Структура автоматизированного управления технологическим процессом химводоочистки для АЭС

В настоящее время особую актуальность приобрела специфическая отрасль химической технологии, связанная с обработкой воды на тепловых и атомных электростанциях (ТЭС и АЭС). Большинство технологических процессов обработки вод различных типов, в том числе и сточных, не относятся к разряду новой техники, а известны и используются сравнительно давно, постоянно видоизменяясь и совершенствуясь.

К новым технологическим процессам относится удаление взвешенных и растворенных примесей воды на так называемых намывных фильтрах.

Начало очистки воды начинается в цехе водоподготовки, где основой является водоподготовительная установка (ВПУ).

Она предназначена для глубокого обессоливания исходного материала, с целью получения химобессоленной воды в соответствии с показателями качества, предусмотренными соответствующей нормативно-технической документацией.

Химобессоленная вода используется при заполнении первых и вторых контуров после остановов (если при останове требовалось дренирование оборудования), для восполнения потерь теплоносителя второго контура, регенерации и отмывок систем очистки станционных вод, приготовлении растворов реагентов, а также при протекании технологических циклов вспомогательных систем АЭС [1].

Ниже представлена функциональная структура автоматизированной системы управления технологическим процессом химводоочистки (АСУ ТП ХВО) состоящая из взаимосвязанных подсистем, которые классифицируются по исполняемым функциям:

• сбора и первичной обработки значений технологических параметров и состояния исполнительных механизмов насосов, запорной и регулирующей арматуры;
• интерактивного ввода параметров, необходимых для выполнения расчетов в составе функционально-группового (или программно-логического) управления (ФГУ);
• графического отображения состояния технологического оборудования, исполнительных механизмов насосов, запорной и регулирующей арматуры;
• предупредительной и аварийной сигнализации отклонения от задания технологических параметров и нарушений хода программ ФГУ;
• регистрации значений технологических параметров и хода программ ФГУ;
• функционально-группового управления процессами регенерации фильтров, приготовления и подачи химических реагентов, нейтрализации сбросов ВПУ и тому подобное;
• технологических блокировок, аварийное включение резерва (АВР) насосов;
• технологических защит;
• дистанционного управления исполнительными механизмами насосов, вентиляторов, запорной и регулирующей арматуры, а также отдельными операциями ФГУ (пооперационное управление регенерацией фильтров: взрыхление, пропуск кислоты и тому подобное);
• обработки приоритетов и формирования выходных команд управления исполнительными механизмами насосов и арматуры;
• обеспечение связи с автоматизированным рабочим местом начальника смены (АРМ НС) и автоматизированным рабочим местом оператора-технолога (АРМ ОТ) с АСУ ТП станции.

Входными данными автоматизированной системы управления являются параметры планового обслуживания оборудования, показатели непосредственного мониторинга системы объектов обслуживания, экспертные оценки влияния неправильного функционирования элемента на нормальное функционирование всей системы, сложность и длительность ремонта конкретных единиц оборудования. [2]

На щиту управления (ЩУ) АСУ ТП ХВО в оперативном контуре управления располагается АРМ ОТ, с которого осуществляется контроль и управление оборудованием установки (рис. 1).

Автоматизированное рабочее место должно иметь системную связь с автоматизированным рабочим местом начальника смены химического цеха (АРМ НС ХЦ) и АРМ инженера автоматизированной системы управления (АСУ). Автоматизированное рабочее место НС ХЦ должно иметь системную связь с АРМ аппаратчика блочной обессоливающей установки (БОУ), станцией безаварийного управления (СБУ), автоматизированное рабочее место лаборанта экспресс-лаборатории (АРМ ЭЛ) и АРМ оперативного персонала других цехов электростанции, связанных технологическими режимами с химическим цехом. Объем информации, поступающей на АРМ НС ХЦ, должен быть достаточным для оперативного ведения воднохимического режима станции.

В неоперативном контуре ЩУ ВПУ должно быть размещено АРМ инженера АСУ для обслуживания программно-технического комплекса (ПТК) АСУ ТП ХВО: конфигурирования, отладки программного обеспечения (ПО) и другое. [3].

Автоматизированная система управления технологическим процессом ХВО имеет иерархическую трехуровневую структуру (рис. 2). При этом верхний и средний уровень ПТК построены на базе локальной вычислительной сети, а нижний уровень обеспечивает ее связь с технологическим оборудованием.

Нижний уровень системы включает датчики с нормированным выходом (исключение – датчики температуры), датчики непосредственного контроля и прямого действия, контактные концевые выключатели арматуры (или бесконтактные преобразователи информации о конечных положениях арматуры), контактные реле, органы местного управления, в том числе аварийные кнопки.

Рисунок 1 – Обобщенная структура АСУ ТП ХВО

Рисунок 2 – Структурная схема аппаратного обеспечения АСУ ТП ХВО

Нижний уровень системы должен быть построен таким образом, чтобы была обеспечена возможность ремонта, опробования механизмов без связи с верхними уровнями АСУ и аварийного оперативного отключения механизма в случае отказа среднего и верхнего уровней системы.

Для входных аналоговых сигналов предпочтительным является сигнал 4 – 20 мА, для дискретных –– 0 – 24 В.

Оборудование ВПУ должно быть разделено на функциональные группы по технологическому принципу.

Установка обессоливания речной воды производительностью 200 т/ч может состоять из следующих функциональных групп оборудования (ФГО):

• осветлителей;
• баков: бак известкованной воды (БИВ), бак регенерационных вод (БРВ), бак шламовых вод (БШВ) с перекачивающими рабочую среду насосами;
• графического отображения состояния технологического оборудования, исполнительных механизмов насосов, запорной и регулирующей арматуры;
• мерников коагулянта с дозирующими устройствами;
• мерников полиакриламида с дозирующими устройствами;
• мерников щелочи для осветлителей с дозирующими устройствами;
• мерников щелочи для тепловой сети с дозирующими устройствами;
• механических фильтров (с оборудованием узла промывки, общего для МФ);
• блоков фильтров обессоливания;
• регенерационного узла кислоты для БФ;
• регенерационного узла щелочи для БФ;
• баков–нейтрализаторов;
• ячеек и баков коагулянта с перекачивающими насосами;
• баков щелочи склад химических реагентов (СХР) с перекачивающими насосами;
• баков кислоты СХР с перекачивающими насосами;
• ячеек и баков соли с перекачивающими насосами;
• ячеек извести с перекачивающими насосами;
• приямков СХР.

Размещение в шкафах схем управления запорной и регулирующей арматур должно быть выполнено по технологическому принципу и соответствовать делению на ФГО [4].

Средний уровень системы в структуре АСУ ТП базируется на микропроцессорных контроллерах в составе локальной вычислительной сети Ethernet АСУ ТП и обеспечивает:

• прием и аналого-цифровое преобразование сигналов, поступающих с нижнего уровня;
• формирование пакетов этой информации и передачу их по локальной сети на верхний уровень;
• выполнение программ контроля и управления, в том числе автоматического регулирования, блокировки и АВР;
• прием с верхнего уровня сети и преобразование цифровых сигналов в аналоговые и релейные в соответствии с заданными алгоритмами;
• передачу команд на объект управления.

На среднем уровне реализуются функции технологической блокировки (ТБ) и дистанционного управления (ДУ) наиболее ответственными исполнительными механизмами (ИМ), а также автоматическое регулирование (АР) и технологические защиты (ТЗ) АСУ ТП ВПУ. Оборудование среднего уровня должно быть приспособлено к условиям окружающей среды в месте установки (у технологического оборудования или на ЩУ ХВО).

Размещение модулей ввода/вывода в шкафах контроллеров должно соответствовать делению на ФГО, принятые для шкафов управления арматурой.

Верхний уровень системы предназначен для реализации алгоритмов ФГУ технологическим оборудованием и связанными с ним ДУ и ТБ исполнительных устройств, СБУ, алгоритмов расчетного характера, а также для формирования поста оперативного управления ВПУ. СБУ осуществляет множество различных методов диагностики и прогнозирования случайных процессов. [5]

Химводоочистка является вспомогательным производством на АЭС, однако качество ее функционирования оказывает очень большое влияние, как на экономичность, так и на безаварийность работы АЭС в целом.

Рассмотренная структура АСУ ТП ХВО имеет циклический характер технологического процесса, что позволяет обеспечить высокий уровень автоматизации. Функционально–групповое управление в сочетании с реализацией эффективного контроля воднохимического режима, существенно уменьшает расход реагентов, повышает качество воды и увеличивает срок межремонтной эксплуатации.