某研究堆水冷同位素监控系统改造设计.docx

? ? 某研究堆水冷同位素监控系统改造设计 ? ? 高 婷，段 晓 （中国原子能科学研究院 核工程设计研究所，北京 102413） 本系统改造的对象是一座多用途、高性能的大型研究堆。该研究堆采用轻水冷却、重水慢化，可以有效利用反应堆产生的高品质中子场进行燃料材料考验、中子散射实验、放射性核素辐照生产、中子活化分析、核物理基础研究、核数据测量，以及中子照相等研究与实验。 为满足国内对于某材料的需求，通过本次改造项目的实施，需在现有一条靶件堆外冷却回路系统的基础上，新增一条靶件堆外冷却回路系统，以使得新增回路和旧回路同时运行时满足所有10个水冷同位素孔道内全部装载某材料靶件时的冷却能力。两条回路分别命名为C3回路和C4回路。为了满足以上改造设计，需对现有及新增冷却回路系统的监控系统进行改造。 1 原回路监控系统现状 本研究堆设计的主要目的是在反应堆专用孔道内利用中子进行各类实验研究，放射性同位素生产，开展燃料元件的辐照考验和结构材料的耐辐照试验等。其中5#～11#垂直实验孔道为水冷同位素孔道，主要用于靶件辐照，配套有辐照装置及冷却回路（即水冷同位素冷却回路）。为开展某靶件的辐照并减少辐照过程中放射性物质对环境的释放量，2012年对水冷同位素冷却回路进行了技术改造，将该系统由“开式”回路改造为“闭式”回路（以下简称C3回路）。 C3回路监控系统由先进的计算机控制系统组成，现场SCADA服务器采用国际上流行的SCADA组态软件iFIX。系统的I/O现场控制站硬件采用成熟的施耐德Quantum系列PLC，完成工艺系统数据的采集、处理、上传等任务。 2 监控系统改造方案 2.1 改造目的 通过将原有1条C3回路改造为2条独立运行的回路即C3、C4回路并配备相应的仪表、控制、电气和辐射防护设备，实现2条水冷回路的独立运行且由1E级应急供电系统供电，达到满足10个水冷同位素孔道内全部装载某材料靶件进行辐照时的正常工况和应急工况下的冷却能力的目的。 2.2 改造范围 1）上游工艺系统 ◇对C3回路进行改造，实现2台水冷泵的并联运行，冷却10个水冷同位素孔道中的5个孔道。 ◇新建C4回路，冷却余下的5个水冷孔道。 ◇新建1E级不间断电源系统，负责4台水冷泵的供电，确保外电源丧失时水冷泵能不间断运行以导出靶件的余热。 ◇配置靶件破损监测系统以在线监测靶件破损。 2）仪控系统 ①监控系统上游 ◇新建用于C3/C4回路的保护变量监测单元。 ◇新建用于C3/C4回路的仪表系统。 ②监控系统 ◇基于以上改造措施，新增一套监控系统，用于对C3、C4回路所有设备状态及新增电气设备的参数监测与控制。 2.3 监控系统改造方案 水冷同位素冷却回路系统原有1套冷却回路及1套冷却回路监控系统。本次改造内容包括：C3回路在原有靶件生产回路的基础上，通过适应性改建以达到辐照某靶件的能力要求的回路，新增1套冷却回路（C4回路），拆除原有冷却回路监控系统硬件设备，新增1套水冷同位素监控系统，监控两套回路系统工艺、电气、靶件破损监测系统参数及设备状态，为运行人员提供信息，如图1所示。 图1 水冷同位素监控系统控制原理框图Fig.1 Control principle block diagram of water-cooled isotope monitoring system 原有冷却回路监控系统硬件设备包括：1台监控系统控制柜、1台工程师站、1台服务器（以上设备均布置于回路控制室）。新增冷却回路监控系统硬件设备包括：1台I/O现场控制站、1台电源服务器柜、1台工程师站、1台打印机（以上设备均布置回路控制室）；1台远程操作员站、1台打印机（以上设备均布置于主控制室）。 1）电气设备状态监控 ①水冷泵、阀门等电气设备状态监测 监控系统可以监控冷却水泵的工作状态：监视运行、停止、就地/远控、通电及故障状态；控制启动、停止。监控电动阀的工作状态：监视开、关状态、就地/远控、通电及故障状态；控制阀门打开、停止。监控电磁阀的工作状态：监视全开、全关、就地/远控、通电状态；控制阀门打开、关闭。 ②供电状态监测 ◇系统可以监视用电设备的供电状态 通过开关量输入信号监视回路破损探测系统、γ监测仪等设备的通电状态。 ◇监控系统可以监视应急供电系统供电参数 监视UPS-D及UPS-E的主电源开关状态、运行、停机、旁路运行、电压/电流、蓄电池故障等参数；监视UPS-D及UPS-E电压、电流等供电参数；监视UPS-D及UPS-E蓄电池供电参数；监视部分低压开关柜的开关柜进线断路器跳闸等状态。UPS-D及UPS-E的相关参数采用RS485接口传送至水冷同位素监控系统。 2）辐射监测 靶件破损监测系统功能是监测靶件破损取样回路中冷却剂γ剂量率，信号通过靶件冷却水监测仪将被测γ射线由探测器转换为电信