輔助蒸汽分配系統凝結水箱排水防虹吸過程設計及開發

李天宇，杜鐵楠，孫慶男，張鈺燁

（中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314300）

電廠機組輔助蒸汽分配系統凝結水箱中的冷凝水通過該系統凝結水箱泵排至凝汽器，由于凝汽器是負壓，每次在排水泵自動停運后，受凝汽器中負壓影響，會出現凝結水箱中的水液位持續下降，出現低低液位報警。為消除該缺陷，擬在對凝結水箱泵出口母管設置氣動隔離閥，引入控制信號與凝結水箱泵啟停進行連鎖開關。本文研究用于控制輔助蒸汽分配系統中冷凝水箱排水的防虹吸改造系統的軟件設計和開發。通過實施實時監控和集中控制，該工程應用軟件旨在滿足生產過程的要求并簡化整個過程。

1 防虹吸的基本原理

虹吸（Siphon）是指利用液面高度差的作用力、液態分子間引力和重力的作用，將液體充滿一倒U形的管狀結構，使水上升后再流到低處的現象，倒U形的管狀結構一般稱為虹吸管。

在防虹吸設計方面，有兩種常用的方法：將空氣引入倒U 形管和實施單向擋板以達到隔離目的。前一種方法允許空氣通過小孔進入管子，使壓力大小均衡，從而防止液體向相反方向流動。另一方面，后一種方法依靠單向活門有效地阻止液體的反向流動，從而產生隔離效果。

2 復雜工業過程計算機控制技術選擇

先進的控制工具與現代控制理論的結合，極大地解決了與高度非線性和強耦合被控對象有關的控制問題。可編程邏輯控制器（PLC）在很長一段時間內一直是工業自動化控制領域的主流應用。集中控制系統通過提供設備維護功能來增加功能，詳細分析設備的熱應力和機械故障狀態，監測設備的運行狀態，確定設備是否需要維護。此外，集中控制系統可以與用戶的管理相結合，參與用戶的全廠信息系統。例如，提供SIS（實時信息監控系統）和信息管理系統（MIS），幫助用戶提高管理水平。隨著目前現場總線技術的發展和現場儀表具有現場總線通信功能的趨勢，DCS 供應商已經開發了各種現場總線通信協議的現場接口。這些接口不僅方便了DCS 和現場儀表之間測量數據的傳輸，而且還方便了監測儀表狀態、參數和管理的大量信息。

3 模擬輔助蒸汽分配系統功能及運行方式

本系統的功能為向各用戶（常規島系統：在各汽輪機廠房內，供給軸封供汽系統（CET）、供給ADG 系統、供給集中采暖加熱站(SES)；核島系統：在汽輪機廠房內，供給ASG 的除氣塔；在核輔助廠房內，供給ASG 系統汽動泵試驗、供給TEP 和TEU 系統的除氣塔和蒸發器、供給TES001BA）分配輔助蒸汽以及排出凝結水。

蒸汽凝結水流程：只有來自TEP 和TEU 系統的凝結水經SVA 凝結水系統回收。它們首先回收到平衡箱（凝結水箱）中，箱中由KRT 系統連續監測其放射性：如有放射性，則排向RPE 系統；否則，通過8SVA001PO 或002PO 排入3/4#常規島機組的疏水系統。

3.1 正常運行狀態

機組正常運行時，常規島用汽由各機組單獨供給，公共系統由其中一臺機組供給，供汽狀態的改變通過3/4SVA103VV 的開關來實現；當其中一臺機組停運時，兩臺機組各自對應的SVA 管網聯通，由運行的機組供汽；當兩臺機組均無法保證SVA 供汽時，通過與機組的SVA聯通管線，由輔助鍋爐（XCA系統）或機組蒸汽轉換器（STR系統）提供輔助蒸汽備用。

3.2 異常時的響應

在發生異常的情況下，需要立即采取的行動取決于8SVA 以前是否由有關單位提供。如果8SVA 之前不是由異常機組提供的，則不需要立即操作。但是，當異常機組的軸封稍后切斷輔助蒸汽時，必須在故障機組的103VV 開啟之前關閉異常機組的107VV，運行機組的輔助蒸汽供應負荷將增加，故障機組可將軸封切換到輔助蒸汽供應。

在8SVA 前由異常機組供汽的情況下，8SVA 的負荷將在短時間內中斷。有必要將負載切換到運行單元來供汽。必須先關閉異常機組的107VV，然后再打開正常機組的103VV（異常機組的103VV 事先是打開的）。需要注意的是，切換后運行機組的核電功率有明顯變化。同時，核島輔助蒸汽冷凝液也應切換到正常機組。

如果只有一臺機組在運行，而該機組出現故障，則需要從另一臺機組引入輔助蒸汽。8SVA105VV 應該被打開，通過提高機組的STR 輸出或啟動電鍋爐向另一臺機組提供輔助蒸汽。其他機組的核島輔助蒸汽冷凝水應切換到溝渠中。

4 輔助蒸汽分配系統凝結水箱排水防虹吸裝置設置

4.1 工藝系統

為防止停泵后凝結水箱液位持續下降，改造方案在泵出口總管上增設氣動截止閥，閥門與凝結水箱泵聯鎖拉制，具體如下：兩臺泵中任意一臺泵啟動信號連鎖控制閥門開啟。系統原有功能不受影響，水箱高液位時，兩臺泵啟動，出口總管上的氣動閥開啟，氣動閥開啟過程中，凝結水箱泵受泵原有小流量運行回路保護。兩臺泵都停運的信號連鎖控制閥門關閉。兩臺泵均停運時，氣動閥關閉，防止形成持續的虹吸流。

新增閥門還可以在輔助控制室由電廠操縱員控制，并設置為失效關，以有效阻斷虹吸流。閥位在輔助控制室顯示羅并設置閥門狀態不一致報警，當閥位與要求閥位不一致時，在輔助控制室燈光報警，在主控制室SVA綜合報警窗聲光報警，提示操縱員閥門失效。閥體上設有手輪，需要時操縱員可以就地手動開啟閥門。

4.2 具體實施方式

如圖1 所示，為本實用新型防虹吸隔離裝置4 的實施例提供的結構示意圖，蒸汽分配系統包括：連通的凝結水箱1 和凝汽器2，凝結水箱1 與凝汽器2 之間設置有兩臺凝結水泵3，防虹吸隔離裝置4 包括：微控制器41 和兩個電磁閥42，微控制器41 分別與每個電磁閥42的信號控制端連接，每個電磁閥42 分別對應設置在每臺凝結水泵3 的出口總管上，每臺凝結水泵3 的信號控制端與微控制器41 連接。需要說明的是，電磁閥42 的開啟方式可以根據實際需求結合微控制器41 實現設置，下面給出一種可以實現的示例。

圖1 防虹吸隔離裝置4 的開關連接關系示意圖

例如，卡件端口可以分配4 個DI，其中3 個為DO，1 個為AI。凝結水泵3 的啟、停命令可以由兩個DO控制，閥門的開關命令可以由一個DO 控制，閥門的開關反饋可以由兩個DI 控制，泵的啟、停反饋可以由兩個DI 控制，液位變送器輸入可以由一個AI 控制。

優 選 地， 可 以 由FBM242 卡 件 提 供DO 輸 出，FBM207C 卡件提供DI 輸入，FBM204 卡件提供AI 輸入，這三個卡件可以通過電路技術封裝在微控制器41 內，微控制器41 內的其他部件如數據線、外殼等屬于公知技術。

4.3 具體工作方式

當兩臺凝結水泵3 中任意一臺啟動時，發出啟動信號，微控制器41 根據信號聯鎖控制對應電磁閥42 的閥門開啟。然后凝結水箱1 中的凝結水通過凝結水泵3 輸送至凝汽器2。凝結水泵3 啟停受水箱液位控制，當水箱達到標高時，凝結水泵3 停泵。當兩臺凝結水泵3 全部停運時，發出停運信號，微控制器41 接收到兩臺凝結水泵3 的停運信號后，信號聯鎖控制兩個電磁閥42的閥門關閉。微控制器41 屬于現有控制器，其控制過程屬于簡單的現有技術，本裝置未對控制器的控制邏輯或結構進行改進。

本實施例提供的防虹吸隔離裝置4，通過在每臺凝結水泵3 的出口總管上設置電磁閥42，通過微控制器41 與凝結水泵3 的信號控制端連接，實現了凝結水泵3與電磁閥42 的聯鎖控制，從而當凝結水泵3 停運時，自動關閉電磁閥42，能夠有效地防止虹吸現象的發生，已成功地應用于輔助蒸汽分配系統，使用效果良好。

可選地，在一些可能的實施方式中，防虹吸隔離裝置4 還包括：轉接箱43，微控制器41 通過轉接箱43 與每個電磁閥42 連接。

下面結合圖1，對防虹吸隔離裝置4 可能實現方式進行說明。

在一些可能的實施方式中，防虹吸隔離裝置4 還包括：接線箱限位開關44，接線箱限位開關44 與轉接箱43 連接。電磁閥42、轉接箱43、接線箱限位開關44 通過電纜線依次連接起來，機柜端公共端和常開觸點接入。電磁閥42、轉接箱43、接線箱限位開關44 等部件可以根據現場位置和機柜數量的需求，對其位置和數量進行調整。進線中電纜為端子排端接方式，需要為控制電纜留進線開孔，轉接箱43 尺寸需滿足進線和出線要求。優選地，電纜線可以增加屏蔽電纜接地，進線和出線的電纜屏蔽層應同時連接到其內的接地銅排上，轉接箱43應有接地保護裝置。可選地，在一些可能的實施方式中，防虹吸隔離裝置4 還包括：通信模塊，通信模塊與微控制器41 連接。通信模塊可以為有線通信模塊或無線通信模塊，例如，有線通信模塊可以包括信號處理器、光纖接口和線纜等，無線通信模塊可以包括wifi 模塊、藍牙模塊、4G 模塊或5G 模塊等。

通過通信模塊能夠實現與預設終端進行通信，從而可以通過預設終端下發控制指令，主動控制電磁閥42的開關，以有效阻斷虹吸流。在一些可能的實施方式中，防虹吸隔離裝置4 還包括：聲光報警模塊，聲光報警模塊與微控制器41 連接。例如，聲光報警模塊可以包括發光二極管和揚聲器，當閥位與要求閥位不一致時，進行聲光報警。在可能的實施方式中，電磁閥42 的閥體上還設置有手輪。

5 結語

反虹吸改造過程是一個復雜的機制，它受到操作條件的頻繁波動，容易受到眾多隨機干擾因素的影響，從而使該過程的有效管理更具挑戰性。本課題提供的汽分配系統，通過在每臺凝結水泵的出口總管上設置電磁閥，通過微控制器與凝結水泵的信號控制端連接，實現了凝結水泵與電磁閥的聯鎖控制，從而當凝結水泵停運時，自動關閉電磁閥，能夠有效地防止虹吸現象的發生，使用效果良好。