特殊工藝管線伴熱系統控制方案改進分析論文
特殊工藝管線伴熱系統用于含硼溶液流過的管道、閥門和泵等設備提供加熱防止管道由于溫度降低結晶，以往核電廠一般采用機械式溫控器來控制伴熱纜的加熱，為解決溫控器機械結構造成的弊端，采用數字化控制系統作為信息處理單元。
1 特殊工藝管線伴熱系統簡介
特殊工藝管線伴熱用來為硼溶液流過的管道、閥門和泵提供伴熱的所有設備組成。硼溶液流過的所有設備都要進行伴熱和保溫，以維持流體循環，防止硼酸結晶。其核心為鋪設在所有硼溶液流過的管道、閥門和泵上的礦物電纜和控制設備組成，通過伴熱纜散發的熱量以將含硼溶液維持到一定的溫度范圍，防止管道溶液結晶。
2 目前應用的控制方式及主要組成設備
(1)以溫控器作為伴熱纜的控制設備來控制伴熱纜電源的通斷，主要組成設備包括：配電盤、報警機柜、就地溫度指示箱、溫度控制器等控制部分和伴熱纜加熱元件組成。
配電盤用來為伴熱電路盤和報警機柜提供48V電源;伴熱電路盤為各伴熱原件供電，每個盤輸出為12路以為伴熱纜提供滿足設計要求的不同等級的電源。
報警機柜重新組合來之配電盤和伴熱電路盤的報警信號，在報警機柜顯示：配電盤斷路器跳閘和接地故障、伴熱電路盤的各反饋回路跳閘、48V電源。
就地溫度指示箱顯示伴熱管道的流體溫度，供操作員監視。溫度控制器為了控制每個伴熱原件的供電，溫度控制器采用溫包式，溫包和毛細管要求為不銹鋼材質，毛細管應當使用316L的不銹鋼保護管進行機械保護，微動開關為氮氣密封，每個伴熱回路上需要一個溫度控制器。
熱電偶用來測量被伴熱管道的溫度，選用K型單支熱電偶，不銹鋼外套。所有熱電偶的冷端通過熱電偶接線箱內的壓接端子，將兩路熱電偶信號送給就地溫度指示箱。
(2)隨著PLC在火電廠的廣泛應用，采用了PLC作為控制核心代替了溫控器，采用分布式結構，分為監視層、過程控制層和現場設備層。
監視層設置一個操作員站，布置在輔控室的工控機配置一臺液晶顯示器，監視層通過現場總線接收各過程控制的數據信息，在操作員站實現對整個系統狀態的監視。
過程控制站用于采集現場測溫傳感器鉑電阻、系統設備的配電故障信號以及備用回路投入信號等，通過信號處理，實現對伴熱元件的邏輯控制并通過網絡將過程信息及報警信息發送到主控室。系統信號的采集由過程控制站完成，過程控制站具有就地顯示功能，可對各電伴熱回路相關信息進行巡檢、就地報警功能，并且過程控制站可通過接口面板或筆記本電腦在現場進行編程或組態。
現場設備層包括測溫傳感器、電伴熱元件、加熱電路盤和配電盤。每個需伴熱管段都裝有兩個雙支鉑電阻，分別送正常回路控制站和備用回路控制站。加熱電路盤內配有降壓變壓器，每個回路有一個熔斷器和一個接觸器，對相應的電伴熱元件進行供電。
3 兩種控制方案的對比分析
3.1 測溫元件
兩種控制方案中，前者采用的熱電偶作為測溫元件，后一種則以鉑電阻作為測溫元件。由于熱電偶的電動勢較小常使用熱電阻測量溫度，熱電偶需要冷端溫度補償，測量精度也較熱電偶高。鉑電阻的特點是精度高，性能穩定可靠。一般特殊工藝管線伴熱系統的溫度控制范圍為35℃至55℃之間，此范圍內鉑電阻的精度穩定性都明顯優于熱電偶，加之鉑電阻無需冷斷溫度補償安裝維護更加便捷，且成本明顯低于熱電偶加溫度補償電纜。
由于溫控器不耐高溫，在現場調試過程中出現高溫容易造成溫控器波紋管變形而損壞;再者現場安裝時的不小心造成溫控器毛細管和溫包焊接處出現裂縫，造成溫包內氣體外泄，由于現在實際選型中一般選用國外品牌的溫控器，造成維修成本和維修周期較長影響工藝使用。
3.2 控制系統
3.2.1 溫包式溫控器，利用氣體受熱膨脹的原理進行工作，它主要由感溫包、傳導毛細管和彈性元件組成，通過彈性元件推動微動開關的閉合與開啟，從而實現對控制回路的通斷。
3.2.2 PLC通過讀取現場鉑電阻溫度計的電信號，通過CUP的運算和設定值的比對，通過開關量信號的輸出來控制安裝在機柜上的中間繼電器，實現對伴熱回路的接通與斷開，主要特點如下：
(1)安裝便捷，系統組態容易：PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法來設計。對于復雜的控制系統，設計梯形圖的時間比設計相同功能的繼電器系統電路圖的時間要少得多。
(2)功能強，性能價格比高，PLC可以通過通信聯網，實現分散控制，集中管理。
(3)硬件功能齊全，適應性強：可編程控制器已實現標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶可以根據自己的實際需求進行系統配置，組成不同功能。
3.2.3 工控機作為系統工程師和操作員站站，取代了溫控器作為控制核心的溫度報警和巡檢機柜，所有的系統數據和報警顯示都可以通過工控機的顯示器基本上顯示，在屏幕上顯示工藝流程總貌、過程狀態、計算結果和歷史數據等，可進行數據庫的生成、生產流程畫面的產生，連續控制回路的組態和順序控制的組態等所配備的打印機可完成生產過程記錄報表、系統運行狀態信息、生產統計報表和報警信息等的打印。
4 小結
數字化控制系統是一種發展和改進的新技術、新設備、新系統，易于使用、易于組態、易于擴展，并經過工程實踐驗證，具有先進、成熟、可靠性的硬件和軟件，可在各種運行工況下滿足各種系統的檢測、控制和運行管理的要求，確保工藝系統的安全、可靠、經濟運行。
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