基于潮位的鼓网套筒智能冲洗方案研究.pdf

收稿日期:作者简介:杨庆(),男,山东蒙阴人,高级工程师,学士,从事核电厂运行方面研究工作(E m a i l y q i n g c n n p 敭 c o m敭 c n).基于潮位的鼓网套筒智能冲洗方案研究杨庆,罗泳,陈天朋,刘伟,邓胚强,赵智超(中核核电运行管理有限公司,浙江海盐 )摘要:通过对海水液位测量套筒的堵塞原因分析,发现只有在海水潮位上涨期间才会发生套筒堵塞现象.因此分析研究了各路冲洗水源,通过提前预测未来一年的海水潮位时刻表,提出一种根据潮位启停地坑排水泵的控制模式,在海水涨潮期间间断发出地坑排水泵的启动命令,并且通过多个水源的交错控制,实现对套筒的间断冲洗;通过研究并进行实测验证,验证了方案的可行性.关键词:排水泵;冲洗水;鼓网水位压差;潮位中图分类号:TU 文献标志码:A文章编号:()S t u d yo nt h eI n t e l l i g e n tF l u s h i n gS c h e m eo ft h eD r u m n e tS l e e v eB a s e do nT i d eL e v e lYAN GQ i n g,L UOY o n g,CHE NT i a n p e n g,L I U W e i,D E N GP e i q i a n g,Z HAOZ h i c h a o(N u c l e a rP o w e rO p e r a t i o nM a n a g e m e n tC o,L t d,C NN P,H a i y a n,Z h e j i a n gP r o v ,C h i n a)A b s t r a c t:T h r o u g ht h ea n a l y s i so f t h er e a s o n sf o rt h eb l o c k a g eo f t h es e a w a t e r l e v e lm e a s u r e m e n ts l e e v ea n df i n d s t h a t t h ep h e n o m e n mo f s l e e v eb l o c k a g eo n l yo c c u r sd u r i n g t h e r i s eo f t h e s e a w a t e r t i d e l e v e l T h e r e f o r e,a n a l y s i sa n ds t u d yw e r e c o n d u c t e do nv a r i o u s f l u s h i n gw a t e r s o u r c e s B yp r e d i c t i n g t h e s e a w a t e r t i d e l e v e l s c h e d u l e f o r t h en e x t y e a r i na d v a n c e,a c o n t r o lm o d e f o r s t a r t i n ga n d s t o p p i n g t h ep i t d r a i n a g ep u m pb a s e do n t h e t i d el e v e lw a sp r o p o s e d D u r i n gt h er i s i n gt i d eo f s e a w a t e r,t h es t a r tc o mm a n do f t h ep i td r a i n a g ep u m pw a s i n t e r m i t t e n t l y i s s u e d,a n dt h e i n t e r m i t t e n t f l u s h i n go f t h e s l e e v ew a s a c h i e v e d t h r o u g ht h e s t a g g e r e dc o n t r o l o fm u l t i p l ew a t e rs o u r c e s T h e f e a s i b i l i t yo f t h es c h e m ew a sv e r i f i e dt h r o u g hs t u d ya n da c t u a lm e a s u r e m e n tv e r i f i c a t i o n K e yw o r d s:d r a i n a g ep u m p;w a s hw a t e r;d r u mn e tw a t e r l e v e l p r e s s u r ed i f f e r e n c e;t i d a l l e v e lC L Cn u m b e r:TU A r t i c l e c h a r a c t e r:AA r t i c l e I D:()前言长期以来,秦山核电二厂安全厂用水系统(S E C)鼓形滤网(简称“鼓网”)水位压差高报警频繁触发,经常触发几秒或几分钟后消报,严重影响运行人员监盘和对鼓网堵塞情况的判断.检查S E C鼓网压差高报警趋势,发现都是在涨潮期间频繁触发报警.S E C鼓网利用套筒进行前后压差测量,套筒竖直安装在海水中,在海水涨潮期间套筒内水位随着海水潮位的上涨而上涨,由于杭州湾海水含沙量大,涨潮过程中海水进入套筒中,泥沙淤积会导致套筒堵塞,进而导致无法准确测量海水潮位;但是在海水退潮期间套筒内的海水是向下流动,则套筒不容易堵塞.S E C系统的鼓网套筒冲洗水源介绍每台鼓型滤网配有水位测量装置,用于测量鼓网前后水位差,并根据水位差控制鼓网转速,当前后水位差高于 m时鼓网切换到高速运行,前后水位差达到 m时触发水位差高报警,为了防止泥沙淤积导致套筒堵塞影响水位测量,需要对套筒进行冲洗./S E C鼓网套筒冲洗水源有路,如图所示.S E V P S:除盐水生产系统(S D A)制水时才有水(间断运行);S E O P S:C R FA列顶盖排水泵的排水(水量较小、间断运行);S E O P S:C R FB列顶盖排水泵的排水(水量较小、间断运行);S E O P S:C R FA列顶盖排水泵的排水(水量较小、间断运行);S E O P S:C R FB列顶盖排水泵的排水(水量较小、间断运行);S E O P S:P X厂房 外 盲 沟 水(地 下 水、水量大、间断运行).S E A V E:P X厂房S E A母管末端.第 路套筒冲洗水源都是间断供水,只有第路水源可以提供连续冲洗水源,目前采取的措施是保持 S E A V E开启连续小流量冲洗,由此秦山核电二厂/S E C鼓网套筒冲洗所消耗的生产水流量为 m/h,大约 m/d.图S E C鼓网套筒冲洗水源F i g T h e f l u s h i n gw a t e rs o u r c e f o r t h eS E Cd r u mn e t s l e e v e问题分析 套筒冲洗水源分析第路水源仅在S D A系统制水时才有水,水量小且间断运行,不具备利用价值;第路冲洗水源的个地坑有持续来水,但是液位达到地坑泵启动定值时会在短时间内排空.第路水源是P X厂房盲沟排水,属于地下水,水量丰富,但是日常盲沟液位不会到达地坑泵启动液位,地坑泵长期处于停运状态,只有在降雨后才会启动.第路水源是生产水系统S E A,可以提供持续的 冲 洗 水,每 天 需 要 m,造 成 极 大 的浪费.地坑泵控制方式介绍第路水源都是一个地坑,每个地坑中设置台或者台地坑泵,每个地坑与地坑泵的对应关系见表.表地坑与地坑泵对应关系表T a b l eR e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep i t a n dt h ep i tp u m p地坑编号 S E V P S S E O P S S E O P S S E O P S S E O P S S E O P S地坑泵编号 S E V P O S E O P O S E O P O S E O P O S E O P O S E O P O S E O P O第路水源的个地坑都只有一台排水泵,当地坑液位上涨至S 时,启动地坑泵排水向鼓网套筒冲水,当地坑液位下降至S 时地坑泵停运.第路 水 源 S E O P S有 两 台 地 坑 泵 S E O /P O,这 两 台 地 坑 泵 的 运 行 逻 辑如下:)液位上涨至S,启动第一台地坑泵;)液位上涨至S,启动第二台地坑泵;)液位降低至S,两台地坑泵都停运.对策分析由于S E C鼓网套筒冲洗一段时间后停止冲洗并不会立即堵塞,S E C鼓网套筒冲洗可以小流量连续冲洗,也可以大流量间断冲洗.在S E C鼓网套筒大流量冲洗后,间隔一段时间才会再次堵塞,如果能够在再次堵塞前再次大流量冲洗,则也可以起到避免S E C鼓网压差高报警频繁误报的效果.检查S E C鼓网压差高报警趋势,发现都是在涨潮期间频繁触发报警,只需要在涨潮期间进行间断大流量冲洗即可,初步分析大流量间断冲洗S E C鼓网套筒具有可行性.方案设计 排水泵逻辑变更方案以第路水源 S E O P S为例,当前排水泵根据液位启停,需要增加根据海水潮位启停的逻辑,让其具有在涨潮期间启停的功能.地坑泵在海水退潮期间仅根据地坑水位控制启动或者停止,在海水涨潮期间既能根据地坑水位进行启动停止,也可以间断启动对套筒进行间断冲洗.变更改造的设想有三点基本要求:)在地坑泵控制箱旁边增加新的P L C控制箱,作为地坑泵控制箱的背包,如图所示;新增背包电源来自原控制箱,背包仅通过KA 和KA 两个触点信号返回原控制箱,用于给地坑泵根据潮位启停的信号.仅增加背包,无需更换原有控制箱,改造成本低;即便改造不成功,将背包拆除即可,不影响原有逻辑及功能.)新增背包后,地坑泵原有逻辑保持不变,仅在涨潮期间增加两台泵的交替间断启动功能,如图所 示;地 坑 泵 的 原 有 控 制 逻 辑 中 原 有S和S启动信号不变,新增加潮位启动信号KA 和KA ,新增的潮位启动信号必须在地坑水位高于S时才有效.)P L C控制器自带时间芯片,并且自带纽扣电池,在P L C控制器失电后重新上电时间芯片仍能正常运行,不会影响潮位时刻识别.图 S E O P S地坑泵控制箱改造示意图F i g T h es c h e m a t i co f t h ec o n t r o l b o xt r a n s f o r m a t i o no f S E O P Sp i tp u m p P L C功能设计在地坑泵的控制电路中增加一个P L C(可编程逻 辑 控 制 器),在P L C(可 编 程 逻 辑 控 制器)内部存储未来一段时间(例如年)的当地潮汐时刻表,P L C根据潮汐时刻表自动判断当前时刻是涨潮时刻还是退潮时刻.图地坑泵控制逻辑改造示意图F i g T h es c h e m a t i co f t h ec o n t r o l l o g i c t r a n s f o r m a t i o no f t h ep i tp u m p在P L C内可以人为设定几个参数:T:涨潮延迟时间;T:退潮延迟时间;T:地坑泵单次启动时间;T:地坑泵单次停运时间.当日低潮位时刻为t和t,高潮位时刻为t和t,即t至t为涨潮时间段,t至t为退潮时间段,t至t为涨潮时间段,t至第二天的低潮位时刻为退潮时间段.在每个涨潮时间段内,开始进入潮位控制模式P L C(可编程逻辑控制器)发出命令,相关逻辑如下:)控制KA 触点闭合,如果地坑液位高于S,则S触点闭合,继电器KM 带电,触点KM 闭合,则发出地坑泵A启动信号,地坑泵A启动,持续T时间;)T时间结束后,触点KA 断开,继电器KM 失电,触点KM 断开,地坑泵A停运,持续T时间;)T时 间 结 束 后,P L C发 出 命 令 控 制KA 触 点 闭 合,如 果 地 坑 液 位 高 于S,则S触点闭合,继电器KM 带电,触点KM 闭合,则发出地坑泵B启动信号,地坑泵B启动,持续T时间;)T时间结束后,触点KA 断开,继电器KM 失电,触点KM 断开,地坑泵B停运,持续T时间;)期间任何时刻地坑液位下降至S,则地坑泵停运.只要地坑水位高于S,在涨潮时段两台地坑泵进入潮位控制模式:地坑泵A运行T时间,停运T时间,然后地坑泵B运行T时间,停运T时间,如此两台地坑泵交替间断运行,如此往复循环,直至涨潮时间段结束,运行时序如图所示.某些工况下,需要人为提前或者延后进入潮位控制模式,设置T,例如,设置T m i n,则tt T t 时开始进入潮位控制模式,即提前m i n开始进入潮位控制模式;设置Tm i n,则tt T t 时开始进入潮位控制模式,即延迟m i n开始进入潮位控制模式.某些工况下,需要人为提前或者延后退出潮位控制模式,设置T,例如,设置T m i n,则tt T t 时开始退出潮位控制模式,即提前m i n开始退出潮位控制模式;设置Tm i n,则tt T t 时开始退出潮位控制模式,即延迟m i n开始退出潮位控制模式.图 S E O P S地坑泵潮位控制模式下运行时序图F i g T h er u n n i n gs e q u e n c eo f S E O P Sp i tp u m pi nt h e t i d e l e v e l c o n t r o lm o d e P L C参数设置为达到冲洗效果,单次排水泵启动冲洗的时间T应合理设置;为保证排水泵停运期间不触发S E C鼓网压力高报警甚至不切换至高速运行,停泵持续时间T应合理设置.T:涨潮延迟时间,T:退潮延迟时间根据实际需要设置.为了获得T和T适合的参数,需要进行测试,测试方案如下:)将路水源全部停运.)在 涨 潮 期 间 观 察S E C鼓 网 压 差 触 发H(m/切 高 速)时 间 和H(m/报警)的时间.)手动启动 S E O P O或者 S E O P O对S E C鼓网套筒进行冲洗,记录压差恢复正常时间.经过多次测试,测试结果如表所示,根据目前的统计数据,每间隔 m i n,冲洗m i n可以满足S E C鼓 网 自 动 情 况 下 不 切 至 高 速.即T m i n,T m i n,据 此 S E O /P O每天需要累计运行h.表T/T 测试验证数据表T a b l eT h eT/T t e s t v e r i f i c a t i o nd a t a日期切高速(H:m)时间/m i n报警(H:m)时间/m i n地坑泵冲洗时间/m i n月 日 月 日 月 日 月 日第次 月 日第次 月日第次 月日第次 月日第次 月日第次 由国家海洋局东海预报中心提供未来一年的秦山地区潮位时刻表,通过该表可以查询并设置每 天 低 潮 位 时 刻 为t和t,高 潮 位 时 刻 为t和t.可以据此进行编程,在潮位最低时刻开始间断冲洗,实现 S E O /P O的启停控制.S E O P S水量验证根据 修 改 后 的 逻 辑 图,在P X泵 房 盲 沟 S E O P S液 位 降 低 至S 时,S E O /P O同时停运,无法启动.在较长时间没有下雨的情况下,地下水位较低,S E O P S液位可能会比较低,并且考虑到 S E O P S距离海岸仅 m左右,地坑水位在低潮位时低一些.因此考虑在干旱且低潮位的情况下是否有足够的水量用来冲洗S E C鼓网套筒,初步验证水量足够,根据目前的统计数据,前期 天没有降雨情况下,盲沟水量能够满足冲洗要求,如表所示.表 S E O P S水量验证数据表T a b l eT h e S E O P Sw a t e rq u a n t i t yv e r i f i c a t i o nd a t a日期水量验证月 日低潮位时 S E O P O连续运行h,未触发S液位定值月 日低潮位时 S E O P O连续运行h,未触发S液位定值月 日低潮位时 S E O P O连续运行h,未触发S液位定值月 日低潮位时 S E O P O连续运行h,未触发S液位定值 第 路水源方案经过上面的分析与验证,可以得出新方案的实施具有可行性,P X厂房盲沟 S E O P S水量可以满足S E C鼓网套筒冲洗水的要求.那么我们亦可以在此方案的基础上,将此方案应用到 S E O /P S和 S E O /P S这路水源上,使地坑水都得到利用,在盲沟冲洗水即可以满足套筒冲洗的前提下,搭配使用这路水源,保障和提高了套筒的冲洗效果.S E O /P S和 S E O /P S日常接收C R F泵顶盖排水泵来水,以 S E O P S为例,它 为 C R F A列 地 坑,有 地 坑 泵 S E O P O,可直接排水至管网对S E C鼓网套筒进行冲洗.因此,共有台地坑泵 S E O /P O和 S E O /P O可直接对鼓网套筒进行冲洗,它们是根据地坑液位启停的.同样,在不改变原功能下,增加 S E O /P O和 S E O /P O根 据 潮 位 启 停 的 功能,在地坑泵的控制电路中增加一个P L C(可编程逻 辑 控 制 器).在 海 水 涨 潮 时,S E O /P O与 S E O /P O、S E O /P O一起启动排水,对S E C鼓网套筒进行冲洗.由于这路水源只有一个地坑泵,对于相应的 逻 辑 改 造 时KA 触 点 不 再 接 线,只 有KA 进行 接 线.举 例:将T m i n,T m i n,则地坑泵运行 m i n,然后间隔T T T m i n.将个P L C控制器的涨潮延时时间T 分别设置为、m i n.当进入涨潮时段时,第一个排水泵立即启动m i n,第二个排水泵间隔 m i n启动,第三个排水泵间隔 m i n启动,第四个排水泵间隔 m i n启动.之后再经历 m i n,又到了第一台泵的启动时间,运行时序如图所示.安全性分析该智能冲洗方案需要确保安全的前提下对S E C套筒进行冲洗,并且要确保良好的冲洗效果,为此需要从各个方案确保安全可靠.地坑排水泵的安全,通过逻辑设置,新增的潮位启动信号必须在地坑 水 位 高 于S(低 定值)时才有效,防止地坑泵空转.鼓网的安全方面,已经通过验证,地坑具有足够的水量用于套筒冲洗;并且 S E A V E还可以作为备用水源,在地坑泵故障或者检修时投运,确保鼓网套筒的正常冲洗.图第路水源地坑泵潮位控制模式下运行时序图F i g T h er u n n i n gs e q u e n c eo f t h ew a t e rs o u r c ep i tp u m pi nt h e t i d e l e v e l c o n t r o lm o d eo f r o u t e智能冲洗方案的实施,还需要持续不断海水潮位时刻表,因此需要每年定时更新P L C系统中的潮位时刻表,可以通过设置定期预防性维修项目进行跟踪,每年定时更新系统中的未来一年的潮位时刻数据.结论本文认真分析与研究了/S E C鼓网套筒冲洗水源,提出了用地坑水代替S E A水作为套筒冲洗水的设想,提出全新的地坑泵潮位控制模式,并对方案的可行性进行了实践验证,具体成果结论有:)解决了地坑泵只能根据地坑水位控制,在套筒发生堵塞时无法有效冲洗的问题,提出潮位控制模式.潮位控制模式可随时投入与退出,应用灵活.)不改变与影响地坑泵原有控制模式的前提下,增加了潮位控制模式后,在涨潮期间间断启动地坑泵,可以有效避免套筒堵塞,可以通过合理地设置T/T/T/T 参数,达到在套筒堵塞前进行冲洗的目的.)更加有效地利用了地坑水,避免产生浪费,合理利用了P X泵房盲沟 S E O P S以及C R F地坑水.参考文献:王瑞荣,陈浩龙,薛楚,等基于灰色马尔可夫模型的钱塘江高潮位预测J杭州电子科技大学学报(自然科学版),():