一種可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，所述加鋅裝置包括：在線鋅濃度測(cè)量裝置、可編程邏輯控制單元(PLC)、調(diào)節(jié)閥與注鋅泵；其中，所述可編程邏輯控制單元分別連接所述在線鋅濃度測(cè)量裝置、調(diào)節(jié)閥和注鋅泵；根據(jù)在線鋅濃度測(cè)量裝置的測(cè)量數(shù)據(jù)，所述可編程邏輯控制單元實(shí)時(shí)控制所述調(diào)節(jié)閥與注鋅泵，調(diào)節(jié)鋅輸入速率。本發(fā)明在鋅濃度實(shí)時(shí)在線測(cè)量的基礎(chǔ)上，用鋅濃度測(cè)量數(shù)據(jù)作為反饋信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)鋅輸入速率。本發(fā)明使用的自動(dòng)化方法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確，將代替繁瑣而不準(zhǔn)確的人工控制方法，也不需要通過(guò)復(fù)雜而不可靠的參數(shù)計(jì)算來(lái)獲得鋅的輸入速率。
【專利說(shuō)明】
一種可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明具體涉及一種可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，屬于核 電站壓水堆技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了降低大修輻射劑量和一回路側(cè)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，壓水堆核電站普遍采用注鋅的 水化學(xué)技術(shù)。截至2013年，全世界已經(jīng)有30%的壓水堆核電站采用了加鋅水化學(xué)技術(shù)，而美 國(guó)更是有59%的壓水堆核電機(jī)組采用了該技術(shù)，而且采用加鋅水化學(xué)技術(shù)的核電機(jī)組每年 還在持續(xù)穩(wěn)定的增加。因此，加鋅技術(shù)已成為壓水堆核電站水化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。研究表明， 鋅能置換出一回路設(shè)備材料氧化膜內(nèi)某些離子，降低輻射劑量率，使得一回路氧化膜的結(jié) 構(gòu)更加致密，耐腐蝕性能增強(qiáng)。加鋅的濃度一般也很低，美國(guó)電力研究院發(fā)布的加鋅導(dǎo)則值 推薦其濃度值為5-40yg/L。目前，我國(guó)正在引進(jìn)、消化、吸收第三代AP1000核電技術(shù)，該機(jī)組 設(shè)計(jì)要求每臺(tái)機(jī)組每年的集體劑量為0.671人? Sv，遠(yuǎn)低于二代核電站的1.5人? Sv，其中， 采用加鋅水化學(xué)技術(shù)是達(dá)到這一要求的主要技術(shù)手段之一。
[0003] 目前核電廠采用的加鋅裝置其鋅濃度需要人工控制，是受制于鋅濃度的離線測(cè)量 方法，操作人員根據(jù)離線取樣測(cè)量的鋅濃度值，與目標(biāo)值相比較后，再調(diào)節(jié)加鋅溶液的流 量。由于壓水堆一回路中鋅的消耗速率是波動(dòng)的和難以確定的，受樹(shù)脂及材料表面吸附、沉 積行為影響很大，并且不同的反應(yīng)堆、之前是否加過(guò)鋅及運(yùn)行參數(shù)等因素造成的差別也很 大，因此，這種人工控制鋅濃度的加鋅方法，需要頻繁的測(cè)量與調(diào)節(jié)，效率低下，也得不到準(zhǔn) 確穩(wěn)定的鋅濃度。三菱重工業(yè)株式會(huì)社國(guó)際申請(qǐng)發(fā)明專利CN102099869B描述的壓水堆一回 路加鋅裝置就是上述需要人工控制的典型裝置，需要人工調(diào)節(jié)注入栗或調(diào)節(jié)閥的流量。通 用電氣公司國(guó)際申請(qǐng)發(fā)明專利CN1313992A提供了一種計(jì)算加鋅速率的方法，如前述需要知 道眾多影響因素的參數(shù)才能計(jì)算，而且由于鋅濃度的實(shí)時(shí)變化，實(shí)際也難以進(jìn)行。
[0004] 本發(fā)明之所以能實(shí)現(xiàn)鋅濃度的自動(dòng)控制，是基于中國(guó)原子能科學(xué)研究院已先實(shí)現(xiàn) 鋅濃度的實(shí)時(shí)在線測(cè)量，該測(cè)量技術(shù)已早先申請(qǐng)了中國(guó)專利CN104535510A。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置， 在鋅濃度實(shí)時(shí)在線測(cè)量的基礎(chǔ)上，用鋅濃度測(cè)量數(shù)據(jù)作為反饋信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)鋅輸入速率。
[0006] 具體的，本發(fā)明提供了一種可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置， 所述加鋅裝置包括:在線鋅濃度測(cè)量裝置、可編程邏輯控制單元(PLC)、調(diào)節(jié)閥、注鋅栗;其 中，所述可編程邏輯控制單元分別連接所述在線鋅濃度測(cè)量裝置、調(diào)節(jié)閥和注鋅栗;根據(jù)在 線鋅濃度測(cè)量裝置的測(cè)量數(shù)據(jù)，所述可編程邏輯控制單元實(shí)時(shí)控制所述調(diào)節(jié)閥與注鋅栗， 調(diào)節(jié)鋅輸入速率。
[0007] 進(jìn)一步，如上所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，所述在 線鋅濃度測(cè)量裝置還連接壓水堆一回路，實(shí)時(shí)測(cè)量所述壓水堆一回路的鋅濃度數(shù)據(jù)。
[0008] 進(jìn)一步，如上所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，所述注 鋅栗還分別連接所述調(diào)節(jié)閥和鋅溶液箱。
[0009] 進(jìn)一步，如上所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，所述在 線鋅濃度測(cè)量裝置實(shí)時(shí)獲得所述鋅濃度數(shù)據(jù)并輸入可編程邏輯控制單元，與事先設(shè)定的鋅 濃度目標(biāo)值相比較，采用比例-積分-微分(PID)算法得到加鋅速率，再根據(jù)加鋅溶液濃度， 計(jì)算出加鋅溶液注入流量。
[0010] 進(jìn)一步，如上所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，所述可 編程邏輯控制單元將所述加鋅溶液注入流量的數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)時(shí)輸入調(diào)節(jié)閥及注鋅栗，以實(shí)時(shí) 控制加鋅速率。
[0011] 進(jìn)一步，如上所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，所述數(shù) 據(jù)信號(hào)為數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)。
[0012] 進(jìn)一步，如上所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，所述加 鋅速率的表達(dá)式為：
[0014] VZn為加鋅速率，Ac為回路中實(shí)時(shí)鋅濃度與目標(biāo)值的差距，分別代表了 PID算法的 輸出與輸入量;T表示時(shí)間；三個(gè)與比例、積分及微分相對(duì)應(yīng)的可調(diào)節(jié)參數(shù)分別為：比例系數(shù) Kp，積分時(shí)間常數(shù)TI，微分時(shí)間常數(shù)TD。
[0015] 進(jìn)一步，如上所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，所述加 鋅溶液注入流量=加鋅速率/加鋅溶液濃度。
[0016] 本發(fā)明使用的自動(dòng)化方法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確，將代替繁瑣而不準(zhǔn)確的人工控制方法，也不 需要通過(guò)復(fù)雜而不可靠的參數(shù)計(jì)算來(lái)獲得鋅的輸入速率。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0019] 如圖1所示，本發(fā)明的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置主要由 在線鋅濃度測(cè)量裝置1、可編程邏輯控制單元(PLC)2、可由信號(hào)控制的調(diào)節(jié)閥3與注鋅栗4組 成，加鋅位置在一回路化容系統(tǒng)5下游，一定濃度的鋅溶液儲(chǔ)存在鋅溶液箱6中，依次經(jīng)由注 鋅栗4、調(diào)節(jié)閥3進(jìn)入一回路7,注鋅栗4與調(diào)節(jié)閥3的流量受PLC2控制，PLC2接收在線鋅濃度 測(cè)量裝置1的測(cè)量數(shù)據(jù)、設(shè)定的目標(biāo)鋅濃度數(shù)據(jù)及其它必要的核電廠運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，并按程 序進(jìn)行邏輯計(jì)算。
[0020] 首先，在線鋅濃度測(cè)量采用中國(guó)原子能科學(xué)研究院先前已申請(qǐng)的中國(guó)專利 CN104535510A分光光度法。
[0021] 其次，PLC根據(jù)實(shí)時(shí)輸入的一回路鋅濃度數(shù)據(jù)與事先設(shè)定的鋅濃度目標(biāo)值相比較 來(lái)計(jì)算實(shí)時(shí)所需的加鋅速率，實(shí)時(shí)鋅濃度數(shù)據(jù)比目標(biāo)值越小時(shí)，越提高加鋅速率，越接近目 標(biāo)值時(shí)，降低加鋅速率，超過(guò)目標(biāo)值時(shí)，逐漸停止加鋅，但這種計(jì)算并不是簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)或按 比例，而是采用比例-積分-微分(PID)算法，以獲得平穩(wěn)的數(shù)據(jù)變化，減少超前或滯后現(xiàn)象。 加鋅速率的表達(dá)式為：
[0023] vZn為加鋅速率，Ac為回路中實(shí)時(shí)鋅濃度與目標(biāo)值的差距，分別代表了 PID算法的 輸出與輸入量;T表示時(shí)間；三個(gè)與比例、積分及微分相對(duì)應(yīng)的可調(diào)節(jié)參數(shù)分別為：比例系數(shù) Kp，積分時(shí)間常數(shù)TI，微分時(shí)間常數(shù)TD(3KP表不加鋅速率VZn與濃度偏差△ C成正比，即偏差越 大，加鋅速率越快;積分調(diào)節(jié)不僅與偏差的大小有關(guān)，還與偏差存在的時(shí)間有關(guān)，TI越小，VZn 隨時(shí)間變化越快；TD表示加鋅速率VZn與偏差隨時(shí)間的變化速率成正比關(guān)系。KP、 TI&TD這三 個(gè)參數(shù)的確定需要現(xiàn)場(chǎng)整定，即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)加鋅速率對(duì)回路鋅濃度的影響特征來(lái)調(diào)節(jié)，雖然 整定過(guò)程也可以由程序自動(dòng)完成，但保險(xiǎn)起見(jiàn)，還是推薦采用人工調(diào)節(jié)，即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋅濃度 的變化曲線，從上述三個(gè)參數(shù)的不同調(diào)節(jié)作用出發(fā)，逐次逼近最佳值。
[0024]得到的加鋅速率VZn(g/h)后，再根據(jù)加鋅母液濃度Cm(g/L)，計(jì)算出加鋅母液注入 流量Q( =VZn/Cm，L/h)，PLC將加鋅溶液注入流量數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)時(shí)輸入調(diào)節(jié)閥及注鋅栗，以實(shí)時(shí) 控制加鋅速率。
[0025]最后，由信號(hào)控制的調(diào)節(jié)閥及注鋅栗，可接收數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)(標(biāo)準(zhǔn)電壓或電 流），根據(jù)PLC給定值，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)注鋅液流量，從而使壓水堆一回路冷卻劑加鋅濃度自動(dòng)控制 在目標(biāo)值。
[0026] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了壓水堆一回路冷卻劑加鋅濃度的自動(dòng)控制，提高了準(zhǔn)確性和效率， 簡(jiǎn)化了操作。
[0027] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范 圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，其特征在于： 所述加鋅裝置包括:在線鋅濃度測(cè)量裝置、可編程邏輯控制單元(PLC)、調(diào)節(jié)閥、注鋅 栗； 其中，所述可編程邏輯控制單元分別連接所述在線鋅濃度測(cè)量裝置、調(diào)節(jié)閥和注鋅栗； 根據(jù)在線鋅濃度測(cè)量裝置的測(cè)量數(shù)據(jù)，所述可編程邏輯控制單元實(shí)時(shí)控制所述調(diào)節(jié)閥與注 鋅栗，調(diào)節(jié)鋅輸入速率。2. 如權(quán)利要求1所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，其特征在 于： 所述在線鋅濃度測(cè)量裝置還連接壓水堆一回路，實(shí)時(shí)測(cè)量所述壓水堆一回路的鋅濃度 數(shù)據(jù)。3. 如權(quán)利要求1或2所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，其特征 在于： 所述注鋅栗還分別連接所述調(diào)節(jié)閥和鋅溶液箱。4. 如權(quán)利要求2所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，其特征在 于： 所述在線鋅濃度測(cè)量裝置實(shí)時(shí)獲得所述鋅濃度數(shù)據(jù)并輸入可編程邏輯控制單元，與事 先設(shè)定的鋅濃度目標(biāo)值相比較，采用比例-積分-微分(PID)算法得到加鋅速率，再根據(jù)加鋅 溶液濃度，計(jì)算出加鋅溶液注入流量。5. 如權(quán)利要求4所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，其特征在 于： 所述可編程邏輯控制單元將所述加鋅溶液注入流量的數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)時(shí)輸入調(diào)節(jié)閥及注 鋅栗，以實(shí)時(shí)控制加鋅速率。6. 如權(quán)利要求5所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，其特征在 于： 所述數(shù)據(jù)信號(hào)為數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)。7. 如權(quán)利要求4所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，其特征在 于： 所述加鋅速率的表達(dá)式為：vZn為加鋅速率，A c為回路中實(shí)時(shí)鋅濃度與目標(biāo)值的差距，分別代表了PID算法的輸出 與輸入量；τ表示時(shí)間；三個(gè)與比例、積分及微分相對(duì)應(yīng)的可調(diào)節(jié)參數(shù)分別為：比例系數(shù)KP， 積分時(shí)間常數(shù)τ I，微分時(shí)間常數(shù)τ D。8. 如權(quán)利要求4所述的可自動(dòng)控制鋅濃度的壓水堆一回路冷卻劑加鋅裝置，其特征在 于： 所述加鋅溶液注入流量=加鋅速率/加鋅溶液濃度。
【文檔編號(hào)】G21C19/28GK105931686SQ201610256491
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】胡勇, 王輝, 曹林園, 海正銀, 田玨, 辛長(zhǎng)勝, 彭德全
【申請(qǐng)人】中國(guó)原子能科學(xué)研究院