讯模块1756-CNBR1个冗余同步模块1756-SRM两个框架的冗余同步模块采用光纤连接。3.4IO网络及机架在该控制系统中，有5个远程IO机架，IO网络采用冗余的ControlNet网络，每个远程IO机架上配置有一块ControlNet网络通讯模块1756-CNBR。在本控制系统中，IO模块有：32点DI模块1756-IB3220块16点DO模块1756-OB16I22块16点AI模块1756-IF169块4点AO模块1756-OF41块3.5冗余电源模块在该ControlLogix冗余控制系统中，每个框架均采用冗余电源模块1756-PAR2供电。1756-PAR2冗余电源模块包括：两个1756-PA75R电源模块两条1756-CPR2电缆一个1756-PSCA2框架适配器模块冗余电源模块接线如下列图所示：3.6监控系统网络冗余控制器框架上分别配置有两块以太网模块，分别连接到两个监控系统交换机上；同样，监控系统效劳器上也配置有两块网卡，分别连接到两个监控系统交换机上，通过这样的配置，可以实现监控系统以太网络冗余，防止系统出现单点故障，进步系统可用性。4除盐水控制系统施行ControlLogix系统的组态和编程采用RSLogix5000软件，支持多种编程语言：梯形图(LD)、功能块图(FBD)、顺序功能图(SFC)、构造化文本(ST)，采用模块化多任务/双数据范围应用构造，提供先进的I/O配置工具，全面的指令集缩短了开发时间，用户自定义指令AOI通过创立一系列通用的定制指令来节省开发时间，支持适应特定应用的自定义数据构造和数组，并且提供多种进步工作效率的工具。4.1控制系统IO组态高度直观的I/O模块配置向导,用户可以轻松地配置一个模块，所有显示的信息易于理解，自动创立应用中将要使用的标签。I/O模块状态在控制器组织器中动态显示，为用户指示潜伏的问题；提供电子I/O模块键锁，验证是否安装了正确的模块，并提供内嵌的信息。模拟量模块提供浮点数的工程量变换，简化编程，进步效率，并且提供内嵌的报警，有多个设定值，模块直接执行检查，报告状态给控制器。I/O模块配置例如如下列图所示：