Введение к работе
Актуальность работы. Развитие ядерной энергетики как одной из перспективных отраслей производства тепловой и электрической энергии непосредственно связанно с решением комплекса задач, решение которых направлено на повышение эффективности и безопасности энергетических объектов, утилизации, переработки и захоронению ядерных отходов. Утилизация, переработка и захоронение ядерных отходов приобретает в настоящее время более актуальных характер, так как число атомных энергетических объектов неуклонно возрастает, а ранее введенные в эксплуатацию объекты подобного класса требуют реконструкции или модернизации, или полного вывода из эксплуатации с последующей консервацией.
Эта ситуация в полной мере имеет отношение и к Республике Казахстан на территории которой расположен энергетический атомный реактор БН-350, представляющий собой реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем. Учитывая тот факт, что реактор БН-350 выработал свой ресурс и то, что Казахстан принял на себя международные обязательства о нераспространении ядерного оружия и его компонентов, вывод реактора БН-350 из эксплуатации становится актуальной задачей. Начатая в Республики Казахстан совместная американо-казахстанская программа по выводу реактора БН-350 из эксплуатации, затрагивает широкий комплекс проблем, которые необходимо решать в процессе ее реализации. Одной из задач программы является переработка и захоронение натрия, который в реакторе использовался в качестве теплоносителя. Принимая во внимание специфические физико-химические свойства натрия и характер его использования, к технологическому процессу утилизации предъявляются особые требования безопасности.
Разработка и реализация технологических процессов различного назначения сопряжена с решением ряда технических задач, связанных с необходимостью отработки, отладки технологического процесса, разработкой алгоритмов управления, сбора, обработки и представления технологической информации, отладки и апробации операционных схем функционирования технологического процесса. Зачастую решение такой комплексной задачи при использовании реального технологического оборудования является достаточно дорогостоящим и небезопасным делом, так например рассмотренный в работе технологический процесс переработки натрия относится к взрыво - и пожароопасной категории работ и имеет вредные факторы, влияющие на здоровье персонала и состояние окружающей среды.
При разработке системы управления технологическим процессом, особенно в случае автоматизации нового производственного процесса, наиболее актуальным является вопрос изучения поведения элементов системы в различных ситуациях и анализ реакции системы на управляющие воздействия.
В настоящее время решить этот комплекс задач возможно только при использовании современных методов проектирования систем управления технологическими процессами и применении методов компьютерного имитационного моделирования. Имитационное моделирование позволяет обеспечить оптимальное решение поставленных задач и существенно сократить сроки внедре-
ния системы. Такой подход наиболее эффективен там, где натурные испытания и исследования связанные с отработкой технологии, отладкой систем автоматизированного управления технологическими процессами, имеют высокую стоимость или опасны в реализации.
Основной целью данной работы является разработка автоматизированной системы управления процессом переработки радиоактивного натриевого теплоносителя и проведение испытаний системы управления без использования реального технологического оборудования.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
-
Анализ используемых технологий утилизации натриевого теплоносителя и исследование установки по переработке натрия как объекта автоматизации;
-
Подготовка математического описания и реализация модели химического реактора установки по переработке натрия;
-
Синтез алгоритмов работы технологических подсистем и структурно функциональное проектирование системы управления;
-
Аппаратная и программная реализация системы управления;
-
Разработка полунатурного имитационного комплекса установки по переработке натрия;
-
Проведение комплексных модельных исследований системы управления на имитационном комплексе;
-
Разработка программного тренажера предназначенного для обучения операторов установки.
Научная новизна. Выделены следующие основные научные достижения работы:
-
Впервые разработаны, отлажены на имитационном комплексе и внедрены алгоритмы управления технологическими параметрами всех подсистем установки по переработке натриевого теплоносителя, позволяющие осуществлять непрерывное управление процессом на всех режимах работы установки.
-
Определены структура, состав и метод реализации программно технического комплекса системы управления. Отличительной особенностью системы управления является оценка действий оператора и формирование информационных, запрещающих и аварийных сообщений, что позволяет минимизировать влияние ошибок персонала на управление процессом.
-
Впервые разработан и реализован полунатурный имитационный комплекс установки по переработке натрия, отличительной особенностью которого является учет свойств используемых конструкционных материалов и рабочих сред установки, а также специфики и рабочих характеристик запорной и регулирующей арматуры, насосов, нагревателей и датчиков. Имитационный комплекс позволяет провести отработку технологии, выполнить отладку системы автоматизированного управления, провести обучение оперативно персонала установки методам управления технологическим процессом.
Практическая ценность. Представленная в работе система управления смонтирована на установке по переработке натрия (УПН) и прошла испытания
на имитационном комплексе, автономную и комплексную отладку в составе технологического оборудования установки. На УПН проведены пусконаладоч-ные работы, которые подтвердили работоспособность системы управления и позволили оценить правильность выбора технических решений, устойчивость контуров автоматического регулирования в рабочих диапазонах изменения регулируемых параметров. Программное обеспечение имитационного комплекса доработано для использования в качестве тренажера и используется на УПН для обучения персонала принципам работы установки, отработки регламентных работ и аварийных ситуаций.
Практическая значимость работы подтверждается использованием результатов диссертации в гранте ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 г.» соглашение 14.В37.21.0457.
Апробация результатов работы и публикации.
Основные положение и результаты диссертационной работы докладывались на конференциях-конкурсах НИОКР молодых ученых и специалистов РГП НЯЦ РК (Курчатов 2006г, 2011 г.), международной конференции «Актуальные вопросы мирного использования атомной энергии» (Алматы, 2012 г.) научных семинарах и рабочих совещаниях (Актау, МАЭК, 2004-2011 гг., Айдахо Фоллс, Аргонская национальная лаборатория, 2004 г., 2011г.).
Результаты диссертации опубликованы в научно-технических изданиях из перечня ВАК Российской Федерации и Республики Казахстан, вошли в состав монографии «Обращение с натриевым теплоносителем реактора на быстрых нейтронах» изданной на английском и русском языках. Отдельные результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в научно технических отчетах, техническом и рабочем проекте на установку по переработке натрия, технологическом регламенте и методиках подготовки оперативного персонала установки.
По теме диссертации опубликовано 10 работ в печатных изданиях и сделано 11 докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 151 страницах машинописного текста, иллюстрируется 61 рисунком и 14 таблицами. Состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 90 наименований и 5 приложений.
Похожие диссертации на Автоматизированная система управления технологическим процессом переработки натриевого теплоносителя
