一种新型核燃料后处理厂蒸发器过程检测和调试系统的制作方法

本发明属于核工程设备领域，具体涉及一种新型核燃料后处理厂蒸发器过程检测和调试系统。

背景技术

非沸腾自然循环蒸发器是核燃料后处理工程中一种重要的设备，利用蒸发器可实现放射性废液的浓缩，减少废物贮存量，达到废物最少化。由于蒸发器的工作条件苛刻并伴有“红油”爆炸的危险，精确测量蒸发器运行过程中的各种参数并严格控制蒸发器的运行条件是非常重要的。蒸发器重要的检测参数包括液位、密度、温度和压力，这几个参数都是保证蒸发品质和蒸发器安全必不可少的。

由于介质具有放射性，蒸发器放置在屏蔽的设备室中，人员不能近距离观测，因此液位、密度和温度采用了非接触式的间接测量方案，其中液位和密度采用吹气式测量法，液位值与进料输送装置形成调节回路，控制进、出料液量；温度采用快速拆装热电偶，温度值与蒸汽入口的调节阀形成调节回路，控制蒸发温度。压力由于测的是没有放射性的饱和蒸汽采用的是普通的压力变送器，但压力和温度共同控制蒸汽入口的开关阀，保护蒸发器安全。

蒸发器的过程检测流程如图1所示。

吹气仪表专用的压缩空气经吹气装置内减压过滤器减压和稳压后，通过空气小流量控制器、根阀和吹气管吹入脉冲萃取柱中。当吹气管内吹气压力高于吹气管下端管口的静压时，压缩空气便从吹气管的下端管口以气泡形式逸出。调节吹气装置的空气小流量控制器，使压缩空气以很小的流量均匀稳定地吹入贮槽，这时测得的压力几乎接近下端管口处液位的压力。此时蒸发器内液位、密度值都可通过相应两根吹气管之间测量的差压值计算得出。计算公式如下：

l＝δpl×10³/(d×g)……………………………………(1)

d＝δpd×10³/(g×hd)……………………………………(2)

式中：

δpd、δpl——压差，单位：kpa；

l、hd——液位高度或测量密度的吹气管口间距，单位：mm；

d——溶液密度，单位：g/cm³；

g——重力加速度，单位：m/s²。

由公式(1)(2)可知，吹气测量法虽然避免了仪表与放射性介质的直接接触，但这种方法仪表测出的是差压值，不能直接测出所需参数的数值，必须通过其它参数和公式计算才能得出，虽然可以将这些数据传送到控制器中运算后转为控制室中操作人员方便可读的参数，但现场的调试、维护人员只能看到差压变送器上显示的差压值，难以直观判断蒸发器的内部状况。

现有技术中，各个仪表直接连入控制器(如图2所示)，通过控制器来进行相应的计算并将计算结果输出给相应执行机构。这样的不足之处在于控制器负荷较大，一旦出现状况造成后果较为严重，二则调节控制回路反馈较慢，不利于及时调节。

另外，蒸发器的几个调节控制回路也是将所有检测参数传送到控制器经过计算后再传送回现场设备。现有技术中作为控制器的计算机控制系统往往会承担多个工艺系统的参数计算和通讯功能，这种相对集中的控制方式仍然存在风险。传统仪表调试时往往需要操作人员在现场对每块仪表进行校验和参数设定，效率较低，且日常维护时很难判断仪表的状态。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种新型核燃料后处理厂蒸发器过程检测和调试系统，通过搭建底层控制回路，实现快速、准确的控制，降低系统风险。

本发明的技术方案如下：

一种新型核燃料后处理厂蒸发器过程检测和调试系统，包括控制器和仪表设备；所述仪表层设备通过基金会现场总线连入所述控制器。

进一步地，上述的新型核燃料后处理厂蒸发器过程检测和调试系统，所述仪表设备包括密度测量仪表、液位测量仪表、温度测量仪表、压力测量仪表、蒸汽入口开关阀、蒸汽入口调节阀和蒸发器进料设备。

进一步地，上述的新型核燃料后处理厂蒸发器过程检测和调试系统，所述液位测量仪表、所述密度测量仪表和所述蒸发器进料设备共用一路基金会现场总线连入所述控制器。

进一步地，上述的新型核燃料后处理厂蒸发器过程检测和调试系统，所述密度测量仪表将密度值数据传递给所述液位测量仪表；所述液位测量仪表的智能模块根据液位测量仪表侧得到的压差值和所述密度值计算出液位值，将该液位值上传给所述控制器。

进一步地，上述的新型核燃料后处理厂蒸发器过程检测和调试系统，所述液位测量仪表将液位值通过总线传输给所述蒸发器进料设备，所述蒸发器进料设备的智能模块根据该液位值与设定值进行pid计算，并根据计算出的调节量进行调节。

进一步地，上述的新型核燃料后处理厂蒸发器过程检测和调试系统，所述温度测量仪表、所述压力测量仪表、所述蒸汽入口开关阀和所述蒸汽入口调节阀共用一路基金会总线连入所述控制器。

进一步地，上述的新型核燃料后处理厂蒸发器过程检测和调试系统，所述蒸汽入口调节阀的阀门定位器为总线型的阀门定位器；所述温度测量仪表的智能模块根据实测的温度值与设定值进行pid计算，通过总线输出调节量给所述蒸汽入口调节阀进行调节。

进一步地，上述的新型核燃料后处理厂蒸发器过程检测和调试系统，所述蒸汽入口开关阀的电磁先导阀前加装有阀位耦合器；所述温度测量仪表和所述压力测量仪表通过总线与所述阀位耦合器连接以实现通过所述温度测量仪表和所述压力测量仪表的输出限值控制所述蒸汽入口开关阀。

本发明的有益效果如下：

1、本发明采用基金会现场总线(foundationfieldbus，简称ff)智能设备替代传统设备，采用ff总线型智能设备对过程参数进行测控将4-20ma和热电偶等模拟量信号变为更精确的数字量信号在总线上进行传输，有助于提高传输精度和效率；

2、智能设备本身具有运算功能，可以将计算公式下装到设备的智能模块上，每个智能设备都可根据采集的信号和公式自动计算出操作员需要的参数值并现场指示，同时将运算结果上传给控制系统，不需要控制器再做任何计算和转换，减轻控制器负荷；

3、利用总线在仪表层构建调节控制回路，将两种智能设备通过总线通讯，智能仪表根据计算结果可直接控制阀门等设备，对像温度等反应较慢的调节回路不但避免了长距离信号输送的误差，而且也缩短了调节周期，同时还避免了由于控制器和通讯网络故障引起事故的可能，这对于有严格安全控制要求的设备来说真正做到了风险分散；

4、在主控室完成现场设备的调试工作。将被检测设备上相关的智能设备挂接在一条或不同的总线上都可以形成独立的底层控制网络，调试时操作员在主控室利用操作画面就可以修改现场设备的参数，即使脱离了主控系统，也可利用第三方的总线监测系统完成调试工作，大大提高现场调试效率。

附图说明

图1为蒸发器的过程检测流程图。

图2为现有技术的检测和调试系统的结构图。

图3为本发明的检测和调试系统的结构图。

上述附图中，1、液位测量仪表；2、密度测量仪表；3、温度测量仪表；4、压力测量仪表；5、蒸汽入口开关阀；6、蒸汽入口调节阀；7、蒸发器进料设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图3所示，本发明提供了一种新型核燃料后处理厂蒸发器过程检测和调试系统，包括控制器和仪表设备；所述仪表层设备通过基金会现场总线连入所述控制器。所述仪表设备包括密度测量仪表2、液位测量仪表1、温度测量仪表3、压力测量仪表4、蒸汽入口开关阀5、蒸汽入口调节阀6和蒸发器进料设备7。

具体而言，所述液位测量仪表1、所述密度测量仪表2和所述蒸发器进料设备7共用一路基金会现场总线连入所述控制器，以实现用ff总线型智能差压变送器进行密度和液位的测量。本实施例中，所述温度测量仪表3、所述压力测量仪表4、所述蒸汽入口开关阀5和所述蒸汽入口调节阀6共用一路基金会总线连入所述控制器。

所述密度测量仪表2将密度值数据传递给所述液位测量仪表1；所述液位测量仪表1的智能模块根据液位测量仪表1侧得到的压差值和所述密度值计算出液位值，将该液位值上传给所述控制器。

根据公式(1)可知，液位的计算需要知道介质的密度，而蒸发器中的密度是一个不断变化的参数，所述密度测量仪表2根据测量的差压值和公式计算出介质的实时密度值，然后通过总线f2将这一数据传送给测量液位的差压变送器(即所述液位测量仪表1)，传输速率500ms/次。所述液位测量仪表1的智能模块可根据自己测得的差压值和所述密度测量仪表2的密度值计算出实时的液位值，并上传给控制器。由此可见，密度值实际上只是液位测量的一个中间参数，对操作员而言并不需要实时监测，采用这种测量方法就不用将密度的测量和计算引入控制系统中，而且现场液晶表头指示的不再是传统模拟仪表指示的差压值(单位：kpa)，而是经过计算得出的密度值(单位：kg/m³)和液位值(单位：mm)。

所述蒸汽入口调节阀6要根据蒸发器内的温度(温度来自所述温度测量仪表3)调节蒸汽的进量，因此在本实施例中采用总线型的阀门定位器代替传统的电-气阀门定位器，用ff总线型智能温度变送器将热电偶信号在现场完成a/d转换，并与所述蒸汽入口调节阀6通过总线f3互相通讯。具体而言，所述温度测量仪表3的智能模块根据实测的温度值与设定值进行pid计算，通过总线输出调节量给所述蒸汽入口调节阀6进行调节，不需要上传给控制器即可完成整个回路的调节控制。

同样，液位测量仪表1与蒸发器进料设备7也可形成调节回路(通过总线f2实现)，由于液位测量仪表1需要完成液位的计算，再做调节回路计算计算量较大，也可以把pid计算放在所述蒸发器进料设备7的智能模块里，与原来在控制器上实现调节的品质完全一样。具体实现方法可以是：所述液位测量仪表1将液位值通过总线传输给所述蒸发器进料设备7，所述蒸发器进料设备7的智能模块根据该液位值与设定值进行pid计算，并根据计算出的调节量进行调节。

进一步地，为避免“红油”爆炸，所述温度测量仪表3和压力测量仪表4需要同时联锁蒸汽入口开关阀5。具体方案可以是：所述蒸汽入口开关阀5的电磁先导阀前加装有阀位耦合器；所述温度测量仪表3和所述压力测量仪表4通过总线与所述阀位耦合器连接以实现通过所述温度测量仪表3和所述压力测量仪表4的输出限值控制所述蒸汽入口开关阀5。

如此，本发明在仪表层构建控制回路，大量减少控制器的计算量、上位机组态的工作量和网络通讯量，分散了系统风险。在本实施例中，根据蒸发器的检测控制要求，用两条总线完成了该蒸发器测控系统的搭建。温度检测仪表、压力检测仪表、蒸汽入口调节阀6和开关阀构成一条控制回路(总线f1)；密度检测仪表、液位检测仪表和蒸发器进料设备7构成一条控制回路(总线f2)。调试时，操作员在控制室修改智能设备的各种参数，即使运行后，利用智能设备的ams管理软件也可以随时对现场设备进行调试和诊断。每条总线上的设备可自实现一个联锁控制功能，各控制回路独立调试，不受其他因素影响。

本发明采用基金会现场总线(foundationfieldbus，简称ff)智能设备替代传统设备，采用ff总线型智能设备对过程参数进行测控将4～20ma和热电偶等模拟量信号变为更精确的数字量信号在总线上进行传输，既提高了现场测量控制的精度和速度，也真正实现了集中管理、分散控制的目标；智能设备本身具有运算功能，可以将计算公式下装到设备的智能模块上，每个智能设备都可根据采集的信号和公式自动计算出操作员需要的参数值并现场指示，同时将运算结果上传给控制系统，不需要控制器再做任何计算和转换，减轻控制器负荷；利用总线在仪表层构建调节控制回路，将两种智能设备通过总线通讯，智能仪表根据计算结果可直接控制阀门等设备，对像温度等反应较慢的调节回路不但避免了长距离信号输送的误差，而且也缩短了调节周期，同时还避免了由于控制器和通讯网络故障引起事故的可能，这对于有严格安全控制要求的设备来说真正做到了风险分散；在主控室完成现场设备的调试工作。将被检测设备上相关的智能设备挂接在一条或不同的总线上都可以形成独立的底层控制网络，调试时操作员在主控室利用操作画面就可以修改现场设备的参数，即使脱离了主控系统，也可利用第三方的总线监测系统完成调试工作，大大提高现场调试效率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。