2015-2016年技术中心 水冷烘烤系统运行总结 杨 雷 2016年5月30日

内容 ASIPP 运行情况介绍 2016年第二轮实验前准备工作 烘烤系统结构调整 设备水冷系统结构调整 托卡马克水冷末端管道整改方案 水冷烘烤总控设计方案 总结 2 2 2

1 水冷系统运行概述 ASIPP 1：运行时间：在2015年11月23日开始启动，到2016年5月24日停止，共计 运行184天，每天24小时运行，没有节假日。烘烤系统本轮实验运行三次， 分别为：2015-12-4至 2016-1-3， 2016-3-24至2016-4-1，2016-5-1至 2016-5-24，总计运行64天。 可靠性：整体运行良好，没有影响EAST运行的故障发生。 人身安全：所有参与实验人员，没有发生人身意外，没有安全事故发生。 故障描述： 电源主管道电动阀门故障，利用手动阀门调节解决。 极向场管道法兰漏水，不影响电源运行。 设备水冷散热器水池泄漏，偏滤器水冷散热塔水池液位开关故障 3 3 3

2016年第二轮实验前改造计划 ASIPP 4 序号 任务内容 完成指标 计划完成时间 备注 1 水冷环路例行维护 各设备能随时投运 2016.6.1-6.30 软管更换、密封垫更换、水池清淤、水泵维护和散热塔维护等 2 阀门更换 电动阀正常开关 2016.7.1-7.15 极向场电源环路DN200，真空环路加装气体调节阀 3 加热器外壳更换 600℃下能正常工作 2016.6.1-7.15 外壳已开裂，临时补焊，需更换耐高温材料 4 储水池水位监测 实时显示蓄水池水位 2016.6.1-7.30 包括信号引入控制系统 5 托卡马克下窗口管道改造 监测支路流量和温度 6 低杂波大泵备份 实现双机备用运行模式 采购一台主泵并安装 7 烘烤管道温度变送器更换 保证温度误差2℃ 　8 真空室烘烤管道调整　 可以单独降温运行　 2016.7.15-7.30　 与加热器安装一块进行　 4 4 4

2 烘烤加热器结构调整 ASIPP 1：双加热器运行：增加一台相同型号的加热器及控制电源系统。实现双机热备份。防止加热器故障导致烘烤停止故障。整个烘烤系统结构和运行模式不变，烘烤温度最高200℃，真空环路加入冷气运行功能，单独降温运行。（2017年维护改造考虑提高内部压力，温度提高至250 ℃ ） 加热器参数： 功率：420kW 温度：480℃ 压力：1MPa 5 5 5

2 烘烤控制系统方案 ASIPP 2：内部部件温度闭环控制：通过内部部件的几个选择点温度作为反馈信号，为温度闭环控制系统提供最大10±2 ℃/hour的温度变化率控制。温度调节措施：利用加热器的交流调压电源，控制加热器功率(0~100%范围内可调)，实现加热器出口的温度控制，间接控制内部部件的温度(最高200 ℃)。 3：维护改造计划：2016年开始进行可靠性方面的初步升级。2017年提高输热能力，使气体流速在标准范围内，同时能提高烘烤温度，最终实现250 ℃。 内部部件温度闭环控制性能： 温度变化率：10±2 ℃/hour 内部部件温差：50 ℃ 进出口温差：100℃ 电源数量： 2套 电源功率： 450kW 6 6 6

3 设备水冷系统结构调整 ASIPP 1：低杂波大环路主泵增加一台：当前是一台主泵，无备份，改造后实现双 机热备份，降低故障率。2台主泵全部采用变频器 3：真空水冷：水泵采用双回路供电，以保证真空系统的可靠运行。2017年 维修改造，真空水冷为独立环路，以避免其它水冷负荷的影响。 4：管路状态监控：各水冷主管道进行状态监控，在主泵停止运行，或大漏 故障下，及时报警。 7 7 7

3 设备水冷系统结构调整(2017计划) ASIPP 目标： 各环路有备用水泵 可实现远程启动 压力、流量实时监控和报警 1、 ABB变频器 75KW 台 3 18,780.00 56,340 2、 45KW 1 11,702.00 11,702 3、 30KW 9,279.00 9,279 4、 15KW 2 5,220.00 10,440 5、 160KW 39,800.00 79,600 6、 中文操作面板+连接线 块 9 420.00 3,780 7 PLC S7-300 67,000 8 测量仪表 压力/流量 82,000 安装测试费 100,000 总额 455,000 增加低杂波主泵 目标： 各环路有备用水泵 可实现远程启动 压力、流量实时监控和报警 真空水冷环路双电源供电。 8 所有主泵采用变频控制 8 8

4 托卡马克水冷末端结构调整 ASIPP 1：2015年运行，高场侧和打击点回路主管道法兰出现两次破裂，取消电气 上密闭的环路变为支管道为各窗口供水。当前EAST实验参数提高，物理分 析数据需要内部部件的进出口水温和流量，以计算内部部件吸收能量。 2：调整措施：偏滤器、第一壁和真空室在托卡马克下方全部采用DN50的支 管道为各热负荷供水，每路增加流量、温度和压力变送器，数据上传。 3：真空检漏：尝试采用新结构密封阀门，在真空检漏阶段，直接关闭阀门， 不取消波纹管。从而降低工作量，加快检漏进度。根据当前调研，2016年 准备在下窗口两条支路安装4台阀门测试两年。满足要求，考虑全部更换 （由于阀芯的密封性能需要实验中检测，如果不满足当前工况需求，仍然 采用波纹管模式）。 9 9 9

4 托卡马克水冷末端结构调整 ASIPP 59636 shot 60s discharge 10 60s长脉冲放电，温度增加到最大值时间用了60s，故没有达到稳态。水温完全冷却用了14.7分钟。N表示北，S表示南 10 10 10

4 托卡马克水冷末端结构调整 ASIPP 2：调整措施：偏滤器、第一壁和真空室在托卡马克下方全部采用DN50的支管道 为各热负荷供水，每路增加流量、温度和压力变送器，数据上传。 温度计 压力计 绝缘法兰 流量计 真空检漏抽口CF16 六通结构 11 11 11

5 水冷总控制方案 ASIPP 1：目标：建立水冷中央控制系统，对所有水冷烘烤环路，具备：控制、采 集、监控、故障处理、报警和数据库的功能；与各EAST子系统通网络传输 数据。 2：烘烤系统：真空组控制系统提供烘烤控制信号（启动/停止，平顶温 度），7室数据库读取内部部件温度反馈信号（取最大测温点值)。烘烤阶 段的托卡马克内部各部件是否通水的指令由真空组控制提供。这些信号全 部通过网络传输。 3：水冷系统：设备水冷和托卡马克水冷环路全部远程操作，实时监控整个 系统的状态，对于主泵停机、水池缺水、管道大破裂等故障能及时判断， 并报警，具备状态异常报警功能。与各用户之间通过网络确定开启/停止操 作。 12 12 12

5 水冷总控制方案 ASIPP 基于EPICS+Linux开发水冷中央控制系统，与未来EAST中央控制系统兼容。 与各EAST系统之间通过网络传输指令和数据。 13 13 13

5 水冷总控制方案 ASIPP 1：中央监控网络：基于以太网技术构建中央监控网络，该网络实现数据交互、 基于PPPT中央定时（为水冷系统所有控制器提供国家标准授时），网络具备RJ- 45接入端口及SFP接入端口。该网络为未来EAST中央控制接入预留端口。 2：通讯：与电源、2.45GHZ低杂波、真空以及EAST总控的控制计算机进行数据交 换(控制指令和状态信号传输)及硬件安全联锁保护网络建设； 3：水冷系统设备远程操作站：实现各水冷子系统水泵、开关、阀门的远程控制； 实现各水冷子系统系统级连锁保护；接收其它系统指令并根据设定逻辑自动响应； 记录所有操作指令及执行状态。 4：水冷监视站：按系统及设备分层设计原则设计监视界面，水路系统动态显示； 实现对各水冷和烘烤子系统所有设备状态的在线监视，设备关键参数的连续记录 24H/24H；实现各水冷和烘烤子系统运行状态（压力、流量、温度、阀门闭合/关 闭）的在线监视，各状态的连续记录24H/24H。烘烤系统的温度闭环控制，系统 过温保护，风机、加热器和换热器等的状态监控。 5：工程数据存储：多水冷系统设备远程操作站及水冷系统设备监视站所有工程 数据实时连续存储，所有数据有效保存5年，并可以方便查阅历史数据，以图表 形式显示。 6：故障诊断系统：具备对流量、压力、温度和液位等信号的异常波动和异常的 变化率，提供故障预警。 14 14 14

6 总结 ASIPP 本轮设备改造项目需要执行以下合同(总237万) 1：加热器及外壳采购,（36万） 2：加热器电源及温度控制系统：两套电源、配电柜和控制系统（35万） 3：设备水冷变频器控制系统：包括阀门、温度、流量和压力变送器（46万） 4：低杂波主泵采购：参考南方泵、包括地基施工 （20万） 5：水冷总控制系统：包括上位机软件、硬件、数据存储和网络通讯等（40万） 6：托卡马克水冷末端管道改造：管道改造、阀门、温度、流量和压力变送器（30万） 7：烘烤系统管道改造：阀门、温度、流量和压力变送器（30万） 改造结果： 1：增加烘烤和水冷系统的可靠性 2：实现与各EAST子系统之间的数据通讯，水冷的状态监控及数据库 3：为EAST物理实验提供内部部件的冷却数据。 15 15 15

6 总结 ASIPP 人员分工(初步方案)： 序号 姓名 分工 1 杨雷 系统总负责 2 金前春 实验总协调及负责人 3 袁纪安 水冷组长 4 刘程华 烘烤组长 5 陈雷、郭建、朱克正 管道仪表测量负责： 陈雷：阀门，郭建：温度，朱克正：流量和压力 6 张杰 排水系统设计、改造(水冷和烘烤) 7 周德军 水冷系统外环路优化改造（液位、管道和设备） 8 周彤 水冷烘烤系统布局规划，资料整理 9 潘农、茆永生 管道维护和升级改造 10 郭斌、李沂隆 水冷和烘烤系统的热工动力学建模分析 总人数 14 16 16 16

水冷烘烤系统布局图(周彤) ASIPP 17 17 17

测量变送器和阀门 ASIPP 18 18 18

ASIPP THANKS 19 19 19