核电站主控制室温湿度控制设计优化

核电站主控制室温湿度控制设计优化

何世山

核工业工程研究设计有限公司北京101300

摘要：核电厂主控制室是核电站安全运行的枢纽，在众多复杂的元器件的工作中，温湿度对于主控制室的各个部件的安全工作具有很重要的影响，现在的温湿度控制系统存在较大的容量滞后和多重外部影响。笔者基于串级控制系统主控制室温室控制改进设计方案提出自己的看法。

关键词：核电站；主控制室；温湿度控制；优化设计

前言

核电站主控制室是工作人员监视核电站正常运行情况和处理各种事故工况的主要场所。核电站主控制室的温度、湿度等环境参数的要求非常高[1]。笔者结合自身的工作经验和研究，对进一步提升核电站主控制室温湿度控制质量提出优化方案，为主控制室的操作员和控制台设备提供一个高质量的温湿度工作环境。

1.主控制室通风系统设计基本原理

主控制室在通风子系统有两套相同的通风系统组成，在正常工作中，只运行其中的一套空气处理机组，将空气进行加温或制冷输送进主控制室，图1为单通风子系统的工作示意图

图1.主控制室空气处理机组结构图

在此系统中，主控制室空气处理机主要由热水盘管，空气加湿器，送风机，冷却盘管等设备构成[2]。热水盘管在工作中可以提升空气温度，空气加湿器增加空气的湿度，送风机为空气流通提供动力，冷却盘管用来降低空气温度和湿度。在系统整体运行时，通过多个调节阀控制系统的工作，与空气监测系统相结合，综合控制空气通风系统。实现对主控制室温湿度的调节。当送风机启动时，回风流量调节阀D3与过滤器的调节阀D1、室外新风口调节阀D2共同调节空气处理机组的空气流量。

1.1湿控子系统工作原理

室外新风从调节阀D2进入主控制室空气处理机组，当新风与主控制室内的回流风结合的时候，空气处理机组通过自动控制机制调节混合风的相对的温度和湿度。回风湿度信号器MT01的对混合风进行湿度的测定，而后自动调节加湿器进行调节，并自动控制主控制室空气处理机组的送风相对湿度。

1.2温控子系统工作原理

在空气处理子系统中，通过加热盘管和制冷盘管中水量的调节对输向主控室的空气的温度进行调节[3]。加热管盘一般与核电厂中的热水加热系统相连接，通过回风温度检测装置TE01来对回风温度进行检测并发出信号，热水调节阀通过控制自身的开度来调节热水盘管中的热水流量，达到提高温度的目的。主控制室的制冷盘管主要与核电厂内的冷冻水系统相连，回风温度检测装置TE03通过对回风温度的监测，并将信号传输。通过控制冷水调节阀的开度，调节流经冷水阀的水量起到对空气制冷的效果。

2.主控制室温湿度控制设计优化

2.1优化主控制室温度控制的方案

通常情况下，由于送风管道较长主控制室内空间较大。空气在经主控制室空气处理机组进行加温或者降温处理后，尽管达到目标温度，在输送过程中整个温度控制系统存在较大的容量和较长的时间消耗，导致管道内温度产生变化。同时空气处理机组回风管段不断吸收近外部的新风，而回流风中有一部分会由于未进入送风循环系统而进入排气筒。新风的温度，新风在系统中的存在量，回风损失量都是影响主控制室单风处理系统的主要外部因素，对主控制室温度控制系统的控制质量产生很大的影响。

为了解决这样的问题，笔者经研究后提出方案：在加热盘管的升温控制系统中，可以在加热盘后面设置新的温度测点，以测定回风温度和混合风的温度，增加一个副回路控制设备，组成主控制室送风加热串级控制系统，通过该系统的副控制回路可以克服新风温度和新风流量以及回风旁排流量等因为带来的二次扰动。并减小二次扰动对主调节回路的影响，也完善了主系统中的容量之后和时间常数带来的问题。

空气处理机组的下游也可以采用增加温度测量点，根据回风和新风的混和温度调节冷区盘管冷冻水调节阀构建送风冷却温度系统控制的副控制系统回路，实现主控制室通风冷却的串级温度控制。完善现有系统中的缺陷。

2.2优化主控制室湿度控制的方案

在主控制空气处理机组的系统中，加湿器处于加热盘管和风机之间，在主控制室回风湿度感应器MT01的相对湿度控制信号自动控制加湿器。由于湿度度控制回路在庞大的系统中，也存在时间滞后和容量滞后，控制系统在运行中不能很好的进行湿度控制。在加湿器的前部分中不断进入主控制室的温湿度控制系统的新风是影响系统工作效果的主要影响因素。在这种情况下可以在加湿器后面的管段内检测混合风的相对湿度，组成相对湿度控制系统的副控制回路，作为组成相对湿度串级控制系统[4]。通过这样的串级调节系统的副回路可以有效的克服主控制室温湿度控制系统中对于温湿度控制的有效性。串级调节系统中的副回路可以有效的克服相对湿度，新风流量，回风旁排量等参数变化引起的外部干扰，控制调节作用更加及时，提高主控制室相对湿度的质量控制。

2.3主调节器PID参数的优化设计

主控制室温湿度串级控制系统的副控制回路用来保证参数主要的控制质量，是一个随动系统，能以及时的对综合系统中的参数进行及时的计算，由于工作原理的构成，允许副回路系统中存在一定程度的波动。副调节器以比例控制规律为主，不需要进一步在优化负调节器的比例参数。主调节器由于其工作性质允许的波动范围较小，是定值的控制，应采用比例积分（PI）或者比例积分微分（PID）控制规律。在优化的过程中可以针对主控制室温度串级控制系统和相对湿度串级控制系统进行优化处理。

使用PID控制算法来达到温湿度控制目的。在计算机上运行程序,基于预设的PID参数来计算并调节控制输出。

在实际的操作中使用的公式为：HeaterOutput=Kp×e+Ki∫0tedt+Kd×dtde。

其中e代表温湿度误差,即设定温湿度Tset和反馈温湿度Tfeed之差,e=Tset-Tfeed。Kp、Ki

、Kd分别为比例,积分,微分的增益参数。温湿度控制的精确度和稳定度取决于参数Kp,Ki,和Kd的值。因此,对于核电站温湿度控制系统的优化过程中,这些控制参数是至关重要的。为优化Kp,Ki,和Kd,温湿度控制器的常用方法是试差法。在实际的计算中需要引入一些非正常的热弛豫现象,这样的操作方法需要浪费很多的时间。温湿度控制系统在优化的过程中可以将优化参数的过程利用计算机进行实施。具体的优化过程如下:在初始条件下,控制参数Kp设定为一个任意的但相对较大的值,Ki和Kd设定为零。温度和湿度传感器的信号时刻被监控并记录下来,进行储存和计算的过程中还可以进行傅里叶变换。在实际的操作中,若Kp值设的过大,系统变得不稳定。

温湿度信号的傅里叶变换谱存在的峰值与温度的振荡变化有关。计算机可以追踪到最大峰值,然后逐渐减小Kp的值。当峰值大小减小到低于预先设定的值时,一般小到和噪声水平相当,参数已经达到最优化。自动调节过程中,系统温度的典型变化曲线。将Ki值设定为一个相对较大的值,Kd设置为零,优化程序对Ki进行优化。最后同样的优化方法对Kd进行。

3.结语

核电厂主控制室通风子系统的优化方案的研究中，我们提出了基于主控制室送风加热串级控制系统、送风冷却串接控制系统、相对湿度串级控制系统的温湿度控制优化设计方案，给出了基于DEPSO算法的调节器PID参数智能化方法，提高了主控制室温湿度的控制质量，为安全生产提供基础保障。

参考文献

[1]何畅.核电厂主控制室通风系统功能设计探析[J].城市建筑,2016(3):295-295.

[2]叶剑云,余鑫.核电厂主控制室空气内渗透试验方法[J].暖通空调,2016,46(11):23-27.

[3]高峰,刘燕子,孙永滨,等.基于人因工程的核电厂控制室系统设计与改进分析[J].原子能科学技术,2014,48(b11):845-849.

[4]张小灵,方堃,蒋彦龙,等.核电站主控室气流舒适性控制研究[J].计算机仿真,2017,34(7):128-132.