Создание и внедрение систем контроля и управления водно-химическим режимом (СКУ ВХР) для АЭС с ВВЭР – важное направление повышения их эксплуатационной надежности и безопасности
создание И Внедрение систем контроля и управления
водно-химическим режимом (СКУ ВХР) ДЛЯ АЭС с ВВЭР –
Важное направление повышения их эксплуатационной
надежности и безопасности
, ,
, Электрогорск, Россия
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что важным фактором обеспечения эксплуатационной надежности и безопасности АЭС является поддержание такого качества водного теплоносителя, при котором существенно замедляются процессы эрозии-коррозии конструкционных материалов и образования отложений на поверхностях технологического оборудования. Соответственно особая роль в этой связи отводится оперативному химическому контролю параметров водно-химического режима (ВХР) при помощи современных приборных средств, которые обеспечивают получение экспрессной и достоверной информации, позволяющей своевременно обнаруживать неблагоприятные тенденции развития внутриконтурных физико-химических процессов, формирующих текущее состояние ВХР и оперативно обрабатывать получаемую информацию – прежде всего с позиций своевременного прогнозирования характера изменения ВХР и адекватного воздействия на него при нарушениях с целью его восстановления и стабилизации.
Применение современных средств автоматизированного химического контроля (АХК) ВХР позволяет:
– максимально нивелировать субъективный фактор при получении результатов химических анализов;
– обеспечить непрерывный мониторинг химических параметров;
– обеспечить верификацию получаемых данных в темпе с процессом;
– выявить неисправные приборы по ходу процесса;
– получать результаты косвенных измерений в темпе с процессом;
– путем статистической обработки получаемых сигналов выявить отклонения от текущего состояния ВХР на ранней стадии развития;
– автоматически выдавать аварийные сигналы и сообщения на БЩУ.
Обеспечить автоматизированный сбор, обработку, документирование и хранение информации в объеме, достаточном для своевременного выявления нарушений нормативных показателей ВХР, а также для формирования и реализации управляющих сигналов, в том числе автоматических, позволяет система контроля и управления ВХР (СКУ ВХР), составной частью которой является подсистема АХК ВХР.
Известно достаточно много зарубежных разработок диагностических систем химического мониторинга для применения на АЭС, например: ALLY™ (Westinghouse), DIWA™ (AREVA), CHEMIS (Chemcomex) (см. таблицу).
Таблица – Зарубежные диагностические системы химического мониторинга
Фирма – разработчик | Наименование системы | Назначение |
| ALLY™ | Система непрерывного мониторинга химических параметров и химической диагностики |
| DIWA™ | Диагностическая система для управления ВХР |
| CHEMIS | Химическая информационная система |
Перечисленные системы близки по функциональным возможностям и, в принципе, обладают возможностью расширения – включением функций автоматизированного управления. Уже свыше 15 лет они эксплуатируются на различных зарубежных АЭС, а также широко применяются и в тепловой энергетике.
Можно отметить, что система CHEMIS проходила квалификационные испытания на Полигоне СКУ ВХР в годах в рамках Проекта TACIS R2.01/06. По результатам испытаний было сделано заключение о возможности использования этой системы на АЭС российского дизайна.
Среди отечественных разработок в рассматриваемом направлении применительно к АЭС с ВВЭР-1000 можно отметить систему химико-технологического мониторинга, разработанную для первой очереди Тяньваньской АЭС по заданию . Однако и в ней функции автоматизированного управления ВХР не предусмотрены.
Разработка СКУ ВХР для АЭС с ВВЭР-1000
имеет многолетний опыт разработки СКУ ВХР и ее отдельных компонентов в кооперации с ведущими научными и проектными организациями РФ.
Так, в 2000 – 2003 гг. ЭНИЦ совместно с НИУ МЭИ, , НИЦ КИ, », ИГЭУ, впервые выполнил разработку технического проекта СКУ ВХР I и II контуров АЭС с ВВЭР-1000, который был в определенном объеме реализован на блоке 3 Калининской АЭС.
В 2007 – 2011 гг. по договору с выполнил разработку технического проекта технологической части проекта СКУ ВХР, как подсистемы АСУ ТП энергоблока для систем обеспечения и поддержания ВХР для обоих контуров Нововоронежской АЭС-2. Соисполнителями этой работы являлись также НИЦ «Курчатовский институт» и НИУ МЭИ.
Принципиально этот проект отличается от ранее выполненного следующим:
– СКУ ВХР I контура выполняет не только измерительно-информационные функции, но и в полной мере функции управления средствами поддержания ВХР;
– автоматический химический контроль выполняется с помощью анализаторов, выделяемых в две группы – 1 и 2 уровня; анализаторы 1 уровня – это относительно простые приборы постоянного действия, анализаторы 2 уровня – это сложные приборы периодического действия, режим работы которых зависит от состояния ВХР;
– лабораторный химический контроль (ЛХК) ВХР I и II контуров выполняется, насколько возможно, с помощью автоматизированных анализаторов;
– лабораторная информационная система (ЛИС) является общестанционной и входит в качестве подсистемы в СКУ ВХР АЭС.
В рамках технического проекта проработаны организационно-технологические аспекты автоматизации контроля и управления состоянием водно-химических режимов I и II контуров НВАЭС-2, разработаны основные технические решения в пределах технологической части и выполнены проектные работы в соответствии с требованиями группы ГОСТ 34.
СКУ ВХР обеспечивает информационную поддержку персонала в части контроля параметров ВХР I и II контуров, идентификации аномалий водно-химических процессов и причин их возникновения, формирования рекомендаций и принятия решений по управляющим воздействиям при нарушении ВХР.
Организация СКУ ВХР в соответствии с её назначением базируется на следующих основных положениях:
– СКУ ВХР является составной частью АСУ ТП энергоблока и унифицируется по аппаратной и программной части с общесистемными решениями по энергоблоку;
– СКУ ВХР обеспечивает автономное выполнение задач информационной поддержки персонала химслужбы, службы ТО и Р, службы эксплуатации при реализации им функций контроля и управления ВХР;
– СКУ ВХР обеспечивает подготовку и передачу в систему верхнего блочного уровня (СВБУ) информации по химическим показателям ВХР, необходимую для выполнения персоналом блочного пульта управления (БПУ) оперативных действий по управлению энергоблоком при нарушениях ВХР.
– СКУ ВХР представляет собой децентрализованную и пространственно-распределённую иерархическую систему программно-технических средств и комплексов.
Структурная схема СКУ ВХР изображена на рисунке 1.
Рис. 1 - Структурная схема СКУ ВХР
СКУ ВХР включает следующие уровни иерархии:
– нижний уровень обеспечивает: подготовку проб и проведение измерений параметров ВХР на средствах АХК 1 уровня, подготовку проб для проведения измерений на средствах ЛХК, первичную обработку и передачу информации на средний уровень СКУ ВХР;
– средний уровень СКУ ВХР обеспечивает: проведение измерений параметров ВХР на средствах АХК 2 уровня; приём данных измерений от средств АХК 1 и 2 уровней, автоматизированный ввод персоналом данных лабораторного химического контроля вручную и данных от средств автоматизированного лабораторного химического контроля по запросу, вторичную обработку и передачу информации на верхний уровень СКУ ВХР и в информационно-вычислительную систему энергоблока; реализацию функций автоматизированного управления средствами поддержания ВХР (включая системы дозирования корректирующих реагентов);
– верхний уровень СКУ ВХР обеспечивает: автоматизированный ввод информации персоналом (за исключением данных лабораторного химического контроля); основную обработку информации (в области информационной поддержки персонала химической службы); формирование команд автоматизированного управления средствами, обеспечивающими функционирование СКУ ВХР; приём данных от внешних (по отношению к СКУ ВХР) систем.
На рисунке 2 приведена укрупнённая схема организационной структуры подразделений, обеспечивающих функционирование СКУ ВХР.
Рис. 2 – Функции персонала, использующего информацию от СКУ ВХР
В процессе работы СКУ ВХР выполняет следующие функции.
Информационные функции СКУ ВХР:
– контроль текущих параметров ВХР и параметров энергоблока, связанных с ВХР;
– идентификация нарушений ВХР;
– диагностирование причин нарушений ВХР;
– предоставление "советов" по ведению ВХР оперативному персоналу;
– ретроспективный контроль ВХР;
– документирование информации по ВХР.
Управляющие функции СКУ ВХР:
– автоматическое и автоматизированное управление вводом корректирующих реагентов в I-й контур;
– автоматическое и автоматизированное управление вводом корректирующих реагентов во II-й контур.
Вспомогательные функции СКУ ВХР:
– контроль состояния технических и программно-технических средств системы;
– управление функционированием технических и программно-технических средств системы.
Управляющие функции СКУ ВХР II контура реализуются с помощью набора алгоритмов управления:
– алгоритм управления вводом раствора аммиака во II контур;
– алгоритм управления вводом раствора гидразина во II контур;
– алгоритм управления вводом раствора этаноламина во II контур.
Для функционирования данных алгоритмов дополнительно необходима входная информация от других систем.
Реализовать управляющие функции СКУ ВХР применительно к I контуру стало возможным благодаря завершению разработки НИЦ «Курчатовский институт» Экспертной Программы на базе кода «МУХТАР». Управляющие функции СКУ ВХР II контура реализуются с помощью набора алгоритмов управления, разработанных в совместно с НИУ МЭИ.
Массив входных данных СКУ ВХР формируется из:
– информации, поступающей от приборов АХК;
– данных, поступающих от смежных подсистем АСУ ТП энергоблока (данные ТТК, состояние оборудования и т. д.);
– сигналов, поступающих от датчиков ТТК средств подготовки проб I и II контура;
– информации, поступающей из ЛИС.
В ходе работы система формирует следующие выходные данные:
– информацию о текущем состоянии ВХР для отображения на автоматизированных рабочих местах (АРМ) пользователей системы (обработанные данные от приборов АХК, данные о работе средств подготовки проб I и II контура, расчетные параметры и т. д.)
– советы оперативному персоналу по ведению ВХР;
– ретроспективную информацию для технологического и статистического анализа информационной модели ВХР;
– сигналы управления исполнительными механизмами;
– отчетные формы.
Схема управления вводом корректирующих реагентов во II контур укрупненно показана на рисунке 3.
Рис. 3 – Укрупненная схема управления вводом корректирующих реагентов во IIконтур
Схема управления вводом корректирующих реагентов в I контур укрупненно показана на рисунке 4.
Рис. 4 – Укрупненная схема управления вводом корректирующих реагентов в I контур
Для обеспечения человеко-машинного интерфейса разработаны видеокадры, которые предназначены для представления информации о параметрах ВХР на рабочих местах ВИУР, ВИУТ, службы ТОиР и на рабочих местах других пользователей СКУ ВХР 1 и 2 блока НВАЭС-2. Часть видеокадров предназначена для ввода информации. Программный интерфейс видеокадров доступен на любой рабочей станции, подключенной к общестанционной сети, пользователям, имеющим право доступа к системе.
В качестве примера на рисунке 5 изображен видеокадр ввода корректирующих реагентов во II контур. Он представляет собой «диалог» пользователя и системы, который осуществляется с помощью последовательного ввода пользователем информации, запрашиваемой системой.
Рис. 5 – Видеокадр «Ввод корректирующих реагентов во II контур»
В связи с необходимостью получения и обобщения опыта эксплуатации создаваемой системы, предусматривается несколько последовательных стадий развития СКУ ВХР.
На первой стадии следует обеспечить создание базового варианта системы, предусматривающего возможности дальнейшего развития СКУ ВХР.
Необходимый (функционально-укрупнённо) объём реализации базового варианта системы:
– контроль ВХР (с использованием имеющихся российских средств и, при их отсутствии или недостаточном качестве, зарубежных средств);
– информационная поддержка персонала по ВХР (на этой стадии возможна только частичная реализация диагностирования ВХР и формирования «советов» оперативному персоналу);
– управление (в рамках автоматизированного управления дозированием корректирующих реагентов в I и II контур);
– обеспечение прогнозирования ВХР (с реализацией только известных моделей).
На второй стадии развития СКУ ВХР производится накопление и анализ данных опытной эксплуатации базового варианта СКУ ВХР. На второй стадии может быть рассмотрен вопрос о целесообразности включения в СКУ ВХР дополнительных управляющих функций. В связи с этим на этой же стадии при необходимости выполняется разработка новых, необходимых для СКУ ВХР, средств автоматизации.
Систему СКУ ВХР можно совершенствовать, развивая её в следующих направлениях:
– создание современных систем отбора и подготовки проб воды и пара, обеспечивающих представительность отобранной пробы даже в пусковых и переходных режимах;
– разработка новых приборов контроля и исполнительных механизмов с цифровым интерфейсом и функцией самодиагностики;
– оптимизация объема АХК;
– оптимизация объема ЛХК;
– оптимизация проектов систем ввода корректирующих реагентов;
– совершенствование алгоритмов диагностики и управления ВХР;
– использование новых программных продуктов и информационных технологий для реализации функций СКУ ВХР, в том числе с использованием интернет-технологий.
Третья стадия развития системы – корректировка проекта СКУ ВХР на основе опыта эксплуатации системы с целью ее совершенствования и реализация откорректированного проекта в полном объеме.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Насущным является подход, при котором СКУ ВХР стала бы обязательной составляющей новых проектов блоков АЭС с ВВЭР в качестве отдельной подсистемы АСУ ТП блока. При модернизации действующих энергоблоков заметный эффект может дать создание самостоятельных (локальных) СКУ ВХР, не связанных с АСУ ТП блока, как общеблочных, так и реализуемых в пределах одной установки обеспечения и поддержания ВХР (например, автоматизация узла дозирования корректирующих реагентов или создание СКУ СВО-5).
Имеющийся у многолетний опыт проектирования СКУ ВХР различной сложности в кооперации с ведущими научными и проектными организациями РФ, а также опыт разработки и испытаний компонентов таких систем, может быть использован и при создании СКУ ВХР энергоблоков с другими типами реакторов (для контуров с водным теплоносителем). Полигон СКУ ВХР , созданный на базе стенда B-3 – крупномасштабной модели II контура АЭС с ВВЭР-1000, позволяет осуществлять проверку и отработку принимаемых проектных решений в этом направлении.
Основные результаты работ по разработке СКУ ВХР для АЭС с ВВЭР были представлены на совещании Росэнергоатом» по производственно-технической деятельности в июне 2012 года. В решении совещания предложено рассмотреть возможность использования опыта при составлении перспективных планов разработки и внедрения систем СКУ ВХР применительно к действующим энергоблокам и энергоблокам, вновь вводимым в эксплуатацию.
Внедрение и широкое использование СКУ ВХР для I и II контуров АЭС с ВВЭР-1000 является важным фактором обеспечения их эксплуатационной надежности и безопасности, т. к. позволяет:
– сократить количество и глубину отклонений от установленных норм параметров ВХР, что обеспечивает повышение надежности и увеличение эксплуатационного ресурса оборудования энергоблока;
– обеспечить возможность прогнозирования состояния оборудования энергоблока;
– на основе прогнозов оптимизировать объемы и сроки профилактического обслуживания, текущих ремонтов и химических отмывок оборудования;
– повысить КИУМ;
По некоторым зарубежным оценкам (Дж. К.Беллоуз, «Вестингауз») экономический эффект от внедрения СКУ ВХР за счет перечисленных факторов может составлять до 30 млн.$ в год на энергоблок АЭС 1000 МВт.
