李 睿，湯鳳娜

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

中低放廢液處理是核化工項目的重要環(huán)節(jié)，其運行狀態(tài)直接關(guān)系到整個核化工項目運行的安全性和經(jīng)濟性。中低放廢液處理設(shè)施的任務(wù)是接收、處理核化工項目主工藝廠房及三廢廠房檢修期間產(chǎn)生的中低放廢液（酸性中放廢液、堿性中放廢液和低放廢液）、主工藝開停車產(chǎn)生的中低放廢液（酸性中放廢液和酸性低放廢液）、工藝正常運行期間產(chǎn)生的中低放廢液，以及非工藝低放廢液等放射性廢液。

1 需求分析

對儀控系統(tǒng)有檢測控制要求的工藝包括主工藝、給排水、暖通、壓空等，為了更好地滿足檢測控制要求，儀表專業(yè)是在相關(guān)工藝有測控要求的系統(tǒng)上開展設(shè)計工作的。

中低放廢液處理設(shè)施需要檢測熱工參數(shù)的主要工藝設(shè)備有：蒸發(fā)器、各類貯槽、儲罐、地坑、各類泵、蒸汽噴射泵、壓空噴射器、泡罩塔、洗滌塔、過濾器、冷凝器、冷卻器、預(yù)熱器、換熱器等。工藝要求對相應(yīng)設(shè)備的液位、界面、密度、壓力（壓差、負(fù)壓）、流量、溫度、有害氣體濃度等參量進行檢測，實現(xiàn)就地顯示或控制室集中顯示、聯(lián)鎖、調(diào)節(jié)和超限報警。

主工藝主要檢測要求見表1。

表1 主工藝主要檢測要求Table 1 Main testing requirements of the main process

暖通系統(tǒng)檢測要求見表2。

表2 暖通系統(tǒng)檢測要求Table 2 HVAC system testing requirements

給排水系統(tǒng)檢測要求見表3。

表3 給排水系統(tǒng)檢測要求Table 3 Testing requirements for water supply and drainage systems

壓空系統(tǒng)檢測要求見表4。

表4 給排水系統(tǒng)檢測要求Table 4 Testing requirements for water supply and drainage system

2 設(shè)計原則

中低放廢液處理設(shè)施的儀表設(shè)計遵循國家核安全相關(guān)規(guī)定和EJ/T 939-2014《核燃料后處理廠建（構(gòu)）筑物、系統(tǒng)和部件的分級準(zhǔn)則》等標(biāo)準(zhǔn)或準(zhǔn)則。

根據(jù)工藝參數(shù)所處的輻射區(qū)域，儀表檢測可分為紅區(qū)內(nèi)放射性介質(zhì)參數(shù)檢測和紅區(qū)外非放射性介質(zhì)參數(shù)檢測兩大類。對于紅區(qū)內(nèi)檢測儀表，以免檢修為原則，在設(shè)計上盡量采用非接觸式測量手段，避免選用與放射性介質(zhì)直接接觸的桿式儀表。對于無法滿足上述原則的特殊情況，必須選用直接接觸放射性的一次儀表時，也需在設(shè)計上采取防護手段或隔離措施，盡量避免對儀表關(guān)鍵部件的直接照射，如采用耐輻照或分體安裝形式等。對于紅區(qū)外檢測儀表，一般執(zhí)行民用化工工程設(shè)計原則。

安全級檢測參數(shù)選用滿足相應(yīng)放化安全級要求的儀表，為非智能化傳統(tǒng)模擬量儀表，且對每個安全級測點，均采用了檢測儀表冗余設(shè)置的方案，以確保獲取參數(shù)的可靠性。

為提高檢測系統(tǒng)的可靠性，減少儀表維修人員在維修過程中所受的輻照劑量，在中低放廢液處理設(shè)施儀表選型中，對需直接檢修和維護場所的測量儀表，采用智能型檢測儀表為原則，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、智能型維修和維護，提高系統(tǒng)的可維護性和可用性。

3 儀表設(shè)計

3.1 檢測方案概述

儀表的檢測方案和選型依據(jù)EJ/T 999-1996《核燃料后處理廠自控儀表工程設(shè)計規(guī)定》和HG/T 20507-2014《自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范》。

紅區(qū)內(nèi)放射性介質(zhì)的液位、溫度等參數(shù)檢測采用非接觸式測量手段；紅區(qū)內(nèi)放射性強度較高介質(zhì)壓力、壓差等參數(shù)采用接觸式測量方法。紅區(qū)外非放射性介質(zhì)參數(shù)檢測方案按民用化工工程設(shè)計，采用接觸式測量方法。

3.2 儀表選型

儀表選型的原則是選用可靠性高、壽命長、精度高、安裝和檢修方便，對工作環(huán)境要求不高的儀表。根據(jù)不同的工藝條件和使用環(huán)境要求，遵循輻射防護原則，遵循安全第一的理念。

液位、界面、密度檢測的儀表選型見表5。

表5 液位、界面、密度檢測的儀表選型Table 5 Instrument selection for liquid level, interface and density detection

壓力、差壓檢測的儀表選型見表6。

表6 壓力、差壓檢測的儀表選型Table 6 Instrument selection for pressure and differential pressure detection

溫度檢測的儀表選型見表7。

表7 溫度檢測的儀表選型Table 7 Instrument selection for temperature detection

流量檢測的儀表選型見表8。

表8 流量檢測的儀表選型Table 8 Instrument selection for flow detection

分析類的儀表選型，如甲醛濃度選用甲醛分析儀。

4 儀表的安裝布置

4.1 儀表的安裝布置原則

儀表的安裝布置應(yīng)依據(jù)GB 50093-2013《自動化儀表工程施工及質(zhì)量驗收規(guī)范》的要求。

中低放廢液處理設(shè)施設(shè)計中大量采用了吹氣儀表，為了安裝、調(diào)試、檢修方便，便于各種管纜（電纜、氣管等）敷設(shè)，吹氣儀表采用了集中布置方案，集中布置在安裝檢修大廳和儀表間。工藝主要檢測儀表集中安裝布置在安裝檢修大廳和儀表間。

中低放廢液處理設(shè)施中沒有設(shè)置紅橙區(qū)排風(fēng)廊，因此過濾器壓差等檢測儀表不采用集中布置的方案。暖通檢測儀表主要布置在紅橙區(qū)排風(fēng)系統(tǒng)過濾器廊、安裝檢修大廳等。

儀表布置安裝方案充分考慮了后期調(diào)試、運行等各階段的人員輻照問題，在布置安裝時遵循以下幾點：

1）設(shè)備室或熱室等劑量高的房間，采用非接觸式方式，通過管線將儀表引至設(shè)備室外進行儀表布置和安裝。

2）儀表集中布置安裝時，在滿足檢測功能和檢測效果的前提下，力求整體美觀、整潔。

3）儀表布置安裝位置應(yīng)不影響人員和設(shè)備通行。

4.2 儀表的安裝方式

在儀表布置安裝時，根據(jù)不同儀表類型采用了不同的安裝方式，具體如下：

1）溫度儀表

一體化鉑熱電阻溫度變送器用于檢測接收槽、冷凝器、加熱器、凝結(jié)水槽、風(fēng)機、送風(fēng)管、蒸汽干管非放射性介質(zhì)溫度，通過增加的儀表安裝螺紋接頭，采用螺紋連接。對于管道安裝時，需要根據(jù)管徑的不同，需要考慮增加擴徑管。

熱電阻、鉑熱電阻為泵和風(fēng)機軸溫測量儀表，屬于設(shè)備自帶儀表。

2）壓力、差壓儀表

壓力、壓差檢測儀表類型包括：壓力、差壓變送器、全不銹鋼隔膜壓力表、全不銹鋼壓力表。

壓力、差壓變送器安裝方式分為管裝和墻裝兩類，根據(jù)所帶支架和安裝位置確定具體安裝方式。

就地壓力儀表是各類泵出口壓力就地檢測，安裝在手操工藝閥門附近，介質(zhì)流速穩(wěn)定，并便于觀察的地方。

3）液位儀表

液位檢測儀表類型包括：吹氣裝置配差壓變送器、電容式液位計、雷達物位儀、浮球液位儀表、遠(yuǎn)傳磁翻板液位計儀表。

吹氣儀表測量液位，主要用于設(shè)備室液位測點場合，將檢測儀表安裝于設(shè)備室或熱室外部，吹氣管從吹氣儀表穿墻弧形套管引至設(shè)備內(nèi)液位檢測點處，通過壓空吹氣儀表管向設(shè)備內(nèi)吹氣，進行非接觸式測量。安裝于外部的吹氣裝置和差壓變送器進行墻裝或在支架橫梁安裝。

電容式、雷達、磁翻板液位計等桿式液位計儀表用于非放介質(zhì)，貯槽已預(yù)留儀表管接口，使用儀表帶安裝法蘭和附件直接將儀表安裝于設(shè)備接口即可。

4）流量儀表

流量檢測儀表包括：渦街流量計、渦輪流量計、電磁流量計、金屬管浮子流量計、熱導(dǎo)式質(zhì)量流量計、節(jié)流式流量計。

渦街流量計用于壓空管道、蒸發(fā)器、蒸汽管道、風(fēng)機、廢液貯槽等設(shè)備的流量測量，與管道一體安裝。

渦輪流量計用于去離子水的液體流量測量，與管道一體安裝。

電磁流量計用于測量各類化學(xué)介質(zhì)的流量，與管道一體安裝。

金屬管浮子流量計用于壓空噴射器、壓空管道等設(shè)備的介質(zhì)流量檢測，與管道一體安裝。

熱導(dǎo)式質(zhì)量流量計用于通風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)流量檢測，由于廠房布置等因素，在流量測量時，直管段難以完全滿足流量計在保證精度下的安裝要求，此問題可在后期調(diào)試的標(biāo)定時進行一定程度的彌補。

5）調(diào)節(jié)閥

工藝系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥均為氣動單座薄膜調(diào)節(jié)閥，其余系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥為各工藝選型的電動調(diào)節(jié)閥，安裝可根據(jù)各工藝或廠家提供文件進行安裝。

5 儀表檢修

中低放廢液處理設(shè)施內(nèi)在橙區(qū)、綠區(qū)和白區(qū)分別設(shè)置了儀表檢修間，用于對應(yīng)分區(qū)儀表的檢修維護任務(wù)。考慮到放射性的影響問題，因此安裝于中低放廢液處理設(shè)施內(nèi)的儀表檢修執(zhí)行分區(qū)檢修方案。對于紅、橙區(qū)內(nèi)儀表貫徹不檢修，少檢修和快檢修原則。

紅區(qū)內(nèi)發(fā)生故障的儀表或設(shè)備部件，建議不進行檢修直接更換新設(shè)備，而換下的故障儀表或部件按固體廢物處理。

橙區(qū)內(nèi)發(fā)生故障后的儀表，清洗去污后沒有超過劑量允許值，可將儀表送橙區(qū)儀表維修間進行檢修。若污染嚴(yán)重超過劑量允許值的儀表，應(yīng)更換新的儀表設(shè)備，原故障儀表按固體廢物處置。

綠區(qū)內(nèi)發(fā)生故障的儀表擦洗后，送綠區(qū)儀表維修間進行檢修。

白區(qū)內(nèi)發(fā)生故障的儀表可直接送白區(qū)儀表檢修間對儀表進行檢修。

6 智能儀表的管理

中低放廢液處理設(shè)施采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，非安全級控制系統(tǒng)大量使用了現(xiàn)場總線技術(shù)，對于智能儀控設(shè)備，只要此類設(shè)備有總線型信號的國產(chǎn)化設(shè)備，就按照總線型設(shè)備進行選型。過程控制站和操作站之間形成了自底而上的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，提升了過程信號精度，同時引入了各種必要的信息，實現(xiàn)了現(xiàn)場儀控設(shè)備調(diào)整、維護和診斷的遠(yuǎn)程化、計算機化，提升了數(shù)字化水平，最大程度改善了傳統(tǒng)數(shù)字化系統(tǒng)儀控設(shè)備模擬傳輸帶來傳輸信息單一化（僅能傳輸過程數(shù)據(jù)）的情況。

為了提高測控水平，依據(jù)中低放廢液處理設(shè)施的工藝特點，盡量選用現(xiàn)場總線儀表或帶HART 協(xié)議的半智能化模擬量儀表。智能化儀表具有檢測、運算和診斷功能，可實現(xiàn)儀表故障的預(yù)測或判斷，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。因此，在儀控設(shè)備選型上以智能型儀表為主。

中低放廢液處理設(shè)施的儀表設(shè)備大部分為數(shù)字化現(xiàn)場總線傳輸儀表，未采用數(shù)字化傳輸?shù)膬x表有吹氣裝置（不直接輸出電氣信號）、分析儀和渦輪流量計。氣動調(diào)節(jié)閥全部采用現(xiàn)場總線智能閥門定位器，數(shù)字化占比100%。

總體上，95%以上的非安全級儀控設(shè)備實現(xiàn)了信號傳輸數(shù)字化。

為了充分發(fā)揮智能型設(shè)備的信息功能，提高控制水平，及時快速地實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)測性維護管理，減輕放射性廠房儀修人員在現(xiàn)場的巡檢工作量，提高生產(chǎn)效率，設(shè)計并建立工廠儀控設(shè)備資源管理系統(tǒng)。

該系統(tǒng)將智能設(shè)備獨立于控制系統(tǒng)之外進行管理，儀控人員可對設(shè)備進行遠(yuǎn)程組態(tài)管理、調(diào)試、診斷、標(biāo)定等維護工作，并對自動維護系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)庫進行管理，實現(xiàn)設(shè)備故障自診斷、預(yù)診斷、監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)的歷史趨勢記錄等功能，從根本上改變了現(xiàn)場設(shè)備的人工管理模式。設(shè)備的故障報警信息直接由儀修人員在儀表工程師室內(nèi)通過工程師站系統(tǒng)監(jiān)控，既方便了設(shè)備的維護和維修，又不妨礙工藝的生產(chǎn)運行。

設(shè)備管理系統(tǒng)與非安全級控制系統(tǒng)共用網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)是由安裝在現(xiàn)場的儀表和控制設(shè)備通過總線將其測量及控制信息、運行狀態(tài)信息等傳送到設(shè)備管理服務(wù)器及監(jiān)控計算機，通過服務(wù)器內(nèi)設(shè)備管理系統(tǒng)軟件完成對設(shè)備的管理。

中低放廢液處理設(shè)施使用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)架的非安全級系統(tǒng)，大部分儀控智能設(shè)備均為基金會現(xiàn)場總線（簡稱為FF）協(xié)議，被總線接口卡接收，進而通過通信模塊傳入非安全級控制系統(tǒng)過程控制網(wǎng)。

設(shè)備管理系統(tǒng)將維護信息通過過程控制網(wǎng)傳入三廢區(qū)控制室時，被設(shè)備管理服務(wù)器接收、存儲并處理，該服務(wù)器通過非安全級控制系統(tǒng)過程信息網(wǎng)為設(shè)備管理客戶端（設(shè)備管理站）提供服務(wù)，位于三廢區(qū)控制室附近的儀表工程室內(nèi)設(shè)有的工作站。該站管理、配置位于非安全級控制系統(tǒng)的各智能設(shè)備，例如，修改變送器量程、零點，變送器當(dāng)前狀態(tài)診斷，建立校驗計劃定期開展回路校驗，追溯歷史組態(tài)、故障、校驗等記錄。

7 結(jié)論

中低放廢液處理設(shè)施的檢測技術(shù)較好地滿足了工藝及公用系統(tǒng)的檢測和控制要求，在整個設(shè)計過程中遵循輻射防護原則，執(zhí)行安全第一的理念。對于儀控設(shè)備的選型原則，設(shè)計時考慮選用了安全可靠，技術(shù)成熟先進，后期維護簡單方便。同時，選用智能化儀表和智能儀表管理系統(tǒng)是未來自動化領(lǐng)域的大勢所趨，對于類似相關(guān)工程設(shè)計具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。