现场总线控制系统在核燃料后处理萃取装置中的应用.pdf

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1、化工自动化及仪表第43卷现场总线控制系统在核燃料后处理萃取装置中的应用吴珂张博陈朝东马世海李晓薇(中国核电工程有限公司电仪所，北京100084)摘要基于DeltaV、基金会现场总线(FF)和ProfibusDP总线设计核燃料后处理萃取装置的FCS系统，并集成设备管理系统。给出了系统的控制网络、FF总线、ProfibusDP总线、萃取装置脉冲系统、流体输送系统和界面控制系统方案。关键词FCS核燃料后处理萃取装置FFProfibusDPDeltaV设备管理系统中图分类号TH862+．6文献标识码A文章编号1000—3932(2016)03-0294-07核燃料后处理是对核反应堆使用过

2、的核燃料进行化学处理，去除裂变产物，回收未用尽和新生成核燃料物质的过程。萃取装置是整个核燃料后处理过程的重要组成部分。目前，我国现有的萃取装置控制系统为DCS，其现场仪表为4—20mA模拟信号，信号精度相对较低，并且没有设备管理系统(AMS)，仪控设备的故障全靠相关人员的现场巡检，在故障发生后才能进行维修和更换。随着控制技术、计算机技术和通信技术的不断发展，现场总线控制系统实现了现场仪表设备的数字化和智能化，并在设备远程管理维护方面具有优势¨“1。为提高核燃料后处理萃取控制系统的自动化程度，基于DeltaV、基金会现场总线(FF)和ProfibusDP总线设计核燃料后处理萃取装置

3、的FCS系统，并将AMS设备管理系统与该系统集成，给出了系统的控制网络、FF总线、ProfibusDP总线、萃取装置脉冲系统、流体输送系统和界面控制系统方案。1核燃料后处理萃取装置为研究现场总线控制系统在核燃料后处理应用的可行性，选取后处理厂Purex流程共去污循环的部分设备，搭建包含两个脉冲萃取柱和一个混合澄清萃取槽(除油槽)的试验台架，以这3台设备为核心依次完成萃取、反萃和除油过程，采用现场总线控制系统完成酸体系下的水力学性能试验。整个装置虽然为模拟工况，但系统设计中考虑了实际运行的强放射性。试验台架萃取流程简图如图1所示。1AX柱(萃取单元)。系统启动前由有机相供料槽对1A

4、X柱进行有机相充柱。启动时，较高浓度硝酸料液由水相供料槽提升进入1AX柱上部。同时，30％的磷酸三丁脂与煤油混合物(TBP．OK)由有机相供料槽提升进入1AX柱底部。硝酸和30％的TBP—OK在1AX柱中逆流接触，其中的HNO，由水相被萃取至有机相中。萃取后含酸的有机相由1AX柱顶部靠重力自流人1C柱底部，剩余的水相由1AX柱底部提升进入水相接收槽。IC柱(反萃取单元)。系统启动前由ICX贮槽对IC柱进行水相充柱。启动时，较低浓度的硝酸溶液作为反萃剂，由1CX贮槽进入1C柱上部，与来自1AX柱由1C柱底部进入的含酸有机相逆流接触，含酸有机相中的酸被反萃至水相。反萃后的有机相由1C

5、柱重力自流入有机相接收槽，有机相接收槽中的有机相不定期返回有机相供料槽重复使用。含酸水相由1C柱底部返回1CX贮槽重复使用。除油槽。系统启动前由煤油贮槽对除油槽进行有机相充槽。启动时，IAX柱萃取后剩余的水相由水相接收槽进入除油槽的水相进口。同时，作为洗涤剂的煤油由煤油贮槽进人除油槽的有机相进口。两相在除油槽内逆流接触，水相中夹带收稿日期：2015—12-28(修改稿)基金项目：国家科技重大专项——大型核燃料后处理厂关键工程技术方案研究(2010ZX06201-01)第3期吴珂等．现场总线控制系统在核燃料后处理萃取装置中的应用295的少量TBP被洗到煤油中，完成洗涤过程。洗涤后的

6、水相在重相出口返回水相供料槽重复使用。煤油自有机相出口靠重力自流返回煤油贮槽重复使用。图1试验台架萃取流程简图2现场总线控制系统2．1总线选择目前，现场总线的国际标准众多，IEC61158[51(国际电工委员会第65技术委员会)、IECTCl7(国际电工委员会第17技术委员会)和Iso(国际标准化组织)都是现场总线标准的制定者，但还没有全球统一的标准。乏燃料后处理萃取的测控过程属于典型的流程自动化，结合具体的工艺特点，以FF总线为主，辅以ProfibusDP总线和传统I／O控制方案。2。2FCS控制系统该核燃料萃取装置选用EmersonDeltaVFCS系统构建测控网络。FCS控

7、制系统结构如图2所示。2．2．1控制器控制器是传统DCS的核心，负责全部控制回路的运算并管理其下所有的I／O通道，同时将底层数据输送到上层控制网络的各操作站。由于FF总线智能设备的引入，控制器要具备在可以接收传统I／O的同时，也能够接纳数字总线I／O的功能。数字化仪控设备构成的控制回路可以直接下放到现场智能设备直接运算，在现场即可完成控制。从这一点来说，控制器的负担减轻了，更多地起到上传下达的作用。此外，针对FF总线智能仪表和HART总线智能仪表，控制器必须具备将智能仪表设备的“