CN105892515A - 一种安全壳试验压力控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全壳试验压力控制系统及其控制方法，包括：测量仪器模块、空压机模块和数据采集处理模块。控制方法为：数据采集处理模块将测量仪器模块测量压力、温度、湿度等信号数据反馈空压机模块，根据预设的升降压目标压力和升降压速率，通过逻辑运算，自动控制进气调节阀和泄压调节阀开度，实现安全壳结构完整性试验和整体泄漏率试验压力控制；并通过调节热交换器冷却水系统开度，对进入安全壳内空气温度进行自动控制。本发明通过将安全壳压力控制从人工转变为自动化和智能化，大大减少了操作人员手动控制的工作量，提高了安全壳强度和整体泄漏率试验压力控制效率和精确性，降低了升降压速率控制的难度。

Description

一种安全壳试验压力控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种核电厂安全壳结构完整性试验和整体泄漏率试验压力控制系统及控制方法。
背景技术
安全壳作为核电厂纵深防御的第三道屏障，在设计上应能承受假想失水事故、主蒸汽管道破裂事故、给水管道破裂事故等设计基准事故引起的壳内升温升压工况。
根据相关法规和标准的要求，在安全壳建造安装阶段需要对安全壳承压边界进行结构完整性试验(SIT)，以验证安全壳压力边界的结构完整性。同时，在反应堆首次运行前必须进行安全壳整体泄漏率试验(ILRT)，以保证安全壳的密封性，之后每隔48个月执行一次ILRT，当成功完成两次ILRT后，ILRT试验频率改为10年一次。
SIT和ILRT是压水堆核电厂必须进行的试验项目，且ILRT需要在机组在役期间执行多次，SIT和ILRT均需要按照要求的升压速率将安全壳升压至各个压力平台，并进行安全壳焊缝和贯穿件检查，最后将安全壳泄压至大气压力。
SIT和ILRT试验持续时间较长，现有SIT和ILRT试验过程中，均采用操作人员人工手动进行试验中的压力控制，需要手动频繁启停空压机组进行升压、保压和降压，频繁调节进气和泄压调节阀，这会导致升降压操作效率和压力控制精度受操作人员人因因素影响较大，同时，位于主控室的指挥中心与操作现场距离较远，指挥人员与操作人员之间沟通的有效性也会对压力控制带来一定影响。
发明内容
本发明所要解决的问题是现有安全壳试验压力控制方法，须多名工作人员手动频繁操作，精度差，受人为影响较大的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种安全壳试验压力控制系统，其特征在于，包括位于安全壳内用于测量安全壳内温度、湿度、压力的测量仪表模块，用于对安全壳内调节空气的空压机模块，用于向控制器模块反馈进气和泄压调节阀阀位信号的压力调节装置，用于采集和处理测量仪表模块的测量数据、并向控制器模块反馈的数据采集处理模块，空压机模块通过压力调节装置与安全壳连接，数据采集处理模块与测量仪表模块相连；压力调节装置位于安全壳外，与核电厂安全壳空气过滤系统相连；控制器模块包含运算控制程序，其通过对测量数据、进气和泄压调节阀阀位反馈信号的逻辑运算，控制空压机模块和压力调节装置的运作。
优选地，所述测量仪表模块包含分层布置在安全壳内的至少一个压力变送器、温度变送器和温度传感器。
优选地，所述空压机模块具体包括：包含多个空压机设备和可产生压缩空气的空压机单元和用于将注入空气的各项指标调节至符合试验要求的空气处理单元。
更优选地，所述空气处理单元包含：用于排出空压机产生的压缩气体中的杂质，使压缩空气洁净度满足试验要求的过滤器；用于排出空压机产生的压缩气体中过量的水蒸汽，使压缩空气湿度满足试验要求的干燥器；以及自带温度变送器和空气温度调节阀，调节阀通过临时管道与电厂冷却水系统相连，调节阀控制回路和温度变送器信号接入控制器模块，在试压过程中自动控制进入安全壳的空气温度的热交换器。
优选地，所述数据采集处理模块能同时采集和处理安全壳内压力、壳内温度和壳内湿度数据。
优选地，所述压力调节装置包含带定位器的进气调节阀和泄压调节阀，两个定位器均与控制器模块相连。
优选地，所述控制器模块在升压操作时，根据预设的目标压力和升压速率，自动计算进气调节阀的开度，随安全壳内压力值上升自动调节阀门开度，保持升压速率；在安全壳压力达到目标值后，控制系统自动控制进气调节阀开度，保持安全壳内压力稳定；在泄压操作时，根据预设的目标压力和降压速率，自动计算泄压调节阀的开度，随安全壳内压力值下降自动调节阀门开度，保持降压速率。
优选地，所述控制器模块用于接收数据采集模块和压力调节装置的反馈数据，并在对反馈数据进行处理后对安全壳内进行压力控制；同时，控制器模块也接收空压机单元和空气处理单元的信号，通过数据处理后自动控制空压机的启停和进入安全壳空气的温度。
本发明还提供过了一种安全壳试验压力控制方法，其特征在于，采用上述安全壳试验压力控制系统，具体步骤包括：
S1：安全壳内设置压力变送器、温度变送器和湿度传感器测量仪表，安全壳外设置数据采集处理装置、控制器模块、空压机、空气处理装置、压力调节装置等设备；
S2：控制器模块按照设定的压力曲线，启动空压机产生压缩空气，自动调节压力调节装置将经过空气处理装置处理后符合试验要求的压缩空气注入安全壳内部；
S3：根据测量仪表的测量结果记录安全壳内实际压力、温度、湿度情况，通过数据采集处理装置将数据信息反馈控制器；
S4：根据预设的目标压力和升降压速率要求，通过控制器控制压力调节装置的阀门开度，实现对安全壳内部压力控制；
S5：根据安全壳试验的温度要求，控制器监视安全壳内温度，在安全壳温度接近安全限值时自动停止降压，并产生报警；
S6：按照设定的压力曲线，完成各压力平台试验，进行数据分析及试验结果评估。
本发明将安全壳试验时的压力控制从人工转向自动化和智能化，大大减少了操作人员手动控制进气阀和泄压阀的工作量，提高了安全壳结构完整性试验和整体泄漏率试验压力控制效率和精确性，降低了升降压速率控制的难度。
附图说明
图1为本发明提供的一种安全壳试验压力控制系统的模块连接示意图；
图2为本发明提供的一种安全壳试验压力控制系统的模块布置示意图；
图3为测量仪表模块在安全壳内的布置示意图；其中，T为温度变送器，P为压力变送器，M为湿度传感器；
图4为安全壳结构完整性试验和整体泄漏率试验压力控制曲线图；其中，①为SIT预试验，②为升压阶段，③为SIT最高压力平台，④为查漏阶段，⑤为脱气阶段，⑥为稳定阶段，⑦为ILRT主试验阶段，⑧为验证试验阶段，⑨为降压阶段。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
图1-图3分别为本实施例提供的安全壳试验压力控制系统的模块连接示意图、模块布置示意图和测量仪表模块在安全壳内布置图，所述的安全壳试验压力控制系统，包括：
测量仪表模块，位于安全壳内，用于测量安全壳内温度、湿度、压力等数据；
空压机模块，通过压力调节装置与安全壳连接，用于对安全壳内进行空气调节；
数据采集处理模块，与测量仪表模板相连，用于采集和处理所述测量仪表模块的测量数据，并向所述控制器模块反馈；
压力调节装置，位于安全壳外，与核电厂安全壳空气过滤系统相连，可向控制器模块反馈进气和泄压调节阀阀位信号；
控制器模块，包含运算控制程序，通过对测量数据、进气和泄压调节阀阀位反馈信号的逻辑运算，控制空压机模块和压力调节装置运作；
在具体实施例中，所述测量仪表模块包含分层布置在安全壳内的若干压力变送器、温度变送器和温度传感器。具体包括：
三台压力变送器布置于安全壳内上部、中部和下部位置，用于测量安全壳内压力，为试压过程中压力监视和控制提供输入信号，变送器精度±0.10KPa，分辨率±0.007KPa，量程0-0.80MPa。
22台温度变送器，分层布置在布置于安全壳内，用于监测安全壳内空气温度。考虑到钢制安全壳的金属最低服役温度限值，在执行SIT和ILRT期间，安全壳温度不能低于10℃，且升压期间，安全壳壳壁不能出现明显的温度梯度，因此在该智能的压力控制系统需引入温度参数，用于升压和降压控制，变送器精度±0.5℃，分辨率±0.02℃，量程0-80℃。
三块湿度传感器，用于监测安全壳泄压期间壳内的相对湿度，如果安全壳内部温度接近露点温度，停止泄压，直到相对湿度稳定后才能再次开始降压，传感器露点精度±1.1℃，露点分辨率±0.055℃。
所述空压机模块具体包括：
空压机单元，包含若干空压机设备，可产生压缩空气；
空气处理单元，用于将注入空气的各项指标参数调节至符合试验要求。
空压机设备共设置6台，其中一台作为备用设备，通过空压机往安全壳注入空气使安全壳升压，空压机组容量满足0.8MPa压力下流量不低于11000m3/h。
所述空气处理单元包含：
过滤器，用于排出空压机产生的压缩气体中的杂质，使压缩空气洁净度满足试验要求；共设置两台过滤器，单台容量满足5500m3/h，可移除雾气和大于3微米的颗粒。
干燥器，用于排出空压机产生的压缩气体中过量的水蒸汽，使压缩空气湿度满足试验要求；每台空压机出口设置1台干燥器，控制进入安全壳大气的空气湿度，单台干燥器干燥能力不低于50m3/h，能将压缩气体的露点降到4℃。
热交换器，自带温度变送器和空气温度调节阀，调节阀通过临时管道与电厂冷却水系统相连，调节阀控制回路和温度变送器信号接入控制器模块，在试压过程中自动控制进入安全壳的空气温度。
所述数据采集处理模块同时具备安全壳内压力、壳内温度和壳内湿度数据采集和处理能力。
所述压力调节装置包含带定位器的进气调节阀和泄压调节阀，两个调节阀阀门定位器与控制器模块相连。
所述控制器模块在升压操作时，根据预设的目标压力和升压速率，自动计算进气调节阀的开度，随安全壳内压力值上升自动调节阀门开度，保持升压速率；在安全壳压力达到目标值后，控制系统自动控制进气调节阀开度，保持安全壳内压力稳定；在泄压操作时，根据预设的目标压力和降压速率，自动计算泄压调节阀的开度，随安全壳内压力值下降自动调节阀门开度，保持降压速率。
控制器模块，用于接收数据采集模块和压力调节装置的反馈数据，并在对反馈数据进行处理后对安全壳内进行压力控制；同时，控制器模块也接收空压机单元和空气处理单元的信号，通过数据处理后自动控制空压机的启停和进入安全壳空气的温度。
一种安全壳试验压力控制系统的控制方法，步骤包括：
S1：安全壳内设置压力变送器、温度变送器和湿度传感器测量仪表，安全壳外设置数据采集处理装置、控制器模块、空压机、空气处理装置、压力调节装置等设备；
S2：控制器模块按照图5设定的压力曲线，启动空压机产生压缩空气，自动调节压力调节装置将经过空气处理装置处理后符合试验要求的压缩空气注入安全壳内部；
S3：根据测量仪表的测量结果记录安全壳内实际压力、温度、湿度情况，通过数据采集处理装置将数据信息反馈控制器；
S4：根据预设的目标压力和升降压速率要求，通过控制器控制压力调节装置的阀门开度，实现对安全壳内部压力控制；
S5：根据安全壳试验的温度要求，控制器监视安全壳内温度，在安全壳温度接近安全限值时自动停止降压，并产生报警；
S6：按照设定的压力曲线，完成各压力平台试验，进行数据分析及试验结果评估。
图4为安全壳结构完整性试验和整体泄漏率试验压力控制曲线图，曲线分为9个阶段，分别是①SIT预试验阶段，根据预设升压速率自动升压到P1，保压15分钟，然后降压至大气压力；②升压阶段，根据预设升压速率自动先升压到P2，然后分五个阶段升压到P7；③SIT最高压力平台，在P7压力平台保压至少10分钟；④查漏阶段，降压至P6压力平台，保压并执行目视检查和冒泡查漏；⑤脱气阶段，降压至P5压力平台，保压至少24小时进行脱气；⑥稳定阶段，升压至P6压力平台，保压至少4小时；⑦ILRT主试验阶段，在P6压力平台保压至少24小时，至少采集30组ILRT数据；⑧验证试验阶段，在P6压力平台保压至少4小时，至少采集15组ILRT数据；⑨降压阶段，以规定的速率降压到大气压力。
试验结论：将图4所示的预设压力控制曲线输入控制器模块，控制器模块能够自动控制空压机的启停，并自动控制调节进气调节阀和泄压调节阀开度，使安全壳按照预设压力曲线在要求时间内遵守预设的升降压速率进行自动升压、保压和降压，实现试验过程压力的自动控制。

Claims (9)

1.一种安全壳试验压力控制系统，其特征在于，包括位于安全壳内用于测量安全壳内温度、湿度、压力的测量仪表模块，用于对安全壳内调节空气的空压机模块，用于向控制器模块反馈进气和泄压调节阀阀位信号的压力调节装置，用于采集和处理测量仪表模块的测量数据、并向控制器模块反馈的数据采集处理模块，空压机模块通过压力调节装置与安全壳连接，数据采集处理模块与测量仪表模块相连；压力调节装置位于安全壳外，与核电厂安全壳空气过滤系统相连；控制器模块包含运算控制程序，其通过对测量数据、进气和泄压调节阀阀位反馈信号的逻辑运算，控制空压机模块和压力调节装置的运作。
2.如权利要求1所述的安全壳试验压力控制系统，其特征在于，所述测量仪表模块包含分层布置在安全壳内的至少一个压力变送器、温度变送器和温度传感器。
3.如权利要求1所述的安全壳试验压力控制系统，其特征在于，所述空压机模块具体包括：包含多个空压机设备和可产生压缩空气的空压机单元和用于将注入空气的各项指标调节至符合试验要求的空气处理单元。
4.如权利要求3所述的安全壳试验压力控制系统，其特征在于，所述空气处理单元包含：用于排出空压机产生的压缩气体中的杂质，使压缩空气洁净度满足试验要求的过滤器；用于排出空压机产生的压缩气体中过量的水蒸汽，使压缩空气湿度满足试验要求的干燥器；以及自带温度变送器和空气温度调节阀，调节阀通过临时管道与电厂冷却水系统相连，调节阀控制回路和温度变送器信号接入控制器模块，在试压过程中自动控制进入安全壳的空气温度的热交换器。
5.如权利要求1所述的安全壳试验压力控制系统，其特征在于，所述数据采集处理模块能同时采集和处理安全壳内压力、壳内温度和壳内湿度数据。
6.如权利要求1所述的安全壳试验压力控制系统，其特征在于，所述压力调节装置包含带定位器的进气调节阀和泄压调节阀，两个定位器均与控制器模块相连。
7.如权利要求1所述的安全壳试验压力控制系统，其特征在于，所述控制器模块在升压操作时，根据预设的目标压力和升压速率，自动计算进气调节阀的开度，随安全壳内压力值上升自动调节阀门开度，保持升压速率；在安全壳压力达到目标值后，控制系统自动控制进气调节阀开度，保持安全壳内压力稳定；在泄压操作时，根据预设的目标压力和降压速率，自动计算泄压调节阀的开度，随安全壳内压力值下降自动调节阀门开度，保持降压速率。
8.如权利要求1所述的安全壳试验压力控制系统，其特征在于，所述控制器模块用于接收数据采集模块和压力调节装置的反馈数据，并在对反馈数据进行处理后对安全壳内进行压力控制；同时，控制器模块也接收空压机单元和空气处理单元的信号，通过数据处理后自动控制空压机的启停和进入安全壳空气的温度。
9.一种安全壳试验压力控制方法，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述的安全壳试验压力控制系统，具体步骤包括：
S1：安全壳内设置压力变送器、温度变送器和湿度传感器测量仪表，安全壳外设置数据采集处理装置、控制器模块、空压机、空气处理装置、压力调节装置等设备；
S2：控制器模块按照设定的压力曲线，启动空压机产生压缩空气，自动调节压力调节装置将经过空气处理装置处理后符合试验要求的压缩空气注入安全壳内部；
S3：根据测量仪表的测量结果记录安全壳内实际压力、温度、湿度情况，通过数据采集处理装置将数据信息反馈控制器；
S4：根据预设的目标压力和升降压速率要求，通过控制器控制压力调节装置的阀门开度，实现对安全壳内部压力控制；
S5：根据安全壳试验的温度要求，控制器监视安全壳内温度，在安全壳温度接近安全限值时自动停止降压，并产生报警；
S6：按照设定的压力曲线，完成各压力平台试验，进行数据分析及试验结果评估。
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