李福才

（中核核电运行管理有限公司 维修三处，浙江 嘉兴 314300）

0 引言

秦二厂1、2号机固体废物处理系统的浓缩液贮罐上安装有2个温度开关和1支温度计：2个温度开关分别用于启停2台电加热器将浓缩液温度控制在一定范围；温度计用于对内部浓缩液温度进行数值显示并触发低温报警，以便于运行人员进行监视。由于此温度开关的安装方式和位置等原因，检修所需的工期长，影响了设备的正常使用。为了解决此问题，将这2个温度开关变更为可靠性更高的铂电阻温度计，优化了浓缩液的温度控制方式。而此用于监视浓缩液温度的温度计安装在罐顶部，其从罐顶插入至罐中。将2个温度开关改为2个温度计后，理论上来讲3个温度计的被测介质相同，测量结果应是一致的。但实际上由于这支用于数值显示的温度计和2个用于温度控制的温度计的测点高度不同，导致浓缩液液位低于某一高度时用于数值显示的温度计测得结果会偏低，产生温度低报警。通过对各种解决方法进行比较，最终确定采取修改定值的方法来避免此误报警的产生。

1 9TES001BA简介

650MW核电机组的三废系统包含TEG（废气处理系统）、TEP（硼回收系统）、TEU（废液处理系统）、TES（固体废物处理系统），由KSN（核辅助厂房三废处理控制系统）进行集中控制和监视。TES001BA为固体废物处理系统的浓缩液贮罐，其可以接收来自废液处理系统和硼回收系统排放来的浓缩液，也可以接收SRE（核岛污水回收系统）过来的化学废水。由于浓缩液中溶解的物质在低于某一温度时会产生结晶造成设备堵塞，所以贮槽TES001BA和相关的管道设有保温层和加热装置[1]。根据辐射水平和污染风险的高低，核电厂将厂房划分为红、橙、黄、绿4个区域，其中红区的辐射水平和污染风险最高。秦二厂1、2号机为两台650MW核电机组，其浓缩液贮槽9TES001BA位于红区。贮槽上装有两台独立的电加热器1TES001RS和2TES002RS进行加热，这两台电加热器都有手动和自动两种控制方式。在手动控制模式下，通过控制室的启动和停止按钮可以直接控制电加热器启停；在自动模式下分别由一个温度开关控制启停。其中1TES001RS的启停由温度开关1TES002ST控制，控制功能由1KSN系统的控制PLC实现；2TES002RS的启停由温度开关2TES003ST控制，控制功能由2KSN系统的控制PLC实现。另外9TES001BA上还安装了铂电阻温度计9TES001MT对罐内温度进行监视，此温度信号的采集和转换功能由9TES系统的控制PLC实现。

2 9TES001BA温度控制优化

2.1 将温度开关改为温度计的原因

2.1.1 电加热器的自动控制方式

1KSN系统有1KSNA00AR和1KSNB00AR两个控制柜，内部均安装有PLC。温度开关1TES002ST的信号接至1KSNB00AR中，经PLC处理后输出命令控制柜内的继电器动作，最终由继电器输出电压信号控制1TES001RS启停。1TES002ST的设定值为L：55℃，切换差5℃。当1TES001RS处于自动控制状态且9TES001BA内温度低于55℃时，1TES002ST动作并将信号送入1KSN系统的PLC中，PLC输出1TES001RS的启动命令。当9TES001BA内温度上升至60℃（55℃+5℃）时，1TES002ST状态复位，PLC输出1TES001RS停命令。

2KSN系统有2KSNC00AR和2KSND00AR两个控制柜，内部同样均安装有PLC。温度开关2TES003ST的信号接至2KSND00AR内的PLC上，最终输出信号控制2TES002RS启停。2TES003ST的设定值为L：50℃，切换差5℃。2TES002RS的自动控制方式与1TES001RS相同。

2.1.2 温度开关问题

1TES001ST和2SIT002ST为相同型号的温度开关，该温度开关主要由温包、毛细管和开关元件3部分构成。温包安装于9TES001BA罐体上，位于红区ND404房间，开关元件安装在黄区ND403房间。ND404和ND403两个房间由一道墙壁隔开，且墙壁上有一孔洞贯穿。温度开关的毛细管穿过此孔洞，以使温包安装在红区，开关元件安装在黄区。由于该温度开关拆装麻烦且红区辐射剂量高，所以其不便于用加热装置进行离线校验，只能在线校验。而在线校验时，只能以温度计9TES001MT做为参考，根据温度计的测量值对温度开关的定值及切换差进行调整。由于9TES001BA中的浓缩液介质升、降温度过程很慢，所以检修一次的工作时间通常需要一周左右[2]。秦二厂1、2号机组三废系统在以往运行期间1TES002ST和2TES003ST曾多次出现定值漂移导致9TES001BA内的电加热器无法自动启动的故障，这严重影响了设备的正常使用。

2.1.3 使用温度计的优点

1）可靠

铂电阻温度计是利用其电阻与温度成一定函数关系而制成的温度传感器。由于铂的特性稳定，不会因高低温而引起物理或化学变化，所以铂电阻温度计有良好的长期稳定性，性能相对可靠。将温度开关改为铂电阻温度计可以降低仪表故障率，减少现场检修工作量。

2）控制准确

温度开关1TES002ST和2TES003ST的开关元件部分是纯机械式结构，开关动作和复位时都会存在重复性误差，即每次动作时对应的温度值会略有不同，每次复位时也是如此。而铂电阻温度计以模拟量信号形式连接至PLC，在PLC中通过编程的形式既可以精确地设置信号触发的定值，又可以精确地设置信号复位的定值，相比于温度开关来讲控制更加准确。

3）双支温度计有备用支

如使用双支的铂电阻温度计，则在后续运行过程中即便正常使用的一支温度计损坏了，还可以用另外备用的一支。这样既可以减少检修人员进入高辐射区域更换温度计的次数，避免检修人员多接受到放射性照射剂量，又可以快速解决现场缺陷，使设备尽快地处于可用状态。

4）可参照对比

将两温度开关改为温度计后，9TES001BA罐体上就共有3个温度计，且其中2个温度计为双支。当发现某个温度值出现异常时，可对这些温度计的测量值进行相互参照对比，这样便于故障判断。

2.2 温度开关改为温度计的实施

2.2.1 硬件变更

将温度开关1TES002ST和2TES003ST分别改为铂电阻温度计1TES002MT和2TES003MT的实施方法如下：

1）安装温度计

首先，在ND404房间内拆下9TES001BA上温度开关1TES002ST和2TES003ST的温包[2],保留其安装在9TES001BA上的外保护套管；然后，整体拆除1TES002ST和2TES003ST（包括温包、毛细管、开关元件）及其相关接线；最后，在两个原温度开关的套管内分别安装1个双支铂电阻温度计1TES002MT和2TES003MT，即将温度开关ST替换为温度计MT。

2）安装接线箱

首先，提前准备1个接线箱9TES900CR，此接线箱中配有足够数量的接线端子以满足两个双支温度计的接线要求。根据现场实际空间情况，在ND403房间内原温度开关元件的安装位置附近选择合适位置安装此接线箱。铺设两根电缆，分别将1TES002MT和2TES003MT的信号引入9TES900CR[3]。原温度开关的温包和开关元件在不同房间，所以温度开关的毛细管是穿墙安装的。此温度开关整体拆除后，利用原毛细管的穿墙孔将这两根新电缆进行穿墙敷设。

3）热电阻输入信号PLC模块安装

原1TES002ST的开关量信号接至1KSN系统的PLC控制柜1KSNB00AR中，2TES003ST的开关量信号接至2KSN系统的PLC控制柜2KSND00AR中。在1KSNB00AR中PLC机架空槽位上新增加1块热电阻输入信号模块B02ARI[3]，敷设1根测量电缆将9TES900CR中的1TES002MT信号接至这个新增热电阻输入模块对应的接线端子上。秦二厂1、2号机组KSN系统使用施耐德昆腾系列PLC[4]，此PLC的I/O模块支持带电插拔，所以安装新热电阻输入模块时无需对系统停电。同样在2KSND00AR中，PLC机架空槽位上新增加1块热电阻输入信号模块D02ARI，再敷设1根测量电缆将9TES900CR中的2TES003MT信号接至这个热电阻输入模块对应的接线端子上。

2.2.2 PLC程序修改

1）1TES002ST改为1TES002MT

首先，在1KSN系统的PLC程序中修改组态，增加热电阻信号输入模块（AIR模块），并配制该模块通道的PLC地址范围；然后，确定MT信号使用的PLC地址并编写程序，在程序内部将热电阻输入信号转化成一个可以在55℃置位为1、60℃复位为0的开关量信号作为中间变量，用这个转化后的中间变量地址替换程序中原温度开关的地址；最后，保存程序，为避免就地系统设备误动作对工艺系统运行产生影响，所以在工艺系统停运时将程序下载至PLC中。

2）2TES003ST改为2TES003MT

2TES003MT的相关逻辑程序在2KSN系统的PLC中进行修改。在程序内部将此热电阻输入信号转化成一个可以在50℃置位为1、55℃复位为0的开关量信号作为中间变量。其他部分的修改方法与1TES002MT的相同。

3 9TES001BA温度报警定值优化

3.1 温度报警问题

温度计9TES001MT从9TES001BA罐顶部下插至罐体中，其信号送入9TES系统的PLC中进行处理。当温度计测得温度低于55℃时PLC触发温度低报警信号，温度恢复至55.5℃时复位报警信号[5,6]。秦二厂1、2号机组三废系统日常运行期间，发现当9TES001BA液位高1m左右时，9TES001MT的温度低报警信号已触发，但要求低于55℃需自动投运的电加热器1TES001RS却未启动。

3.2 原因分析

现场检查9TES001MT、1TES002MT温度计本体和信号通道均正常，1TES001RS的启停控制功能也正常。在对设备的运行情况进行持续观察中发现：当9TES001BA中液位为0.69m时，9TES001MT测量值为56℃，而1TES002MT和2TES003MT的测量分别为60.3℃和60℃，与9TES001MT的测量值偏差约为4℃；当液位为1m左 右 时，1TES002MT和2TES003MT与9TES001MT的测量值偏差约为2℃；对9TES001BA内的浓缩液进行放料处理液位下降后，1TES002MT和2TES003MT与9TES001MT的测量值偏差又会增大到4℃左右。以此看来，此温度测量偏差与9TES001BA中的液位是有关系的。

查阅浓缩液贮槽9TES001BA总图：9TES001MT安装孔位置距罐底高约3000mm；1TES002MT和2TES003MT距罐底的安装高度为735mm[7-10]。对9TES001MT尺寸进行测量，得知其插入深度约为1800mm。经参考图纸中的各个尺寸进行初略计算，9TES001MT与1TES002MT（2TES003MT）测点间相距约400mm，温度计测点高度不同。

当罐子中液位高度在9TES001MT和1TES002MT两个温度计之间时，这两个温度计的测量值就会存在偏差。此时9TES001MT的测点在液面以上，其测得的温度为罐内空气温度；1TES002MT的测点在液面以下，其测得的温度为浓缩液温度。因为空气与浓缩液的热导不同，所以9TES001MT测得的温度会低于1TES002MT测得的温度。所以会出现9TES001MT已触发温度低报警，但1TES002MT的测量值未达到加热器1TES001RS启动的温度定值，导致报警长时间存在的现象。经观察1TES002MT和2TES003MT指示基本一致（两支温度计安装在同一水平高度），在9TES001BA液位变化时9TES001MT比1TES002MT（2TES003MT）最多低4.5℃左右。

3.3 解决方法

3.3.1 解决思路及可行性分析

根据上述测量偏差的分析结果，避免9TES001MT出现误报问题有以下几种方法：

1）保持9TES001BA液位处于可接触9TES001MT的高度

因为9TES001MT的测点位置高于1TES002MT和2TES003MT，所以当罐内液位接触至9TES001MT时，3个温度计均会浸入浓缩液中，不会因被测介质不同而产生测量偏差。如运行期间将液位保持在此高度以上，则可避免出现温度低的误报警。但是实际现场情况是9TES001BA接收到一定量浓缩液时需要对其进行排料处理，为使其下次可以接收尽量多的浓缩液，排料后的液位会尽可能的低。所以，无法确保9TES001BA的液位是一直满足此高度要求的。

2）将9TES001MT更换为更长尺寸的温度计

9TES001MT带有外保护套管，该套管从9TES001BA顶部插入内部并焊接安装在罐体上。保护套管接触9TES001BA内带有放射性的浓缩液，保护温度计的同时又避免了温度计被放射性介质沾污。保护套管的长度限制了温度计长度，如更换更长的温度计则需将保护套管一同进行更换。所以如要更换长尺寸的温度计则需采取切割、焊接的工艺手段进行拆装保护套管，这样工作人员就会无法避免地接触放射性介质，同时也需要耗费较长时间在高辐射区域工作，增大了工作人员的辐射沾污风险，也导致受照射剂量的增加。

3）使用1TES002MT或2TES003MT代替9TES001 MT产生报警

1KSN、2KSN和9TES系统的控制PLC均属于核辅助厂房三废处理控制系统（KSN）的PLC子站，所以这3个系统的PLC在同一网络中可以以通讯的方式进行数据交换。将1KSN或2KSN系统采集到的1TES002MT信号或2TES003MT信号传递到9TES系统的控制PLC中，然后修改9TES系统的PLC程序，用此信号地址替换9TES001MT的信号地址，即可实现用1TES002MT或2TES003MT代替9TES001MT产生低温报警的功能。但按此方法实施后控制和报警功能会集于同一个温度计上，这样就降低了原设计的设备冗余程度。

4）修改9TES001MT的报警定值

在9TES系统控制PLC的程序中，9TES001MT的低温报警设定值为55℃。由于在历次检修时进行过查看对比，9TES001MT测得的温度比1TES002MT（2TES003MT）测得的温度最多低4.5℃左右，所以如将9TES001MT的低报值降低5℃（把4.5℃近似等于5℃）则其在此情况下就不会产生误报警。另外9TES001BA内浓缩液的温度为50℃（55℃-5℃）时不会产生结晶，所以将9TES001MT的低温报警定值降低5℃既可以消除异常报警，又对系统运行没有负面影响。即可将9TES001MT的报警定值由55℃改为50℃，同时将其消报值由55.5℃改为50.5℃。

综上可看出，优化9TES001MT的报警定值是最可行而又有效的方法。

3.3.2 报警定值修改方法

在9TES系统的PLC程序中通过信号地址分别搜寻到9TES001MT触发低温报警和消报的程序段，将此程序中的报警触发定值由55℃改为50℃，同时将报警复位定值由55.5℃改为50.5℃即可。

4 结束语

将1TES002ST和2TES003ST分别改为1TES002MT和2TES003MT，使电加热器的控制更为可靠，省去了校验温度开关工作的同时也使温度控制更为准确，最终确保了9TES001BA中的放射性浓缩液不会因温度低而产生结晶。优化9TES001MT的低温报警设定值后，消除了控制系统误报9TES001BA温度低报警的故障。两项优化工作实施后，有效减少了秦二厂1、2号机组的缺陷次数，更确保了9TES001BA中放射性浓缩液的状态可以被有效地控制和监视。

秦二厂1、2号机组核辅助厂房三废处理控制系统的硬件设备为PLC，虽然其他650MW压水堆核电机组三废控制系统的硬件与此会有不同，但这种优化方式却依然适用，且也可为其他核电机组三废系统浓缩液贮槽温度监控的设计和优化提供参考。同时建议新建机组在设计时，将用于数值显示（报警）和控制的温度计测点确定在同一高度，这样可以从源头避免产生测量偏差和误报警的问题。