中国核电工程有限公司华东分公司 河南新郑 451100
摘要：除气塔的生产模式下的状态稳定需要依靠蒸汽流量调节阀、进料调节阀和不凝气体排放调节阀来调节，三个调节阀根据各自的目标参数依靠PID函数进行开度控制。由于三个调节阀调节的参数存在相互影响，放大偏差，如同“三体”问题一样，导致整个除气塔的状态极难稳定。针对上述问题并结合电站实际调试的经验反馈，通过分析各个变量在调节除气塔过程中所占的权重，固定权重较小的变量，调节权重较大的变量，从而以更高的效率完成除气塔的调试。
关键词：调节阀；偏差；权重
核电厂除气塔通过高温辅助蒸汽加热内部放射性液体，放射性气体与水蒸气在通过除气塔排气管线进入排气冷凝器冷却，水蒸气冷凝成水返回除气塔，放射性气体则排出冷凝器。除气塔调试的主要目的是使除气塔能够在生产模式下以设计要求的参数稳定运行，如果参数与设计要求不符会导致：1、除气塔内部温度，进而影响放射性气体的去除效率；2、除气塔本身运行稳定性。
除气塔在生产模式的参数主要包括1、ZBR101MP（塔内压力与不凝气体排放压力的压差，101MP=塔内压力-105MP），其数值用于调节除气塔的蒸汽进汽流量调节阀ZBR365VV，正常运行工况下应维持在12KPa；2、ZBR105MP（除气塔不凝气体排放压力），其数值依靠除气塔不凝气体排放调节阀ZBR427VY来控制，正常情况下应维持在0.135MPa.a；3、ZBR101MN（除气塔内液位），其数值依靠除气塔进料调节阀ZBR027VP来控制，正常情况下应维持在1350mm。这三个参数异常对除气塔的影响如下：ZBR101MP：反应二次蒸汽的流量，如果偏大，则会超出排气冷凝器的冷却能力，进而导致排气温度升高。另外ZBR101MP压差如果小于5KPa或者大于25KPa，延时60s也会导致除气塔脱离生产模式；ZBR105MP：反应不凝气体的压力，ZBR105MP+ZBR101MP即为除气塔内部压力。如果ZBR105MP过大，则会造成ZBR101MP偏小，逻辑上会导致脱离生产模式；如果ZBR105MP过小，则会造成ZBR101MP偏大，逻辑上会导致脱离生产模式，另外塔内压力对应的是水的饱和蒸汽温度，压力偏小则蒸汽温度也偏小，对除气塔去除效率有影响；ZBR101MN：除气塔内部液位的变化也会上部气空间造成压缩效果，进而影响到除气塔压力。容易看出上述三个除气塔运行参数之间并非相互独立，毫无关联。在核电站的实际调试过程中也发现了三个调节阀同时调节，整个除气塔状态很难稳定。初期调试结果情况如下：ZBR101MN液位波动在1350±40mm；ZBR101MP则在自动模式下经常出现压差高（＞25KPa）；ZBR105MP压力则要么在0.128 MPa.a以下，要么在0.15MPa.a以上。以上参数导致除气塔在生产模式无法稳定运行，另外当ZBR101MP压差大于20KPa时，就略微超出了排气冷凝器的换热能力导致排气温度升高，当温度高于60℃时除气塔立即停运并关闭排气冷凝器的冷却水阀门，此时失去冷却的高温气体会使排气冷凝器下游温度迅速上升至100℃以上，存在人员烫伤风险。另外再次启动除气塔需要等待排气温度降至50℃以下，需要4~5小时，这对于工程调试及其浪费工期。以上3个参数里面ZBR101MP的变化对除气塔的影响最大，其数值的变化直接影响除气塔状态切换。故确定ZBR101MP为这个系统的主要调试参数，以下围绕ZBR101MP结合简单计算确定其他参数对其影响权重：
ZBR101MN：初期调试结果其偏离目标值±40mm，除气塔下部为水空间，上部为蒸汽空间，水位波动会对上部气空间压力造成影响，为方便计算，将上部蒸汽简化模型为理想气体，则其物理参数满足方程PV=nRT，右侧部分在一个短的时间内可以认为不变，则蒸汽压强与体积成反比，即
P1V1= P2V2 （1）
式中V1为正常液位下的气空间体积，根据除气塔结构图纸可以计算出其体积为6.87m³。
P1为正常运行工况下的除气塔压力，根据设计文件可知正常运行压力为0.147MPa.a。
P2和V2分别为除气塔液位变化后的除气塔压力和蒸汽体积。
则液位变化△h对应的体积变化△V，此时压强变化为
△P= P2- P1=P1△V/（V1-△V） （2）
当△h=±40mm时，△V=0.112m³，代入式（2）可得：
△P≈±3KPa，即液位波动对ZBR101MP造成的影响为±3KPa，影响权重为3/12=25% （3）
ZBR105MP：由101MP=测量塔顶压力-105MP可知，105MP与101MP成负相关。根据初次调试结果可知105MP在0.128~0.142MPa之间波动，取偏差中间值0.007MPa即7KPa，影响权重为7/12≈60%。（4）
ZBR365VV：调节整个系统进蒸汽的总量，影响权重取15%。（5）
根据（3）（4）（5）可知101MP的影响因素里面ZBR105MP所占权重最大，365VV的权重最小。据此，调试人员尝试采用消除小权重影响因子，重点调试大权重因子的方法进行调试，具体措施如下：1、将ZBR365VV置于手动模式，并且根据初期调试结果，尝试将其开度置于47%左右。2、将除气塔排水出口与入口连起来，保证除气塔内部液位维持不变。3、将ZBR427VY置于自动模式。此时ZBR101MP的大小只受ZBR427VY的开度影响，PID调试过程非常顺利，ZBR427VY可以将ZBR105MP压力维持在0.134～0.135MPa.a。当ZBR427VY的PID调节完毕以后将ZBR427VY置于自动模式，然后将ZBR365VV置于自动，此时根据ZBR101MP的变化进行ZBR365VV的PID调节，过程同样顺利，最终ZBR101MP压力维持在11KPa～13KPa。最后进行ZBR027VP的PID调节，ZBR101MN的液位波动被压缩到1350±10mm之间，液位对压力的影响几乎可以忽略。详细数据如下：
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总结：
除气塔整个系统的参数稳定需要三个调节阀共同调节，同时调节三个有相互影响的调节阀的PID非常困难，此时通过确定不同调节阀对主要参数的影响权重，采取措施消除小权重影响因素，重点调试大权重影响因素，可以有效提高调试的效率。后续机组调试除气塔或者其他多调节阀系统可以采用类似的方法，少走弯路。