核电厂除氧器液位控制优化

张春在

【摘 要】除氧器是核电站二回路除氧给水系统的关键设备，除氧器液位控制异常将影响机组的安全、稳定、经济运行。本文以某CANDU6机组为例，结合实际运行经验，阐明对核电厂除氧器控制系统及运行方式的优化。

【关键词】除氧器；液位；控制；优化

【Abstract】Deaerator is key equipment of secondary side thermal cycle. When the level of deaerator disturbs， it will threaten economy and stable even safety operation of the unit.This article use a CANDU6 unit as an example， combined with practical experience in the operation， clarify the nuclear power plant Deaerator Control System and operation mode optimization.

【Key words】Deaerator； Level； Control； Optimization

0 引言

在核电厂中，除氧器主要用于去除凝结水中的溶解氧，并为主给水泵提供足够的净正吸入压头，为蒸汽发生器提供一定的水装量储备。在机组运行时，需控制凝结水上水流量，维持除氧器液位在设定值。某核电厂采用三冲量、内部串级控制方式，所谓三冲量，输入一（IN1）为凝结水流量，输入二（IN2）为给水流量，输入三（IN3）为除氧器水箱液位。所谓内部串级，指每个控制器内部设定有两个回路（LOOP1/LOOP2），LOOP2为主回路用于液位控制，LOOP1为副回路用于凝结水流量调节，主、副回路是串联作用的，LOOP1的输出直接作用于液位控制阀。在反应堆功率稳定时，除氧器水位取决于凝结水流量与给水流量变化量的平衡，如果这两个流量中的一个大幅度变化，都会导致除氧器液位产生较大的变化。

综上所述，当给水流量、高加疏水量、除氧器抽汽量变化时，都会影响除氧器液位，要想控制好系统的动态变化过程，则需要采用PID 控制器来实现气动调节阀的快速响应，同时要对控制系统和运行方式进行优化，下面以某CANDU6机组为例，结合实际运行经验，阐明对核电厂除氧器控制系统及运行方式的优化。

1 控制系统优化

某核电厂除氧器液位控制系统有三个回路，分别为主回路（除氧器液位）、副回路（凝泵出口流量）和前馈回路（蒸发器给水流量）。主回路用于校正水位偏差，副回路快速消除内扰，而前馈用于补偿外部扰动，克服虚假水位现象。为保证被调量无静差，主/副调节器均采用PID控制方式。

1.1 控制器参数优化

当机组出现瞬态时，汽轮机脱扣，除氧器失去汽轮机抽汽，同时失去高加至除氧器的疏水，造成凝结水流量与给水流量不匹配，除氧器的液位下降。当除氧器液位低于备用控制阀参与控制的设定值时，在积分项的作用下，备用液位控制阀迅速全开，造成了除氧器液位快速上升，有可能触发除氧器高液位保护动作，导致上水控制阀关闭，彻底丧失除氧器上水。

通过对机组瞬态工况的分析，确认导致除氧器液位大幅波动的原因是控制器Loop2的响应偏慢，需要系统快速响应的时候没有跟上，通过在5%满功率范围内在线扰动实验，确定了除氧器液位控制器主环Loop2的最优控制参数，提高了响应速度，最大限度地减小了瞬态工况下除氧器的液位波动。

1.2 备用控制器设定值优化

瞬态时除氧器液位大幅波动的另一个原因是是积分饱和时间与机组瞬态时液位下降速度不匹配，导致备用上水阀开启过快，引起除氧器液位超调。为解决这一问题，通过分析瞬态时除氧器液位下降幅度，适当降低备用控制器液位设定值，减小瞬态时除氧器最低液位与设定值之间的偏差，使备用控制阀缓慢打开，减小对系统的冲击。液位高于备用控制器设定值时，备用控制阀逐渐关闭并开始退出运行状态，减小除氧器液位上升的速度。通过验证，该修改在机组瞬态时能较好控制除氧器的液位。

1.3 液位控制阀排气速度优化

当除氧器液位高于保护设定值时，所有除氧器上水气动阀迅速关闭，以防止水位的进一步上涨。阀门快关带来的另一个问题是由于关速过快，在冲力作用下，导致阀门卡死，当除氧器液位下降至正常液位需要补水时，上水阀无法打开导致除氧器低液位。通过对除氧器液位控制系统、液位调节阀控制气动回路的分析和现场试验，对除氧器液位控制阀气动回路中的紧急排气F型端口进行变更，换成在塞堵上钻节流孔，以降低排气速度，增加气动阀的关闭时间。通过试验和运行验证，液位控制阀在机组发生瞬态动作时，能快速关闭且不会卡死，同时除氧器高液位保护仍然能够按要求实现。

1.4 评价控制性能算法优劣的因素

设计控制器的基础在于对被控对象特性的了解以及合理的控制目标的设定，由于被控对象的复杂及人们认识能力的限制，设计控制器时采用的对象模型常常与实际存在偏差，从而导致控制性能不能达到预期的效果。即使控制器最初运行良好，诸如传感器、执行器损坏，器件污损，进料变化，产品改变乃至季节性影响也会使控制性能产生缓慢或突然的变化。这种变化会直接导致生产过程的异常及产品质量下降，影响工业系统的运行效率，因此，有必要对控制性能进行监控，以便及时发现问题，解决问题，将损失降低到最小限度。

2 运行方式优化

为了控制除氧器液位稳定，除了对控制系统进行优化外，合理安排主给水泵的启动时间，减小除氧器压力波动，从而减小除氧器的液位波动。同时根据不同的功率水平，对除氧器补水的方式进行优化，同样可以增加控制系统的稳定性，减少除氧器液位的波动。

2.1 合理安排主给水泵的启动时间

在机组启动阶段，为了给除氧器升温，常启动主给水泵再循环运行，利用主给水泵运行产生的热量对除氧器内的水进行升温。如果给水泵启动过早，当除氧器内的水温达到蒸发器上水温度要求时，反应堆功率又不能及时升高，蒸发器的上水流量就比较小，导致除氧器内压力持续上升，只能通过手动打开排气阀降低除氧器压力。由于除氧器压力不稳定，从顶部进入到除氧器的凝结水无法被加热到正常的饱和温度，所以在除氧器水面附近存在剧烈的热交换，导致除氧器出现汽水振荡，引起除氧器液位测量产生大幅波动，从而引起除氧器液位波动。根据运行实践，合理安排主给水泵启动时间，尽量与反应堆升功率的时间同步，可以有效减小除氧器的液位波动。

2.2 低功率时手动控制除氧器液位

当反应堆功率低于15%满功率时，由于凝结水、给水流量较低，流量变送器不能准确的测量实际流量，因而很难保证在机组启、停过程中实现除氧器液位的全程自动控制。根据实际的运行经验，在低功率时，蒸发器上水流量较小，除氧器液位下降比较缓慢，可以将除氧器液位控制由自动控制改为手动控制，根据除氧器水位手动进行小流量补水，防止产生汽水振荡引起除氧器液位波动。当反应堆功率大于15%满功率时，将控制器切至自动控制，实现除氧器液位的自动控制。实践证时，这种控制方式有效避免了除氧器的液位波动。

3 总结

总之，控制除氧器的液位稳定，对核电厂的安全、经济、可靠运行至关重要，通过对控制系统优化和运行方式的优化，确保了除氧器液位控制稳定，对核电机组运行具有非常实际的意义。

[责任编辑：汤静]