高压加热器的安全投运，不仅可以提高机组的热效率，还能确保核电站的安全可靠运行。而合理的液位是保证加热器安全经济运行的关键。欧洲压水式反应器(European Pressurized Water Reactor，EPR)机组高压加热器采用卧式三段式U形管加热器，给水进口管进入水室后通过U形管下端进入传热区段，然后依次进入疏水冷却段、蒸汽凝结段和过热蒸汽冷却段，最终进入水室上部完成该级的加热工作[1]。对于卧式内置疏水冷却段的高压加热器，液位过低会使疏水冷却段潜水口失去虹吸水封作用，凝结段汽水混流并进入疏水冷却段，造成下端差增大，热经济性变差[2]；若长期处于低液位运行，将导致疏水冷却段长期汽水混流，使传热管被冲蚀进而引起管束振动；如果传热管大面积失效，将导致加热器报废[3]。而且在此过程中，加热器的停运几率和检修量也将急剧增加。因此，保证加热器在合理的液位范围内运行、控制液位的波动幅度至关重要。在此，笔者研究EPR机组高压加热器的疏水液位控制方式，为电站加热器液位自动控制系统提供解决方案。

1 疏水液位控制原理

如图1所示，EPR机组高压加热器分为A、B两列，每一列均有两级加热器6#和7#。每一级加热器都有一个正常疏水管线和一个危急疏水管线，正常疏水逐级自流，危急疏水直接排向凝汽器；每一级都接收来自汽水分离再热器的疏水和来自汽轮机中低压缸的蒸汽。

  

图1 EPR机组高压加热器结构示意图

EPR机组高压加热器疏水液位通过DCS系统和就地PLC联合控制。正常工况下，由正常疏水阀开度控制液位，当高压加热器疏水液位高高时，就地PLC控制危急疏水阀向凝汽器排水；当液位低于一定高度时，危急疏水阀关闭。正常疏水调节阀主要用于高加液位的正常调节，要求动作平稳、精度高；危急疏水调节阀主要用于高加液位的调节和保护，要求反应迅速及时，当液位回至正常值后，要求切换不产生扰动。

实际分析中，恩泽集团出台《项目可视化管理和积分管理办法》，对运营结果和年度重点项目进展采用“红黄绿卡”色彩管理，使医院全员对医院运行结果一目了然。

液位控制系统(图2)主要由DCS控制器、检测装置(液位变送器h)、执行机构(阀门)及输入/输出接口等组成。被控量经过传感器和变送器后通过输入接口传送到DCS控制器中；DCS控制器经过运算后输出控制信号并通过输出接口传送至执行机构，用以控制被控对象。

  

图2 液位控制系统结构示意图

2 硬件部分

2.1 液位检测装置

本项目中，EPR机组高压加热器疏水阀执行机构均采用气动执行机构。

分别在固定周期传输和变周期数据传输网络中发送3000个数据包,并重复20次试验。统计两种数据传输模式下监测软件接收数据情况。网络稳定性测试结果如图12所示。

本项目中，EPR机组高压加热器疏水液位检测采用的是浮筒式液位计和导波雷达液位计，两者形成冗余多样化配置。

2.2 执行机构

执行机构是自控系统中的终端控制元件，接收来自控制器发出的控制信号，然后通过驱动调节阀门改变流体通路的流通能力，最终实现对系统被控量的调节。常用的远程驱动执行机构有电动、液压和气动3种[5]。

气动执行机构主要应用在防爆要求较高的场合，一般由定位器、放大器、过滤减压阀、电磁阀、气缸及连接气源管线等组成。电控气动数字阀门定位器从控制器或其他设备接收电气位置反馈信号，并与阀位位置设定值进行比较；然后利用二者之差通过位置控制算法计算得到新的输出压力，进而控制执行机构动作。当阀位与位置设定值一致时，系统稳定，此时不再继续移动执行机构。

液位(如压力容器内冷却剂液位、稳压器液位和蒸汽发生器液位)是核电厂重要的工艺过程参数之一，其值直接反映核电厂反应堆的运行工况，并关系到核电厂的安全稳定运行[4]。

3 软件部分

2016年在恩施州利川、来凤、建始、咸丰、宣恩、恩施6个主要植烟县（市）采取典型抽样方法取样。每个植烟县（市）选择3个能代表该植烟县（市）主要植烟区域的取样地点。田间烟草品种为云烟87，由专职评级人员按照GB 2635—1992烤烟分级标准在每个取样点采集C3F等级烟叶样品，共采集样品18份。所有采样地点均实行GPS定位，样品都标识地理坐标和海拔高度。

在EPR控制平台下，内部逻辑均以功能块的形式出现，如图3所示。液位闭环PID控制包含3个常用功能块：液位计处理模块AM_CV、PID控制器和控制模块FUM。液位计处理模块用来读取来自0层的数据信息，转换为4～20mA信号后传送到DCS，经PID控制器运算后输出一个开度值到控制模块，控制模块发出指令到就地执行机构，进而驱动阀门动作，调节阀门开度，控制疏水液位。

液位测量仪表有很多种，而核电厂常用的主要有浮子式、浮筒式、差压式及超声波式等。浮子式液位测量仪表主要由变送单元、浮子和弹簧组成，浮子的长度根据测量液位的上下限值而定，浮子直接挂在变送单元下方的弹簧上，出厂时要根据测量介质的运行温度、压力和比重进行整定。浮筒式液位计具有体积小、重量轻和安装成本低的优点。导波雷达液位计采用时域反射原理，主要由变送器、导波杆、测量筒和连接法兰组成，变送器通过导波杆发出电磁波脉冲，当遇到容器内的液体表面时脉冲被反射，变送器内的超高速计时电路通过精确测量脉冲波的传导时间，从而实现对容器内液位的精确测量。差压液位计的工作原理是把液位高度的变化转换成压差的变化，根据低压侧是否有凝结水，差压液位计可分为干管与湿管两种，湿管式差压液位计常应用于液位测量精度要求不高的场合，如EPR机组中除氧器的液位测量和控制。

缺陷的尺寸大小和出现位置都是随机的，部分缺陷可能跨越了多个区域块，因此采用缺陷连通域标记的方法对跨块缺陷区域进行合并，该过程主要包括分块状态初判、初步标记、等价标号处理、共同连通域标号更新4个阶段，其处理流程如图3所示。

高加疏水液位报警同样采用EPR特有的功能块实现，如图4所示。高压加热器液位信息采集采用3个浮筒液位计，分别安装在高加罐体的连通管上，通过VOTER模块三取最小值逻辑实现液位的远传和报警。液位计(0层)传输液位值到1层，经过1层的VOTER模块运算后输出到2层，进行实时显示；当液位高于设定值H2时，1层发出信号到2层，操作员就可以在报警列表中看到该报警信息，此时可以提前分析液位异常原因，并采取相应的干预措施。

  

图3 液位闭环PID控制

CT扫描需要较长的时间，这个过程中，扫描对象如果发生形状、位置的变化，会降低CT成像质量。运动伪影主要分为刚体运动伪影和非刚体运动伪影。

  

图4 高加疏水液位报警的实现

4 疏水液位控制的实现与优化

高加疏水液位控制系统可以简化为一个单容水箱液位控制系统[6]。如图5所示，以7#加热器为例，正常工况下，危急疏水阀R2处于关闭状态，系统通过DCS来控制阀门R1进而控制疏水液位。其中，Q1为输入流量，是蒸汽和其他系统疏水叠加得到的一个综合量；Q2为阀门R1的输出流量。在一定液位范围内，当Q1发生变化后，液位高度随之变化，水箱出口处的静压也随之变化，Q2也发生变化。DCS通过读取液位计的液位信号，经过运算得到阀位开度信号，控制阀门R1的开度，从而控制流量，最终实现疏水液位的控制。当高加疏水液位达到高二液位H2时，危急疏水阀门R2打开，参与液位调节。在这种工况下，DCS和就地PLC同时控制疏水液位，导致疏水液位变化率急剧增大，高加疏水液位波动增大，再加上高加控制回差较小，导致传统PID控制下的阀门频繁开关，严重时甚至会造成控制失调，可见单一的传统PID 闭环控制已经无法满足生产要求[7]。

  

图5 高加疏水液位控制系统模型

电动执行机构由伺服电机驱动，接收控制信号和反馈信号，然后根据偏差信号的极性来控制电机正反转进而控制阀门的开关。电动执行机构结构紧凑、控制方便、输出转矩范围广，但输出转速不能太高。液压执行机构通过控制电磁阀的通断实现高压油油路的切换，进而驱动液压缸推杆控制阀门的开关。液压执行机构主要应用在口径大、压力高的阀门中，但液压元件和管道易漏油，维护不方便。

基于上述分析，EPR机组高压加热器疏水液位自动控制可以从以下5个方面进行优化：

a. 传统PID控制有明显的局限性，因此采用模糊PID自适应参数整定算法，通过在控制器中引入抗积分饱和死区来限制执行器频繁动作；

EPR机组仪控平台DCS选用西门子SPPA-T2000，其总体结构共有4层。0层包含传感器和执行器，负责发送反馈信号和接收控制指令；1层是自动控制层，负责连接0层和2层，并进行逻辑运算和控制；2层为人机接口层，操作员可以实时监视核电站的状态参数，并根据参数控制0层设备，改变机组运行状态；3层是工程师站，负责对1层软件进行维护和改进。

b. 将高压加热器简化为一个双容水箱控制系统，使控制模型更加精确；

c. 测量元件的选型应综合考虑高压加热器的运行工况，不同工况下测量介质的状态参数变化不同，因此测量装置需采用能够识别虚假液位、便于维护且测量精确稳定的仪表；

d. 液位控制中的回差设计需考虑系统0层设备的精度和机组的运行状态；

不同酒精度的五粮液的骨架成分见图1，各样品的骨架成分在相对丰度上存在一定的相似性。进一步定量分析低度五粮液和高度五粮液中骨架醇酯酸的含量（表2），可见，35度五粮液中四大酯较其他五粮液的低，52度五粮液中四大酯的含量最高，这4种五粮液中己酸乙酯的含量均符合GB 10781.1—2006《浓香型白酒》和DB511500/T/10—2010《宜宾酒（浓香型白酒）》中优级的规定。值得注意的是35度五粮液，其生产日期为2014年2月，货架期已经超过3年，其感官品质和己酸乙酯等指标均未发生剧烈变化，说明五粮液低度白酒酒体在货架期内的质量十分稳定。

e. 将标准化输入输出接口进行统一，将执行机构输入输出电气参数与控制系统进行匹配，以便于实现自动控制，将足够多的参数反馈到DCS中。

研究会对比高端智库的要求还存在较大差距，把研究会建设成高端智库任重道远，一方面，要坚持开放、协同、集成发展，坚持“小核心、大网络”，团结和联合社会力量和各方面专家学者，“不为所有，但为所用”，坚持面向社会经济领域复杂系统工程，坚持“集大成 创智慧”，发挥好窗口和平台作用；另一方面，对标高端智库标准，加快深化改革，加强创新能力建设，持续苦练内功，发挥系统工程研究优势，多出高水平精品成果，不断扩大影响力，成为知名的高端智库。

5 结束语

笔者主要分析了EPR机组高压加热器疏水液位的控制原理，介绍了液位控制系统的硬件组成和软件功能，并提出了液位自动控制的优化方法。该方法能够保证加热器在合理的液位范围内安全稳定运行，提高了机组的热效率，确保了核电站的可靠运行。

参 考 文 献

[1] 刘志祥,张良.给水高压加热器的水位研究[J].电站辅机,2007,28(3):1～2.

[2] 杨涛,胥建群,周克毅,等.电站给水加热器水位的优化运行[J].东南大学学报(自然科学版),2012,42(z2):314～319.

[3] 孙和泰.高、低压加热器低水位运行的分析研究[J].热能动力工程,2003,18(5):515～518.

[4] 刘国发,郭文琪.核电厂仪表与控制[M].北京:中国原子能出版社,2010:97～98.

[5] 阎克智.核电厂通用机械设备[M].北京:中国原子能出版社,2010:78～79.

[6] 金钊,刘丽华.PID参数模糊自整定控制在液位控制系统中的应用[J].北京信息科技大学学报(自然科学版),2014,29(4): 86～89.

[7] 郭利进,井海明,宋英利,等.基于模糊自适应PID的回转炉温度控制系统[J].化工自动化及仪表,2016,43(11):1125～1128.