Contributii la Optimizarea Monitorizarii Instalatiilor Pentru Separarea Tritiului din Apa Grea Tritiata

T E Z A D O C T O R A T

„CONTRIBUTII LA OPTIMIZAREA MONITORIZARII INSTALATIILOR PENTRU SEPARAREA TRITIULUI DIN APA GREA TRITIATA”

CUPRINS

1.INTRODUCERE

1.1 Necesitatea separarii tritiului si tehnologiile aplicate in acest scop

1.1.1 Necesitatea separarii tritiului

1.1.2 Tehnologia separarii si monitorizarii tritiului – principiul distilarii criogenice

1.2 Sistemul informatic si rolul lor sau in cadrul pilotului experimental de separare tritiu1.3 Structura tezei de doctorat

1.4 Contributiile propuse pentru perfectionarea sistemului informatic

2.Descrierea instalatiilor si proceselor tehnologice de separare tritiu

2.1 Descrierea instalatiei 100- de schimb izotopic

2.2 Descrierea instalatiei 200- de purificare prin ardere catalitica

2.3 Descrierea instalatiei 300- de distilare criogenica

3.stadiul pe plan international a problemei separarii tritiului. tendinte in separarea tritiului. tehnologie, monitorizare, securitate

4.contributii pe planul informatizarii.UTILIZARE INSTRUMENTATIE VIRTUALA-LABVIEW

4.1 Descrierea softului LabView cu modulele si submodulele importante programarii…..

4.2 Realizarea sistemului de achizitie date si analiza proces cu module si submodule din LabView.Exemple

4.3 Descrierea sistemului de monitorizare , realizat de autor cu interfata AT-MIO-16 XE-10 si multiplexorul SCXI 1200

4.4 Descrierea sistemului de achizitie date si automatizare pentru instalatia 300 de distilare criogenica din instalatia pilot de separare a tritiului si deuteriului…………………….

4.5 Descrierea sistemului de achizitie date si automatizare pentru instalatia 100 de schimb izotopic din instalatia pilot de separare a tritiului si deuteriului

4.6 Descrierea sistemului de achizitie date si automatizare pentru instalatia 200 de purificare din instalatia pilot de separare a tritiului si deuteriului

4.7 Descrierea sistemului de monitorizare realizat cu module Field Point si LabView DSC (Datalogging and Supervisory Control Module)

4.8 Sistemul de protectie si securitate a instalatiilor 100 si 300

5.contributii pe planul modelarii.CONFIGURARE SI PROGRAMARE IN LABVIEW

5.1 Consideratii privind procesele de eliminare a tritiului din apa grea tritiata

5.2 Bazele fizice pentru determinarea modelelor matematice ale modulelor de schimb izotopic (100) si distilare criogenica(300) din instalatia de separare a tritiului,cu determinarea entropiei si entalpiei

5.2.1 Studiul matematic necesar pentru realizarea si implementarea programului de calcul al entropiei si entalpiei in functie de temperatura, din instalatia de distilare criogenica(300

5.2.2 Studiu matematic pentru realizarea si implementarea programului de simulare in LabView, a procesului de schimb izotopic din instalatia 100

5.3 Utilizarea LabView 8 pentru obtinerea solutiilor si reprezentarea grafica a modelelor matematice pentru modulele de schimb izotopic si distilare criogenica

5.3.1 Modulul de distilare criogenica- determinarea entropiei si entalpiei

5.3.2 Modulul de schimb izotopic – determinarea constantelor de echilibru

6.optimizarea.UTILIZARE LABVIEW

6.1 Consideratii generale

6.2 Consideratii privind descrierea turbodetentorului din instalatia 300 de distilare criogenica, pe ciclul de lichefiere azot

6.3 Turbodetentorul gazodinamic “LINDE” folosit in instalatia 300 de distilare criogenica

6.4 Descrierea modelului matematic de simulare a comportarii instalatiei de lichefiere azot si determinarea randamentului turbodetentorului

6.5 Realizarea modelului matematic de simulare in LabView a comportarii instalatiei de lichefiere azot si determinarea randamentului turbodetentorului

7.CONCLUZII

7.1 Sumarul tezei

7.2 Contributiile tezei

7.3 Dezvoltari posibile

8.BIBLIOGRAFIE

1. INTRODUCERE

Scopul tezei de doctorat este acela de a aduce contributii la dezvoltarea si perfectionarea sistemelor informatice destinate conducerii, supravegherii si asigurarii sigurantei in functionare, a unei instalatii pilot experimentala de separare a tritiului din apa grea tritiata, rezultata in reactoarele nucleare, utilizate pentru producerea energiei electrice.

Caracterul pilot al instalatiei de separare a tritiului (detritiere) implica posibilitati de a obtine regimuri de functionare foarte variate, din observarea si studierea carora sa se poata desprinde concluzii privind conditiile care maximizeaza eficienta procesului de separare, mentinand si securitatea instalatiilor si a mediului la niveluri admisibile.Acest aspect are implicatii majore asupra sistemului informatic aferent, in sensul necesitatii masurarii cu precizie ridicata a unui numar cat mai mare de parametrii, a achizitiei, stocarii si prelucrarii unui volum foarte mare de valori ale acestora, astfel incat sa fie posibila o caracterizare cat mai adecvata si mai completa a regimurilor respective.Totodata este necesara o monitorizare si automatizare

avansata cu prevederea de alarmari, interblocari si deconectari prin intermediul carora sa se evite aparitia unor stari de avarie sau de poluare radioactiva inadmisibile.

Aceste aspecte, reprezentand premizele de la care s-a pornit, constituie argumente esentiale care justifica importanta tematicii abordate, precum si a contributiilor elaborate in cadrul tratarii tezei de doctorat.

Contributiile sunt bazate pe cercetarile efectuate in timp de 15 ani la Institutul de Cercetare – Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice si Izotopice din Rm. Valcea, in cadrul instalatiei Pilot Criogenic de Separare a Tritiului, precum si pe studierea a numeroase lucrari de specialitate ( 36 lucrari ).

1.1 Necesitatea separarii tritiului si tehnologiile aplicate in acest scop.

1.1.1 Necesitatea separarii tritiului

Izotopii sunt elemente care au acelasi număr de protoni, Z, dar au diferit numărul de masă, A. Se cunosc trei izotopi ai hidrogenului:

– hidrogenul obișnuit, cunoscut ca hidrogen ușor sau protiu (, cu masa atomică 1), cel mai abundent în natură;

– hidrogenul greu, cunoscut ca deuteriu (sau D, cu masa atomică 2), care are nucleul compus dintr-un proton și un neutron, aproximativ 0.015% din hidrogenul din natură;

– tritiul, (sau T, cu masa atomică 3), care are în componența nucleului un proton și doi neutroni.

Unul din cei mai importanti izotopi ai hidrogenului este tritiul. In ultimii ani, un numar insemnat de lucrari stiintifice au pus in evidenta faptul ca tritiul are efecte radiobiologice majore asupra organismelor vii. Acesta, odata ajuns in tesuturile organismelor vii, produce aceleasi efecte radiogenice ca si cele observate la organismele expuse la radiatii sau X: modificari genetice, modificari ale proceselor de dezvoltare si diferentiere celulara, efecte asupra organelor de reproducere, carcinogeneza.

Pe un alt plan, tritiul prezinta interes in prezent deoarece constituie combustibil pentru reactoarele de fuziune. Prin urmare se acorda o mare importanta cercetarilor stiintifice legate de tritiu, de modul de obtinere, utilizare si valorificare a lui.

Tritiul constituie de asemenea izotopul care se acumuleaza in timp in apa grea din moderatorul si agentul de racire a reactoarelor Candu. Prezenta si acumularea lui in reactor creste nivelul de radioactivitate si implicit constituie un pericol pentru personalul care lucreaza la remedierea unor defectiuni in acea zona a reactorului [13].

Schimbul izotopic catalizat reprezinta procesul « front-end » al instalatiilor de separare a tritiului, care prin asociere cu procesul de electroliza se constituie intr-un proces cuplat foarte eficient.

La nivel national ,interes prezinta realizarea instalatiei de separare a tritiului din apa grea tritiata, a reactoarelor CANDU care echipeaza centrala nuclear-electrica de , ca urmare a nivelului ridicat de radioactivitate atins in apa grea a moderatorului reactorului 1, dar si realizarea unor sisteme de procesare a deseurilor radioactive apoase rezultate din operatiile de mentenanta. Realizarea unor astfel de instalatii are o serie de implicatii pozitive ca: reducerea nivelului radioactivitatii in spatiul operator si implicit reducerea dozei de radiatii incasate de personal; reducerea costurilor de intretinere si reparatii prin scurtarea timpului necesar, ca urmare a masurilor de protectie mai reduse si a productivitatii muncii mai ridicate; marirea factorului de utilizare a CNE prin scurtarea timpului de oprire a reactorului pentru intretinere si reparatii ; reducerea concentratiei tritiului din circuitele tehnologice da posibilitatea reproiectarii acestora in vederea reducerii investitiei ; reducerea concentratiei de tritiu eliberat in mediu; valorificarea tritiului extras; creeaza noi locuri de munca.

Tritiul este un izotop radioactiv si prezinta risc de contaminare interna. Acest risc este generat de eliberarile de tritiu sub forma de gaz sau oxid si de vaporii rezultati din apa tritiata provenita din scurgeri. Acestea pot fi consecinte atat ale mentenantei cat si ale accidentelor.

Concentratia ridicata de tritiu in apa grea implica un risc major atat din punct de vedere al inventarului mare de tritiu ce poate fi eliberat in atmosfera, cat si din punct de vedere al pericolului la care se expune personalul de mentenanta in cazul unor scurgeri lichide.

Asa cum am afirmat mai sus, legislatia romaneasca cu privire la securitatea nucleara este conforma si bazata pe reglementarile si recomandarile IAEA (International Atomic Energy Agency-Agentia Internationala a Energiei Atomice). Totusi, in domeniul tritiului, nu exista suficiente ghiduri de aplicare a normelor de reglementare a activitatilor nuclere, astfel incat in analiza se va tine seama si de experienta din exploatarea instalatiilor nucleare, inclusiv a centralelor nucleare de tip CANDU (CANada Deuterium Uranium).In cadrul analizei se va tine seama deopotriva atat de reglementarile nationale cat si de cele internationale (acolo unde legislatia nationala nu acopera anumite aspecte).

De exemplu:

Concentratia ridicata de tritiu in apa grea procesata, parametru care constituie un criteriu important de selectie, determina cerinte de proiectare complexe; din experienta americana sistemele care contin apa cu o concentratie mai mare de 10 Ci/kg (0.37 TBq) sunt supuse codului nuclear cu cerinte de proiectare (ASME Sectiunea III- Sistemul de management al calității în domeniul nuclear).

Din experienta canadiana, pentru a judeca gradul de acceptabilitate a unei tehnologii de separare a tritiului din apa grea tritiata, sunt utilizate criterii de risc asociate cu consecintele anumitor evenimente, asa cum este prezentat in tabelul urmator:

La nivel international exista interes pentru instalatiile de separare a tritiului din apa grea tritiata, a reactorului de la JET-Anglia ( Experiment de Cercetare Nucleara-Fusion Nuclear), si a reactorului de fuziune ITER ( care se va construi la Cadarache- sudul Frantei). Exista experienta in acest domeniu in foarte putine tari, iar Romania face parte din acestea.

In scopul alinierii Romaniei la preocuparile comunitatii stiintifice internationale, precum si a continuarii unor cercetari din domeniile de varf, este necesara abordarea acestor tehnici.

Impactul economic:Tratare deseuri apoase cu tritiu rezultate la CNE ( Centrala Nuclear Electrica) Cernavoda ~ 100 000 Euro/an; Tratare deseuri apoase cu tritiu rezultate la reactorul de fuziune JET Anglia 8075 kg/an (valori medii 1997-2002) cu o activitate medie pentru aceeasi perioada de raportate de 188,7 Tbq; Reconversia materiei prime radioactive cu o valoare de 300 000 Euro/an (3 Euro/Ci 100 000 Ci/an);

Impact asupra mediului: Reducerea semnificativa a factorului de risc radiobiologic si a impactului asupra mediului prin punerea la punct a procedurilor si tehnologiilor de tratare a deseurilor radioactive cu tritiu cat si monitorizarea parametrilor importanti din instalatie.

1.1.2 Tehnologia separarii si monitorizarii tritiului – principiul distilarii criogenice

Politica nucleara pe termen mediu si lung privind gospodarirea combustibiluluere si reparatii ; reducerea concentratiei tritiului din circuitele tehnologice da posibilitatea reproiectarii acestora in vederea reducerii investitiei ; reducerea concentratiei de tritiu eliberat in mediu; valorificarea tritiului extras; creeaza noi locuri de munca.

Tritiul este un izotop radioactiv si prezinta risc de contaminare interna. Acest risc este generat de eliberarile de tritiu sub forma de gaz sau oxid si de vaporii rezultati din apa tritiata provenita din scurgeri. Acestea pot fi consecinte atat ale mentenantei cat si ale accidentelor.

Concentratia ridicata de tritiu in apa grea implica un risc major atat din punct de vedere al inventarului mare de tritiu ce poate fi eliberat in atmosfera, cat si din punct de vedere al pericolului la care se expune personalul de mentenanta in cazul unor scurgeri lichide.

Asa cum am afirmat mai sus, legislatia romaneasca cu privire la securitatea nucleara este conforma si bazata pe reglementarile si recomandarile IAEA (International Atomic Energy Agency-Agentia Internationala a Energiei Atomice). Totusi, in domeniul tritiului, nu exista suficiente ghiduri de aplicare a normelor de reglementare a activitatilor nuclere, astfel incat in analiza se va tine seama si de experienta din exploatarea instalatiilor nucleare, inclusiv a centralelor nucleare de tip CANDU (CANada Deuterium Uranium).In cadrul analizei se va tine seama deopotriva atat de reglementarile nationale cat si de cele internationale (acolo unde legislatia nationala nu acopera anumite aspecte).

De exemplu:

Concentratia ridicata de tritiu in apa grea procesata, parametru care constituie un criteriu important de selectie, determina cerinte de proiectare complexe; din experienta americana sistemele care contin apa cu o concentratie mai mare de 10 Ci/kg (0.37 TBq) sunt supuse codului nuclear cu cerinte de proiectare (ASME Sectiunea III- Sistemul de management al calității în domeniul nuclear).

Din experienta canadiana, pentru a judeca gradul de acceptabilitate a unei tehnologii de separare a tritiului din apa grea tritiata, sunt utilizate criterii de risc asociate cu consecintele anumitor evenimente, asa cum este prezentat in tabelul urmator:

La nivel international exista interes pentru instalatiile de separare a tritiului din apa grea tritiata, a reactorului de la JET-Anglia ( Experiment de Cercetare Nucleara-Fusion Nuclear), si a reactorului de fuziune ITER ( care se va construi la Cadarache- sudul Frantei). Exista experienta in acest domeniu in foarte putine tari, iar Romania face parte din acestea.

In scopul alinierii Romaniei la preocuparile comunitatii stiintifice internationale, precum si a continuarii unor cercetari din domeniile de varf, este necesara abordarea acestor tehnici.

Impactul economic:Tratare deseuri apoase cu tritiu rezultate la CNE ( Centrala Nuclear Electrica) Cernavoda ~ 100 000 Euro/an; Tratare deseuri apoase cu tritiu rezultate la reactorul de fuziune JET Anglia 8075 kg/an (valori medii 1997-2002) cu o activitate medie pentru aceeasi perioada de raportate de 188,7 Tbq; Reconversia materiei prime radioactive cu o valoare de 300 000 Euro/an (3 Euro/Ci 100 000 Ci/an);

Impact asupra mediului: Reducerea semnificativa a factorului de risc radiobiologic si a impactului asupra mediului prin punerea la punct a procedurilor si tehnologiilor de tratare a deseurilor radioactive cu tritiu cat si monitorizarea parametrilor importanti din instalatie.

1.1.2 Tehnologia separarii si monitorizarii tritiului – principiul distilarii criogenice

Politica nucleara pe termen mediu si lung privind gospodarirea combustibilului nuclear uzat si a deseurilor radioactive, inclusiv depozitarea definitiva a acestora si dezafectarea instalatiilor nucleare si radiologice este parte integranta a Strategiei Nationale de Dezvoltare a Domeniului Nuclear si a Planului de Actiuni aferent.

Este cunoscut faptul ca in timpul funtionarii unui reactor de tip CANDU are loc formarea tritiului in urma absorbtiei de catre nucleul atomului de deuteriu a unui neutron lent. Se mai stie, de asemenea, ca tritiul este un izotop radioactiv emitator de radiatie beta cu energia maxima 18 keV si are timpul de injumatatire de aproximativ 12,3 ani. Tritiul astfel format in moderatorul unui reactor de tip CANDU se va gasi sub forma apei grele tritiate, iar dificultatile privind depozitarea unui deseu radioactiv sub forma lichida (mai exact, apa) sunt foarte mari, mai ales atunci cand este vorba de cantitati mari si mai ales cand vorbim de apa, fiind bine cunoscut circuitul acesteia in natura si in lantul trofic. Separarea tritiului din apa grea tritiata si confinarea acestuia intr-o forma mai sigura pentru a fi depozitat ca deseu, constituie o necesitate importanta pentru protectia mediului inconjurator si a populatiei. Acest lucru il putem face prin realizarea unei instalatii de separare a tritiului din apa grea tritiata, iar la ICSI Rm. Valcea a inceput de cativa ani experimentarea unei tehnologii de detritiere, rezultatele obtinute pana in prezent fiind promitatoare [10].

Inainte de a proiecta o instalatie de detritiere trebuie sa tinem seama de o serie de cerinte cum ar fi:

– daca instalatia de detritiere va functiona cuplata direct la moderatorul reactorului sau nu;

-care sunt cerintele beneficiarului si ce poate pune el la dispozitie, de exemplu: concentratia finala a tritiului in moderator, timpul in care trebuie atins acest nivel al concentratiei, care este concentratia de la care incepe detritierea, ce debit de alimentare poate pune la dispozitie beneficiarul, etc;

-care sunt posibilitatile noastre: care este factorul de detritiere pe care putem sa-l garantam, ce debit de alimentare stabilim, etc.

Eliminarea deseurilor radioactive de activitate joasa si medie prin depozitarea definitiva constituie in prezent o practica industriala consacrata, atat pe plan international cat si la nivelul Uniunii Europene. Practicile utilizate pentru acest tip de deseuri radioactive nu sunt adecvate pentru eliminarea deseurilor de activitate inalta, acestea implicand riscuri deosebite pentru sanatatea omului si a mediului inconjurator. In plus acestea genereaza cantitati importante de caldura reziduala produsa prin dezintegrare radioactiva, fapt care obliga la depozitare intermediara in vederea dezactivarii.

In acest context atentia Institutului de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice si Izotopice, si anume Instalatia Pilot Criogenic de Separare a Tritiului, se indreapta in special asupra deseurilor de apa tritiata cu activitate scazuta, rezultate din operatiile de mentenanta efectuate la reactoare, cu scopul de a reduce volumul acestora si al reprocesarii lor, prin aplicarea unor tehnologii corespunzatoare, reducand impactul radiologic al activitatilor de gospodarire a deseurilor radioactive asupra populatiei si a mediului inconjurator.

Obiectivul cercetarilor din tara noastra in acest domeniu il constituie crearea bazei de date teoretice si experimentale privind identificarea tehnologiilor optime de tratare si conditionare a deseurilor de apa tritiata, rezultate la reactoarele de tip Candu, identificate , precum si la reactorul de fuziune JET sau ITER. Mentionam de asemenea ca dezvoltarea unor tehnologii pentru reducerea stocurilor de deseuri de apa tritiata constituie un prim obiectiv al comunitatii stiintifice europene implicate in cercetarile reactorului de fuziune experimental de din Anglia. In prezent deseurile de apa tritiata generate de functionarea acestui reactor sunt transportate si procesate in Canada. In viitor aceasta varianta nu va mai fii viabila, cerandu-se dezvoltarea unei tehnologii care sa rezolve problema reducerii acestor stocuri si sa asigure procesarea lor la reactor.

Prin semnarea unuia dintre cele mai dificile capitole in vederea aderarii respectiv cel de Mediu (capitolul Securitate Nucleara-Radioprotectie) Romania s-a angajat sa promoveze masuri concrete si rapide in vederea gestionarii in siguranta a deseurilor radioactive "istorice" cat si a celor rezultate din activitatile curente de cercetare sau din alte aplicatii nucleare. Raportul de tara mentioneaza semnificative intarzieri in implementarea acestor directive, datorate atat absentei suportului financiar dar si a absentei unor solutii tehnologice specifice activitatilor nucleare desfasurate in Romania.

Ca o consecinta a implementarii programelor de conservare a mediului si ALARA (As Low As Reasonably Achievable – principiu important al protectiei la radiatie ) este necesara dezvoltarea unor metode de minimizare a impactului asupra mediului inconjurator si a riscului de expunere radioactiva a populatiei. Din punct de vedere tehnic si al eficientei economice, instalatiile de prelucrare a apei tritiate au fost dezvoltate pentru procesarea apei tritiate cu continut semnificativ de tritiu si avand drept scop recuperarea tritiului. Pentru apa tritiata cu continut redus de tritiu, care se constituie ca deseu radioactiv, rezultata in special din operatiile de mentenanta este necesar realizarea de instalatii suplimentare pentru reducerea stocurilor acestora si extragerea ulterioara a tritiului.

Toate procesele care implica recuperarea si concentrarea tritiului din apa grea au ca element principal dezvoltarea de noi tehnologii in ceea ce priveste metodele de monitorizare, stocare si depozitare in conditii optime si cu un grad ridicat de siguranta in timp.

Deoarece apa tritiata (HTO) este mai toxica decat tritiul gazos (HT) de 10000 pana la 25000 de ori, in multe cazuri se doreste cunoasterea cantitatilor relative din fiecare specie, aparute in urma unei eliberari intr-o incapere sau in mediu.

1.2 Sistemul informatic si rolul lor sau in cadrul pilotului experimental de separare tritiu

Dezvoltarea si perfectionarea sistemului informatic aferent instalatiei pilot experimental de separare a tritiului din apa grea constituie principalul obiectiv al tezei de doctorat, atat sub raportul componentelor hardware cat si a celor software.

Pentru a satisface cerintele particulare ale unei instalatii pilot care trebuie sa permita o mare flexibilitate a regimurilor de functionare pe de o parte, iar pe de alta parte sa asigure restrictiile impuse unor instalatii nucleare cu grad de periculozitate deosebit de inalt, sistemul informatic trebuie sa dispuna de capabilitati sporite, mult superioare celor ale sistemelor informatice uzuale, destinate unor procese industriale uzuale.

Exigentele mai sus mentionate impun apelarea la cele mai noi si mai performante tehnologii hardware si software.

Sistemul informatic cuprinde in structura sa:

-componente hardware, precum senzorii si traductoarele, cablurile de conexiuni, modulele de achizitie de date,dispozitivele de actionare si calculatoarele de procesare a datelor,dispozitivele de afisare si de transmisie a comenzilor care determina diversele regimuri de functionare.

-componentele software constau din programele de achizitie si de prelucrare a datelor din proces, prezentarea intr-o forma adecvata a informatiilor pentru operatori , implementarea unor programe de simulare , programe pentru efectuarea de calcule pentru identificare, modelare si optimizare,programe pentru initierea comenzilor, avertizarilor, alarmarilor precum si programe pentru asigurarea comunicatiilor.

Complexitatea problematicii sistemului informatic determina o separare in mai multe subsiteme interconectate la un centru comun de monitorizare si conducere.

Principalele subsisteme informatice si rolul acestora sunt listate succint in cele ce urmeaza:

Sistem de interblocare si interconditionare – asigura controlul instalatiei pentru buna functionare cu scapari minime de fluide toxice; controleaza si comanda deasemenea recuperarea fluidelor din instalatie si /sau cladire dupa accidente.

Sistemul trebuie sa aiba urmatoarele functii:

– controleaza procesul tehnologic in mod automat cu ajutorul calculatorului;

– comanda, la atingerea pragurilor de declansare oprirea si golirea de urgenta a instalatiei;

– comanda izolarea incintei si a modulelor, in mod individual;

– comanda inchiderea incintei pe timpul functionarii;

– indica nivelele in bazele de colectare a efluentilor lichizi;

– comanda sistemul de ventilatie;

– comanda sistemul de control al accesului in hala tehnologica.

Realizarea acestor cerinte se indeplineste prin stabilirea valorilor unor parametrii de regim sigur de exploatare si declansare. Prelucrarea semnalelor care provin de la senzorii de proces si de nivel de concentratia emisiei toxice prin software propriu, asigura interventia sistemelor de protectie [10].

Sistem de supraveghere dozimetrica si a calitatii emisiilor – asigura supravegherea dozimetrica a personalului, verifica nivelul de toxicitate din interiorul cladirii si deasemenea eliminarea gazelor in mediu; furnizeaza deasemenea valorile de alarmare pentru concentratiile substantelor radioactive/toxice.

Sistemul trebuie sa aiba urmatoarele functii:

– supravegherea dozimetrica si a nivelelor de toxicitate in aer si a personalului de exploatare;

– monitorizarea zonelor de lucru;

– asigurarea valorilor de declansare pentru concentratiile fluidelor radioactive/toxice;

– monitorarea scurgerilor toxice gazoase si lichide.

Sistemul permite declansarea automata (in coincidenta cu semnalul de la un traductor de proces) a instalatiei prin intermediul sistemului de interblocare. In caz de accident declanseaza oprirea/golirea instalatiei si izolarea acestuia.

Sistem de supraveghere si comanda pentru recuperare si tratare a gazelor toxice – permite recuperarea gazelor toxice in caz de accident cu eliberarea unor concentratii mai mari a gazelor toxice decat concentratia maxim admisibila.

Sistemul actioneaza in cazul unui accident cu degajare de substante toxice cu depasire a concentratiilor maxim admisibile. In astfel de cazuri, incinta este izolata si tot aerul din sistemul de ventilatie este trecut prin acest sistem. Sistemul permite recuperarea scurgerilor toxice fara a fi evacuate in atmosfera.

Sistem de comanda pentru golire a instalatiei in caz de urgenta – asigura golirea instalatiei in caz de accident; sistemul este activat pentru anumite valori ale parametrilor tehnologici in coincidenta cu semnalul trimis de la un detector de fluide radioactive.

Necesitatea golirii instalatiei in caz de avarie cu eliberare de substante toxice se impune din conditii de securitate (evitarea contaminarii si a poluarii) si economice (recuperarea fluidului de proces). Evacuarea se face dupa ce gazul este trecut prin instalatia de recuperare si tratare.

Functia de securitate a sistemului este de a minimaliza scurgerile toxice in incinta in cazul unui accident si conservarea inventarului de fluid de proces.

Sistem supraveghere si comanda pentru ventilatie – asigura ventilatia cladirilor in care se proceseaza fluide toxice, precum si din camera de comanda in scopul diluarii concentratiei acestora din aer; asigura deasemena pornirea sistemului de recuperare a gazelor in caz de accident.

Sistemele de ventilatie permit:

-reducerea riscurilor majore ale instalatiilor;

-acumularea substantelor explozive si toxice;

scurgerile de material toxic

Functiile sistemului sunt:

-diminuarea concentratiei substantelor toxice din instalatii;

-cuplarea cu sistemul de recuperare si tratare a gazelor toxice;

-monitorarea cu ajutorul unor detectoare a substantelor toxice.

Sistemul central de monitorizare si conducere

Intregul proces se conduce centralizat din camera de comanda izolata de mediul din hala de proces.

Sistemul permite integrarea functiilor de culegere a datelor de control, comunicatie si afisare intr-un proces interactiv atat la nivel local ( achizitie, bucle de reglare ) cat si la nivel de sistem in ansamblu ( imagini de ecran, rapoarte, etc.).

Sistemul de monitorizare este compus din:

-calculator

-inregistrator analogic multipunct, programabil pentru urmarirea evolutiei parametrilor importanti din modulele importante din instalatia de detritiere a apei grele

-sistem de achizitie date

Echipamentul pentru sistemul de securitate si protectie este compus din:

sistemul hardware pentru comanda si protectie

automat programabil pentru achizitie parametri digitali

statie de monitorizare a sistemului de securitate si protectie al instalatiei.

Sistemul de monitorizare a procesului tehnologic din instalatia de detritiere a apei grele are urmatoarele functiuni:

afisare scheme sinoptice on-line cu valorile instantanee a parametrilor analogici si digitali

interventia in proces prin comenzi autorizate ( parola) pentru modificarea comenzii la regulatoare in regim manual, modificarea referintei si a parametrilor de acord pentru bucla de reglare.

modificarea algoritmului de reglare pentru robinetii de laminare

fixare si modificare limite de alarmare a parametrilor tehnologici

alcatuire ecrane cu evolutia in timp a parametrilor din proces ( ecrane istoric)

alcatuire ecrane de semnalizari si mesaje pentru operator, etc.

preluare ecrane de la sistemul de securitate si protectie.

Pe langa monitoarele de afisare a schemelor sinaptice,de exemplu, din modulul 300 de distilare criogenica ,apare un monitor de protectie pe ecranul caruia sunt afisate principalele puncte de reper din instalatie unde depasirea parametrilor trebuie urmarita foarte atent si riguros.

Performanta sistemului este determinata de punerea in evidenta a parametrilor importanti pentru exploatarea sigura a instalatiei.In raport cu marjele de securitate si reglaj se definesc regimurile de exploatare a instalatiei:

-regimuri normale, parametrii sunt in domeniul de lucru;

-regimuri anormale, parametrii sunt in afara domeniului de lucru.Aceste stari sunt puse in evidenta prin:

alarmare optica prin aparitia pe ecranul calculatorului a unor mesaje luminoase pe care operatorul sa le poata citi din camera de comanda;

alarmare sonora;

declansarea sistemului de interblocare.

S-a definit marja de securitate intervalul dintre valoarea de alarmare, la depasirea valorilor prescrise ( de functionare normala ) si valoarea de declansare a unor sisteme de oprire/golire a instalatiei.

Statia de monitorizare conectata la automatul programabil prin pachetul de programe specific LabView, afiseaza scheme sinoptice “on line” ale instalatiei de detritiere cu starea intrari/iesiri, ecrane pentru semnalizari de alarma, mesaje pentru operator.

Pentru intrarile digitale, la sistemul de achizitie in LabView s-au configurat urmatoarele:

-limitatori de pozitie ( inchis-deschis) aferenti robinetilor on-off

-stare motoare actionare utilaje tehnologice si rezistente de incalzire

-limite de interblocare a parametrilor tehnologici

-butoane comanda pornire/oprire program functionare automata baterie de uscare

-contacte relee de la echipamentele de supraveghere a nivelului de radiatii si instalatia de ventilatie

Pentru iesirile digitale , s-au configurat urmatoarele comenzi:

-actionare robineti intrare-iesire , adsorbere in regimul automat al functionarii bateriei de uscare.

-actionare robineti on-off si motoare utilaje tehnologice in cazul unor evenimente de declansare a opririi si golirii instalatiei.Functia de oprire este declansata prin atingerea sau depasirea simultana a doua valori de prag ale parametrilor tehnologici.

In afara elementelor mentionate, se remarca:

-perifericele generale ( consola calculatorului,etc.) necesare indeosebi pregatirii de programe, operarii propriu zise, obtinerii de informatii pe un suport fizic despre proces ( de exemplu imprimanta ).

-consola operatorului de proces, echipament destinat asigurarii unei comunicatii eficiente intre operator si proces, astfel incat operatorul procesului sa nu sesizeze existenta unui mediu intermediar intre el si procesul pe care il conduce.

Softul folosit pentru realizarea sistemului de achizitie si automatizare din instalatia pilot de separare a tritiului si deuteriului este un mediu de programare grafica. Softul ofera avantajele semnificative ale unui mediu multitasking, putand rula simultan mai multe instrumente virtuale.

Pentru realizarea unei interfete calculator-operator, programul are facilitati de vizualizare a datelor, atat grafic cat si numeric cu posibilitati de urmarire a mai multor puncte de lucru simultan sau iterativ.

Structura tezei de doctorat

Teza de doctorat este structurata pe 6 capitole dupa cum urmeaza:

-Capitolul 1.Introducere.

Cuprinde obiectivele, premizele si modul de abordare a tematicii.

-Capitolul 2.Descrierea instalatiilor si proceselor tehnologice de separare tritiu.

Cuprinde descrierea instalatiei pilot experimentala de separare tritiu,cu modulele principale si anume:

modulul 100 de schimb izotopic,unde se transfera tritiul din faza lichida ( apa grea tritiata) in faza gazoasa (deuteriu+tritiu+hidrogen).

Modulul 200 de purificare prin ardere catalitica , unde deuteriul (hidrogenul) este ars intr-un reactor catalitic pentru eliminarea oxigenului continut, dupa care are loc o uscare avansata pe site moleculare.

Modulul 300 de distilare criogenica unde are loc separarea izotopilor D si T din hidrogen, prin distilare criogenica, la temperaturi pana la 23K ( -2500C).

-Capitolul 3.Stadiul pe plan international a problemei separarii tritiului.Tendinte in separarea tritiului.Tehnologie, monitorizare, securitate.

Cuprinde obiectivele si tendintele de realizare a unor instalatii de separare a triului, atat pe plan national cat si international. Instalatia Pilot Experimental pentru Separarea Tritiului si Deuteriului este singura din Europa la scara de pilot semi-industrial si printre putinele instalatii de acest tip din lume, fiind deschisa catre comunitatea stiintifica nationala si internationala in domeniul izotopilor hidrogenului, cu aplicatie catre separarea deuteriului si tritiului.

-Capitolul 4.Contributii pe planul informatizarii.Utilizare instrumentatie virtuala-LabView.

In acest capitol este prezentat realizarea sistemului de achizitie date si analiza proces in LabView, pentru instalatia de separare tritiu pentru modulele principale din instalatie, 100,200 si 300. Deasemenea este descris si sistemul de securitate si protectie a instalatiilor 100 si 300.

-Capitolul 5.Contributii pe planul modelarii.Configurare si programare in LabView.

Cuprinde studiul matematic necesar pentru realizarea si implementarea programului de calcul al entropiei si entalpiei pentru instalatia 300 de distilare criogenica si determinarea constantelor de echilibru pentru instalatia 100 de schimb izotopic, prin simulare in LabView.

-Capitolul 6.Optimizarea.Utilizare LabView.

Cuprinde metodele de determinare a randamentului turbodetentorului din instalatia 300 de ditilare criogenica din pilotul experimental de separare tritiu, pentru ciclul de lichefiere azot,in functie de parametrii monitorizati cu sistemul de achizitie date din LabView.

Contributiile propuse pentru perfectionarea sistemului informatic

Contributiile principale pe linia hardware sunt:

-cresterea numarului si performantelor senzorilor si traductoarelor;

-introducerea de sisteme de achizitii de date din generatiile cele mai recente;

-configurarea calculatoarelor si perifericelor din camera de comanda din instalatia pilot experimental, astfel incat sa poata fi monitorizata intreaga instalatie pe modulele principale, 100-de schimb izotopic, 200-de purificare prin ardere catalitica si 300-de distilare criogenica.

Contributiile principale pe linia software sunt urmatoarele:

-contributia cea mai importanta, care confera si un caracter de originalitate,constituie introducerea si aplicarea sistemului de programare grafica LabView , care permite numeroase facilitati si aduce avantaje esentiale;

-perfectionarea modelului procesului, in sensul identificarii parametrilor si a relatiilor;

– efectuarea de simulari procese din instalatia pilot de separare tritiu ,folosind software-ul dezvoltat LabView, cu extensie : LabView DSC, LabView Real-Time si LabView 8 pentru modelarea matematica;

– optimizarea procesului de distilare criogenica pe ciclul de lichefiere azot, care vizeaza cresterea randamentului turbodetentorului din instalatia de separare tritiu,contribuind la dezvoltarea performantelor economice ulterior cu transferul acestor realizari la instalatiile industriale nucleare de separare tritiu, mai precis pentru Centrala Nucleara de la Cernavoda;

-realizarea programului de calcul al entropiei si entalpiei in LabView, in functie de parametrii achizitionati cu sistemul de monitorizare pentru instalatia de distilare criogenica dar si simularea procesului de schimb izotopic prin calcularea constantelor de echilibru a reactiilor din coloana de schimb izotopic.

Contributiile propuse se incadreaza in problematica Institutului National de Cercetare – Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice si Izotopice, Rm.Valcea, si anume dezvoltarea si implementarea noilor tendinte de informatizare pentru instalatiile nucleare de procesare tritiu, si in special a celor cu caracter experimental sau de dezvoltare de noi tehnologii ce prezinta un grad de complexitate foarte ridicat datorita problemelor pe care le ridica integrarea unei diversitati mari de aparatura si echipamente intr-un sistem unitar de conducere a procesului tehnologic, in cazul instalatiei de detritiere, procesul fiind conceput initial fara automatizare.

Cantitatea mare de date care trebuie procesata, stocata si accesata pentru analize ulterioare impune realizarea unei retele informationale in care sitemele de achizitie a datelor, de control si analiza a procesului tehnologic, sa fie integrate cu un sistem de baza de date; pastrarea flexibilitatii sistemului este o cerinta a instalatiilor experimentale pentru care modificarea configuratiei, a procesului si a parametrilor urmariti este un fapt obisnuit.

Avand in vedere particularitatile proceselor tehnologice specifice industriei ce prelucreaza substante radioactive sau toxice, cu consecinte grave in cazul unei avarii tehnologice, cum este cazul unei instalatii nucleare de procesare a tritiului, sistemul de automatizare, in complexitatea lui, trebuie sa asigure functia de securitate ("Securitate functionala" – "Functional Safety").

Un alt aspect deosebit este ca un astfel de sistem imbunatateste gradul de securitate si creste gradul de inteligenta a sistemelor de informatizare a instalatiilor tehnologice industriale nucleare de procesare tritiu. Sistemul mai are de asemenea si functia de reglare a procesului tehnologic in sensul adaptarii la variatii ale parametrilor de intrare. Astfel, se asigura o functionare optimizata a instalatiei (produsi – concentratii – temperaturi – presiuni – debite) pentru diferite valori ce pot aparea din motive obiective in parametrii de intrare.

2. Descrierea instalatiilor si proceselor tehnologice de separare tritiu

In vederea unei mai bune intelegeri a sistemului informatic, in cele ce urmeaza se prezinta pe scurt instalatiile si procesele tehnologice de separare a tritiului si se definesc principalii parametrii care trebuie monitorizati.

Instalatia pilot experimental (fig. 1) pentru separarea tritiului are ca scop stabilirea tehnologiei de extragere a tritiului din apa grea de la reactoarele CANDU.

Instalatia pilot de detritiere este compusa in principal din trei module importante si anume : instalatia de schimb izotopic ( 100 ), instalatia de purificare prin ardere catalitica ( 200 ) si instalatia de distilare criogenica ( 300 ).

Figura 1. Schema bloc a instalatiei de detritiere a apei grele

Procesul tehnologic care se desfasoara in modulele mentionate cuprinde urmatoarele faze tehnologice [13]:

-Schimb izotopic(instalatia 100) in care se transfera tritiul din faza lichida (apa grea tritiata) in faza gazoasa (deuteriu sau hidrogen).Parametrii importanti care trebuie monitorizati sunt temperaturile pe coloana de schimb izotopic (C101), in mod special la intrare in coloana dar si temperatura deuteriului in incalzitorul H102.

-Purificare in care deuteriul (hidrogenul) este ars intr-un reactor catalitic pentru eliminarea oxigenului continut, dupa care are loc o uscare avansata pe site moleculare. Aceasta faza are loc in instalatia 200.Parametrii importanti sunt temperaturile de la reactorul catalitic RC 201 ( valoare maxima 1200C) si de la incalzitorul electric H201.

-Separare criogenica in care are loc separarea izotopilor de hidrogen (D, T), prin distilare criogenica, obtinandu-se tritiu gazos concentrat si deuteriu. Amestecul tritiu-deuteriu obtinut in blazul coloanei de distilare criogenica este stocat la instalatia 700, iar deuteriul este reintrodus in circuit la instalatia 100. Acest proces are loc in instalatia 300.Parametrii importanti monitorizati sunt:

temperaturile din coloana de distilare criogenica (C303),temperaturile de pe schimbatoarele de caldura,nivelul de azot lichid din baia de azot,turatia turbinei, presiunile gazului atat la intrare cat si la iesirea din turbina si debitul de apa la compresorul de franare.

-Stocare tritiu gaz unde tritiul gaz rezultat in instalatia 300 este imbuteliat in butelii sub forma de deutero – tritiura de titan. Aceasta faza are loc in instalatia 700.

Principalele probleme de automatizare de rezolvat in cadrul instalatiei, sunt:

a) Reglarea presiunii in vasul V107

b) Interconectarea si monitorizarea modulelor instalatiei 100/200 si 200/300

c) Automatizarea compresorului K301

d) Alimentarea vasului de azot V302

2.1 Descrierea instalatiei 100-de schimb izotopic

In instalatia 100 de schimb izotopic se transfera tritiul din faza lichida, apa grea tritiata, in faza gazoasa ( deuteriu+tritiu+hidrogen ).In figura 2 este prezentata schema instalatiei 100 – „print screen”-calculator camera de comanda.

Figura 2. Instalatia 100 de schimb izotopic

Reactia de schimb izotopic poate avea loc in faza omogena sau in faza eterogena. S-au studiat ambele tipuri de reactii la nivel de instalatii experimentale de laborator, alimentare cu apa deuterata si tritiata de diferite concentratii si cu hidrogen de electroliza, utilizand diferite tipuri de catalizatori pentru care s-a determinat randamentul reactiilor functie de tipul catalizatorului si conditiile de operare.

S-au elaborat si testat doua tipuri de catalizatori hidrofobi, ambii obtinuti prin depunerea platinei (ca element activ) pe un suport hidrofob: Pt/SDB (platina pe stirendivinilbenzen) si Pt/C/PTFE (platina pe carbune activ si politetrafluoretilena). Avantajul acestor tipuri de catalizatori consta intr-o eficienta superioara catalizatorilor hidrofobi cat si prin faptul ca permit schimbul izotopic cu apa in faza lichida.

Schimbul chimic catalizat reprezinta un proces de transfer a tritiului de mare interes pentru instalatiile VPCE-CD (schimbul catalitic in faza de vapori cuplat cu distilarea criogenica) sau LPCE-CD (schimbul catalitic in faza lichida cuplat cu distilarea criogenica). Cuplat cu un alt procedeu (distilarea criogenica a hidrogenului) schimbul capata un dublu scop;

– extractia apei usoare ce poate fi introdusa in apa grea din reactorul nuclear prin diferite manevre normale (incarcarea sau descarcarea combustibilului nuclear), schimbarea rasinilor de epurare a apei grele sau prin scurgeri accidentale;

– extractia unei parti din tritiu ce se formeaza in reactorul nuclear prin iradierea apei grele.

Problema principala a schimbului izotopic este cataliza reactiei. Se impune folosirea catalizatorilor hidrofobi pentru cresterea eficientei economice.

Catalizatori ca platina sau paladiu pe suport de carbune, silicagel sau alumina pot fi “hidrofobizati” printr-un proces special, de acoperire cu teflon sau silicon, a suprafetei acestora. Acest strat permite retinerea unei anvelope de gaz inconjuratoare pe suprafata catalizatorului, in timp ce respinge apa. Reactantii gazosi si produsii lor rezultati difuzeaza usor prin acest strat de gaz, spre si dinspre zonele active ale catalizatorului.

Deci, catalizatorii hidrofobi permit realizarea unei viteze de reactie comparabile cu cele obtinute cu catalizatori conventionali ce opereaza in mediu uscat. Au fost testati pana la temperatura de 2500C demonstrand o durata de viata de peste 3 ani si putand fi usor regenerati prin incalzire in aer la temperatura de 1500C, timp de cateva ore.

Studiile au aratat ca prin adaugare in coloane a unor umpluturi hidrofile (ceramice, metalice, fibre plastice) procesul de schimb in contracurent dintre amestecul gazos si apa lichida este mult imbunatatit, realizarea sectiunii condensare – evaporare mult mai eficienta.

In ceea ce priveste structura spatiului de schimb din coloanele de reactie, s-a urmarit sa se obtina rezultatele cele mai bune fie din punct de vedere al eficientei de schimb, fie al realizarii constructive, fie a pretului.

Butler si altii au evaluat performantele unei coloane operate la temperaturi scazute, iar mai tarziu Morishita, Isommura, Izowa si Nakome au studiat schimbul izotopic dintre hidrogen gazos si apa lichida la temperatura mai mare de 400C, utilizand catalizatori hidrofobi de platina, acestia fiind cei mai indicati pentru recuperarea tritiului.

Reactia de schimb izotopic are loc cu viteza mica, impunandu-se prin urmare activarea ei cu un catalizator. Umplutura catalitica care se utilizeaza in coloana este formata din 72% catalizator Pt/C/PTFE si 28% umplututa B7( bronz fosforos).

Hidrogenul se satureaza cu vapori de apa in partea inferioara a coloanei numita saturator si care este echipata cu umplutura B7. Caldura necesare saturarii hidrogenului uscat introdus pe la baza saturatorului este furnizata de un incalzitor unde apa recirculata se incalzeste.

Hidrogenul care paraseste coloana de schimb izotopic este saturat cu vapori de apa. Pentru recuperarea apei hidrogenul umed este trecut printr-un schimbator de caldura unde este racit la temperatura de 250C.

La iesirea din instalatia de schimb izotopic catalizat, hidrogenul contine pe langa vaporii de apa si urme de oxigen si azot proveniti din aerul dizolvat in apa de proces, urmand a fi indepartati prin purificare.

Deuteriul gaz, extras de la varful coloanei de distilare criogenica ( din butelia aflata in depozitul de fluide tehnologice ), este incarcat in vasul tampon V107 la presiunea de 1,5 bar . Presiunea este redusa cu ajutorul reductorului de presiunea si este indicata in tabloul de comanda de PRAH-102 ( valoarea de regim P=1,5 bar).Sistemul are si alarma de presiune maxima ( Pmax = 2 bar ).Vasul este prevazut cu supapa de siguranta cu presiunea de deschidere Pd=7 bar. Tot in vasul V107 intra si deuteriu gaz pentru incarcarea initiala a instalatiei, provenit de la depozitul de deuteriu.

Din V107, deuteriu gaz, este incalzit, in incalzitorul electric, H102, pana la temperatura t=200C, necesara procesului de schimb izotopic, ce are loc in coloana C 101. Temperatura este controlata cu ajutorul buclei de reglare TRCAH-103,care mentine temperatura in domeniul t=180200C actionand rezistenta electrica a incalzitorului.

Schimbul izotopic prin care tritiul continut in apa grea tritiata trece in faza gazoasa ( in deuteriu gaz ), are loc in coloana de schimb izotopic C101, prevazut cu straturi alternative de umplutura B7 din bronz fosforos si catalizator hidrofob Pt/C/PTFE, prin care circula in contracurent apa grea tritiata si deuteriul gaz.Temperatura de regim din coloana (t=6095C) este indicata, la tabloul central de PR-104 ( P=1,5 bar).Deuteriul, imbogatit in tritiu extras din apa grea tritiata,iese pe la partea superioara a coloanei C101 si intra in condensatorul H103, unde este racit de la 90C la temperatura de 78C (TJR-101), agentul de racire fiind apa subracita. Din H103, hidrogenul este trimis la instalatia 200, pentru uscarea avansata.

Apa grea tritiata este adusa in butelii D2O de aproximativ 200 l si este transvazata in vasul V101 cu ajutorul unui dispozitiv de umplere-golire similar cu cel folosit la Cernavoda. Pentru transvazarea lichidului se foloseste deuteriu gaz din refularea compresorului K201. Vasul V101 este prevazut cu indicator de nivel LI-101, cu indicare si la tabloul central.

Din V101 apa grea tritiata este preluata de pompele dozatoare , cu membrana, P101A,101R si dupa ce este incalzita in incalzitorul electric H101, este introdusa in coloana C101, pe la partea superioara.

Presiunea de refulare a pompelor P101A,P101R este indicata de manometrul local PI-107. Debitul apei de proces ce alimenteaza coloana este indicat la tabloul central de FR-103, iar temperatura la iesirea din incalzitorul H101 (6090C) este controlata cu ajutorul buclei de reglare TRCAH-108 (60C) care actioneaza rezistenta electrica a incalzitorului H101.

Din blazul coloanei C101 apa se colecteaza in vasul V102 care este prevazut cu indicare de nivel la tabloul central.

Aerisirea vasului V102 este legata cu aerisirile coloanei C101, a vasului V101 si a vasului V107 si merg la sistemul central de colectare a vaporilor.

Principala problema a realizarii automatizarii On-Line o reprezinta reglarea automata cu ajutorul calculatorului PC pozitionat in camera de comanda.

Pe langa monitoarele de afisare a schemelor sinoptice din modulul 100 apare un monitor de protectie pe ecranul caruia sunt afisate pricipalele puncte de reper din instalatie unde depasirea parametrilor trebuie urmarita foarte atent si riguros.

Performanta sistemului este determinata de punerea in evidenta a parametrilor importanti (temperaturi, presiuni, debite si nivele) pentru exploatarea sigura a instalatiei.In raport cu marjele de securitate si reglaj se definesc regimurile de exploatare a instalatiei:

-regimuri normale, parametrii sunt in domeniul de lucru;

-regimuri anormale, parametrii sunt in afara domeniului de lucru.

Aceste stari sunt puse in evidenta prin:

-alarmare optica prin aparitia pe ecranul calculatorului a unor mesaje luminoase pe care operatorul sa le poata citi din camera de comanda;

-alarmare sonora;

-declansarea sistemului de interblocare.

Se defineste marja de securitate intervalul dintre valoarea de alarmare, la depasirea valorilor prescrise ( de functionare normala ) si valoarea de declansare a unor sisteme de oprire/golire a instalatiei.

Principalele evenimente de declansare a opririi si golirii instalatiei 100 sunt specificate mai jos.

2.2 Descrierea instalatiei 200-de purificare prin ardere catalitica

Tehnologia elaborata prevede separarea hidrogenului, deuteriului si tritiului prin distilare criogenica, fapt ce impune conditii de puritate foarte severe gazului de lucru pentru modul de distilare criogenica. Este necesara eliminarea tuturor impuritatilor sub forma gazoasa continute in gazul de alimentare, deoarece prin racire inaintata impuritatile prezente se solidifica si deregleaza functionarea normala a aparatelor de schimb termic si apoi a coloanelor de distilare.

Impuritatile ce apar frecvent in hidrogenul tehnic sunt: apa, oxigen si azotul, toate avand temperatura de solidificare superioara temperaturii de distilare a hidrogenului (20K). In plus oxigenul solid in hidrogenul lichid prezinta pericol de explozie, favorizand in acelasi timp conversia orto-para hidrogen ce are loc cu degajare de caldura.

Ca metoda de purificare a hidrogenului a fost omologata la scara de laborator o tehnologie ce are la baza indepartarea oxigenului prin hidrogenare catalitica si retinerea apei prin condensare si adsorbtie pe sita moleculara, iar a azotului prin adsorbtie pe carbune activ la 77 K si 40 K.

In modul 200 ( Figura 3 ) are loc purificarea amestecului de hidrogen-deuteriu-tritiu ( H-D-T ) prin indepartarea oxigenului, prin ardere catalitica la 120 oC in reactorul catalitic si indepartarea apei prin condensare si uscare avansata pe site moleculare.

a) Circuitul de deuteriu gaz

Deuteriul gaz de la instalatia 100, (H103), intra in vasul V201. Acest vas are rolul de stocare si de amortizor de pulsatii pentru compresorul K201. Presiunea din vas este P=2,5 bara, indicata de manometrul PI-101. Compresorul cu membrana K201 comprima deuteriul la presiunea de regim P=4,5 bara si refuleaza in vasul amortizor de pulsatii V202. Presiunea din V202 este mentinuta constanta cu ajutorul buclei de reglare PRC-202, ce actioneaza ventilul de reglare PV-202. Vasul V202 este prevazut cu supapa de siguranta RV-202, cu presiunea de deschidere 7 bara.

Oxigenul continut ca impuritate in deuteriu este indepartat prin ardere catalitica pe catalizator DEOXO, in reactorul catalitic RC201, prevazut cu bucla de reglare a temperaturii TRC-202 (t=1200C), cu semnalizare de temperatura maxima la t = 1500C.

Deuteriul este incalzit, pana la temperatura de reactie, in incalzitorul electric H201, actionat de TRC-202, pentru mentinerea constanta a acesteia.

Deuteriul umed, rezultat, este racit in condensatorul H202, cu apa de 100C, racita cu ajutorul unui agregat frigorific, dupa care este introdus in bateria de uscare cu site moleculare, formata din doua adsorbere de uscare C201 A,B, in care are loc indepartarea completa a apei continuta in deuteriu, la temperatura ambianta.

Bateria de uscare avansata este formata din doua adsorbere cu site moleculare 13X, C201 A,B, care lucreaza astfel: un adsorber in faza "uscare" si celalalt in "regenerare". Adsorberele de uscare sunt prevazute cu indicatoare de temperatura pe intrarea si iesirea gazului, TJR-203 A,B; TJR-204 A,B.

Deuteriul pentru regenerare este deuteriul epuizat de tritiu ce se returneaza de la instalatia de separare criogenica – 300 la instalatia 200. Debitul este masurat de FRAH-302 (debit = 2…14Nm3/h), sistemul fiind prevazut cu alarma de maxim (debit = 16Nm3/h). Adsorberele cu site moleculare sunt prevazute cu incalzitoare electrice, ce incalzesc deuteriul de regenerare la temperatura t = 2000C. Incalzitorul electric de la adsorberul aflat in regenerare este activat de sesizorul de curgere FSL-202, iar temperatura de intrare este indicata de TRAH-205. Indicatorul de temperatura TJR-203 A,B, decupleaza prin intermediut TRIP 4a si b, incalzirea electrica in momentul terminarii regenerarii si asigura comutarea regimului de functionare a adsorberelor.

Deuteriul uscat este trimis la instalatia 300 – Separare criogenica. Puritatea deuteriului, la iesirea din instalatia 200, este controlata de analizoarele ARA-201 (Continut H2O, punct de roua=-700C) si ARASH -202, (Continut O2 =0…12 ppm), cu alarma de continut maxim fa continut de O2=14ppm. TRIP 2 (cu valoarea de blocare de 16ppm O2) pentru protectia instalatiei criogenice, inchide ventilele de reglare FV-301, pe intrarea deuteriului in cold box si LV-302 pe iesirea deuteriului epuizat de tritiu din coloana de distilare criogenica [9].

Regenerarea sitei moleculare se face cu deuteriu epuizat de tritiu din coloana de distilare criogenica C301 de la instalatia 300. La intrarea in adsorberul de uscare a deuteriuiui de regenerare este prevazut un sesizor de curgere, FSL-202, care prin TRIPUL 3, la lipsa fluidului decupleaza rezistenta electrica a adsorberelor. De asemenea, este prevazut un indicator de debit, FRAH-205, (debit = 4…14Nm3/h), prevazut cu alarma de maxim (debit max. = 17Nm3/h).

b) Circuitul de apa grea

Apa grea care se acumuleaza in timp in vasele V201 si V202, precum si cea rezultata prin condensare in H202 si H204 se colecteaza intr-o butelie D2O-200 pentru drenaje. Tot in aceasta butelie de apa grea se colecteaza drenajele de la vasele V107, V102, V101 si pompele P101 A,R.

Figura 3-Instalatia 200- de purificare prin ardere catalitica

Presiunea de regim este 4 ata. Procesul de purificare cuprinde mai multe faze:

-comprimarea hidrogenului;

-arderea catalitica a oxigenului, urmata de condensarea apei si racirea -avansata pentru separarea apei rezulatate;

-arderea avansata a hidrogenului, in absorbere cu site moleculare. Apa de proces este colectata in vasul V- 101.

Circuitele de utilitati sunt apa recirculata si azot pentru incalzirea hidrogenului.

Deasemenea sistemul de interblocaje asigura reglarea si controlul instalatiei pentru functionarea in conditii de scurgeri minime de radioactivitate. Utilizarile si scurgerile din instalatia 200 sunt:

pentru modulul 200

2.3 Descrierea instalatiei 300 – de distilare criogenica

Instalatia de distilare criogenica ( 300 )-(Figura 4) este dotata cu un numar minim de aparate pentru masurarea debitelor de gaz de intrare si de iesire, masurarea presiunilor absolute, relative sau diferentiale, masurarea temperaturilor si elemente de executie.

In aceasta instalatie are loc separarea izotopilor D si T din hidrogen, prin distilare criogenica, la temperaturi pana la 23K ( -2500C).

Descrierea procesului de separare criogenica cuprinde trei circuite criogenice:

circuitul primar de deuteriu (hidrogen), (P= 4 bara);

circuitul secundar de hidrogen, (P= 81 bara);

circuitul auxiliar de azot

a) Circuitul primar de deuteriu (hidrogen), (P = 4 bara)

Circuitul primar este format de deuteriul (hidrogenul) de proces, supus operatiunii de separare criogenica a izotopilor (D, T).

Separarea izotopilor grei (D, T) de hidrogen, prin distilarea criogenica a hidrogenului lichid, se realizeaza intr-o coloana de distilare criogenica, C303, prevazuta cu condensator, in varf si fierbator in blaz, situata in cold boxul CB301 impreuna cu schimbatoarele de caldura aferente, SR301, SR303, SA301, SA303.

Deuteriul (hidrogenul) primar purificat in instalatia 200, ce contine izotopii grei D, T, este alimentat in vasul V301. Presiunea de regim a acestui circuit, P= 4bara, este realizata de compresorul K201, de la instalatia de purificare si indicata, la vasul V301 de manometrul local PI-301. Pe conducta de alimentare a cold boxului CB301 este prevazuta bucla de reglare a debitului de hidrogen, FRC-301, care actioneaza ventilul de reglare FV-301, ce mentine constant debitul de alimentare (12,23 Nm3 /h).

In interiorul cold boxului, circuitul primar al hidrogenului continua pe urmatorul traseu: schimbatorul de caldura SA301, unde este racit pana la 128,4K (punct de masura temperatura TI-302) de catre hidrogenul epuizat, de la coloana C303, apoi trece in shimbatorul SA302 din baia de azot lichid BN301, unde se raceste cu azot lichid pana la cca. 70K (TI-308). In continuare, este racit in schimbatorul de caldura SA303, apoi sufera o detenta in ventilul de laminare RL-301, atingandu-se temperatura de 25K (TI-307), fiind astfel lichefiat, dupa care se alimenteaza coloana de distilare criogenica C303 si fierbatorul din blazul coloanei.

Coloana de distilare criogenica a deuteriului (hidrogenului) este echipata cu umplutura B7 din otel inoxidabil, in care hidrogenul gaz circula in contracurent cu hidrogenul lichid,condensat in condensatorul din varful coloanei, cu ajutorul hidrogenului lichid din circuitul secundar.

Hidrogenul primar gazos, epuizat in izotopi grei D,T, cu temperatura 25K (TI-308) si presiunea 2 bar, este eliminat in partea superioara a coloanei C303, trece prin schimbatoarele criogenice SA303, SA301, unde raceste hidrogenul de alimentare a coloanei si este trimis la vasul V107, reluand ciclul prin comprimare in K201.

Hidrogenul imbogatit in izotopii grei (D, T) este evacuat la partea inferioara a coloanei C303 si trimis la instalatia 700 – Stocare tritiu, debitul de extractie fiind indicat de FR-302.

b) Circuitul secundar de hidrogen, (P = 81 bara)

Hidrogenul secundar, de presiune inalta, asigura atat evaporarea hidrogenului primar lichid din blazul coloanei de distilare C303, cat si condensarea vaporilor de hidrogen primar in varful coloanei, sistemul functionand in circuit inchis [9].

Este incarcat, initial, din butelie, in vasul V304, presiunea din vas flind indicata de manometrul PI-307, (P=4bara). Compresorul de hidrogen, cu piston, de tip CORBLIN, poz. K302, comprima hidrogenul secundar la 81 bara, dupa care, este trimis in schimbatorul de caldura criogenic SR 301, apoi in schimbatorul de caldura criogenic SR302 din baia de azot lichid BN301, unde se raceste pana la cca. 90K (TI-322B).

In continuare, o parte, este racit in schimbatorul de caldura SR303, laminat in ventilul de laminare RL-302, temperatura scazand la cca. 24K (TI-326), obtinandu-se hidrogen lichid ce se acumuleaza in colectorul de hidrogen lichid. Din colector, hidrogenul secundar lichid este introdus in condensatorul coloanei C303, debitul fiind masurat cu un debitmetru.

Temperatura hidrogenului, la intrarea in condensator, atinge valoarea de cca. 24K (TI-322).

Cealalta parte, cu temperatura T=90K, alimenteaza fierbatorul coloanei C303, producand vaporizarea hidrogenului primar lichid din blaz, asigurand debitul de vapori ascendenti, necesari in procesul de separare criogenica a izotopilor de hidrogen.

Temperatura de iesire a hidrogenului din fierbator este de cca. 50K.

Hidrogenul secundat, cu presiunea de 81 bara este laminat in ventilul de laminare RL-302, prin detenta de la presiunea de 81 bara la cca 3 bara, ceea ce produce lichefierea lui completa si introdus in condensatorul coloanei criogenice cu temperatura de cca. 24K. Hidrogenul secundar vaporizat in condensator, cu temperatura de 25,3K (TI-332) intra in schimbatoarele de caldura SR303 si SR301, ajutand la racirea hidrogenului secundar de intrare, apoi merge la aspiratia compresorului K302, incheindu-se ciclul.

c) Circuitul auxiliar de azot

In scopul atingerii temperaturilor ultrajoase necesare lichefierii hidrogenului, este necesar un circuit auxiliar cu azot, capabil sa raceasca hidrogenul din circuitul primar pana la cca. 78K. Azotul este vehiculat in circuit inchis, intr-o instalatie cuplata cu circuitele de hidrogen primar si secundar din cold boxul CB301. Circuitul auxiliar de azot montat in cold boxul CB302 cuprinde schimbatoarele de caldura poz. SN301, SN302, vasul de separare azot poz. VSN301, baia de azot lichid montata in cold boxul CB 301 si turbodetentorul TD301.

Azotul, din butelii, este incarcat initial, in vasul V302, comprimat la presiunea de 11 bara, (PI-317) in compresorul K301, apoi este introdus in schimbatorul de caldura criogenic SN301, unde este racit pana la temperatura de 132,5K.

La iesirea din SN301 circuitul se bifurca, o parte intra la turbodetentorul TD301, de tip LINDE, unde prin destinderea gazului la cca 2,1 bara, se raceste azotul pana la 96K. Acesta trece apoi prin schimbatoarele de caldura criogenice SN302 si SN301, racind cealalta ramura de azot, dupa care intra in aspiratia compresorului, reluand ciclul.

Al doilea traseu de azot intra in schimbatorul de caldura SN302, unde este racit pana la 107K, producandu-se lichefierea azotului, care este colectat in vasul de separare azot VSN302.

Azotul lichid obtinut este laminat in ventilul de laminare RL303, obtinandu-se o scadere de temperatura pana la cca 80K (TI-313). Lichidul intra in baia de azot lichid BN301, in care se realizeaza racirea circuitelor primar si secundar de deuteriu (hidrogen). De aici, azotul gaz rezultat in BN301 trece prin SN302, apoi prin SN301, este aspirat de un booster compresor BK301, se uneste cu azotul de la turbodetentor si intra in aspiratia compresorului K301, reluand ciclul. Debitul de azot de pe ramura ce intra in SN302 este de cca 30 Nm3/h. Debitul de azot de pe ramura ce intra in TD301 este de cca 170 Nm3/h.

Cele doua cold-boxuri sunt vidate in interior la P=10-6 torr, pentru a se crea o izolatie termica cat mai buna, necesara obtinerii temperaturilor ultrajoase. Vidarea se realizeaza cu cate un tandem format dintr-o pompa de vid preliminar si o pompa de difuzie (PVP301; PD301; PV302; PVP302; PD302). Pompele de vid sunt dotate cu "joje" electronice pentru pentru masurarea vidului: PE-318/1,2,3, cu indicatorul din tablou PIASL-318, respectiv PE-319/1,2,3, cu indicatorul din tablou PIASL-319. Pompele de difuzie sunt racite cu apa recirculata.

Deoarece instalatia tehnologica incluzand atat utilajele/citiri trasee se afla in interiorul unui cold-box ce este vidat, marimea vidului ( calitatea lui ) se determina utilizand joje de vid Pirani pentru vidul preliminar si joje de vid Magneton pentru vidul inalt. Cele doua tipuri de joje sunt insotite de aparatura de masura secundare specifice.

Schema de semnalizare si interblocaj are rolul de a nu permite pornirea instalatiei daca anumiti parametrii limita nu au fost atinsi.

Figura 4- Instalatia 300- de distilare criogenica

De exemplu nu pot fi pornite compresoarele daca nu s-a atins un vid satisfacator. De asemenea la pierderea vidului din interiorul cold-box-urilor, compresoarele se opresc iar acest lucru se semnalizeaza optic.

Fiind cea mai sensibila componenta a instalatiei, turbina de azot este supravegheata de o instalatie de automatizare dedicata cat si de sistemul de achizitie de pe calculator cu module Field Point.

Principalii parametrii ai turbinei urmariti sunt:

turatia turbinei;

presiunea gazului la intrarea din turbina;

presiunea gazului la iesirea din turbina;

temperatura gazului la intrarea in turbina cat si la iesire;

temperatura lagarului la compresorul de franare.

debit apa de racire la compresorul de franare;

In Labview pentru realizarea sistemului de achizitie pentru modulul 300 de distilare criogenica, s-au configurat modulele FieldPoint, astfel incat principalii senzori din instalatia de distilare criogenica sa corespunda cerintelor de monitorizare si control.

Astfel se vor folosi submodule de achizitie definite software prin care se scaneaza senzorii montati la modulele FieldPoint si Compact Field Point.

Se vor vizualiza principalele puncte de masura din instalatie unde sunt afisate digital valorile masurate prin LabView, astfel incat operatorul poate controla intregul proces in timp real.

In cazul de fata sunt afisate o mare parte din temperaturi, presiuni cat si nivelul din baia de azot, a ciclului de racire din instalatia de distilare criogenica. Parametrii sunt deasemenea vizualitati grafic, iar in cazul aparitiilor unor depasiri , programul atentioneaza sonor aparitia erorilor , urmand ulterior ca sistemul de protectie si securitate sa intervina in proces.

Sistemul de interblocaje asigura reglarea si controlul instalatiei pentru functionarea in conditii de scurgeri minime de radioactivitate. Inventarul si scurgerile din instalatie pentru modulul de distilare criogenica sunt:

pentru modulul 300

Turatia turbinei este masurata cu un traductor special construit care este amplasat in vecinatatea axului. In axul turbinei este plasat un miez magnetic care trecand prin fata senzorului induce o tensiune dependenta de turatie.

Aceasta tensiune este in continuare prelucrata de aparatul secundar care o afiseaza digital si care este transformata in semnal unificat 4-20 mA.

Schema de automatizare mai cuprinde si un element de semnalizare acustica si optica ce are rolul de a avertiza operatorul uman asupra atingerii parametrilor limita de functionare.

In domeniul temperaturilor joase masurarea temperaturilor implica anumite probleme legate de traductoarele folosite, metodele de masurare si metodele de etalonare a traductoarelor.

In cadrul aparatelor electrice pentru masurarea temperaturii conversia temperatura-marime electrica se realizeaza cu traductoare de temperatura dintre care cele mai folosite pentru masurarea temperaturilor criogenice sunt termorezistentele si termocuplurile.

Caracteristica traductorului Pt 100 R=f(T), desi este usor neliniara pana la temperatura de 31 K, este reproductibila ceea ce permite elaborarea unor metode de calibrare, care in functie de numarul de puncte de calibrare utilizate, pot conduce la obtinerea unor precizii foarte bune. Sub temperatura de 31 K caracteristica lui prezinta o cadere brusca. Pentru masurarea variatiei rezistentei traductorului cu temperatura se folosesc metodele de masurare in doua respectiv in patru puncte. Aceste metode presupun debitarea unui curent constant ( in general 1 mA) pe elementul sensibil cu temperatura de catre o sursa de curent care sa produca o tensiune masurabila pe elementul sensibil.

Sursa principala de erori in aceasta varianta este rezistenta firelor care conecteaza sursa de curent la senzor. Efectul rezistentei firelor devine chiar mai mare la temperaturi criogenice, unde rezistenta senzorului de platina scade foarte mult iar sensibiliatea cu temperatura senzorului descreste odata cu descresterea temperaturii.

Preluarea temperaturii de catre senzor este mult influentata de modul de montare. Montarea senzorului in interiorul traseului in contracurent pare a fi cea mai indicata. Practic, s-au observat abateri de la temperaturile teoretice, acestea putand fi cauzate fie de incalzirea senzorului datorita frecarii, fie datorita curgerii fluidului. Un alt tip de montaj este cel pe elemente de traseu. Avantajul este dat de stabilitatea in timp, senzorul nefiind afectat de curgerea fluidului. Apar insa probleme de contact si conductivitate termica, materialul din care este realizat suportul trebuind sa fie foarte bun conducator termic. Aceleasi probleme apar si la tecile termocuplelor. Experimental s-a observat ca la temperatura azotului lichid, diferenta ce apare intre termocuple, unul montat in teaca de inox, celalalt in teaca de cupru, ajunge pana la 12oC, in cele mai defavorabile situatii.

3. stadiul pe plan international a problemei separarii tritiului.tendinte in separarea tritiului.tehnologie, monitorizare, securitate.

Centrala Nuclearelectrica Cernavoda este cea mai mare sursa de tritiu in functiune din Europa si printre cele mai importante din lume. Din perspectiva dezvoltarii programelor cu colaborare internationala in domeniul fuziunii nucleare, precum si a celor sustinute de Comunitatea Europeana, recuperarea tritiului din moderatorul reactoarelor CANDU in functiune si a celor prevazute a fi puse in functiune, reprezinta o buna oportunitate pentru implicarea Romaniei in acest domeniu de varf.

CANDU este o abreviere a expresiei "CANada Deuterium Uranium", semnificând un reactor nuclear generator de energie electrică realizat în Canada care utilizează apă grea atât ca mediu absorbant, moderator, al neutronilor cât și de răcire al instalației, respectiv uraniu natural (izotopul 235U dintre cei trei izotopi naturali) drept combustibil al reactorului [13].

CANDU este un reactor nuclear de tipul PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor), adică un reactor în care apa grea, aflată sub presiune, îndeplinește dubla funcție de a răci ansamblul de bare care formează combustibilul nuclear, respectiv de a absorbi și frâna surplusul de neutroni rezultați din fisiunea spontană a uraniului ce se folosește drept combustibil în procesul de obținere al energiei electrice.

Pentru a inlatura efectele negative ale prezentei tritiului in apa grea a reactoarelor CANDU este necesar a se realiza instalatii si sisteme de detritiere atat pentru apa grea care constituie moderatorul si agentul de racire cat si apa care rezulta ca deseu(cu continut de deuteriu si tritiu scazut). In acest sens .Valcea a fost realizat un pilot experimental pentru detritierea apei grele, dezvoltat pe tehnologia schimb izotopic catalizat in faza lichida LPCE cuplat cu distilarea criogenica CD. Pentru schimbul izotopic catalizat s-au elaborat, testat si patentat mai multe tipuri de catalizatori hidrofobi .Valcea. Urmare a unei colaborari ulterioare realizate cu FZK Institute de s-au realizat cercetari pentru imbunatatirea performantelor catalizatorului, rezultatele conducand la o umplutura mixta FZK-ICIT(ICSI) cu performante mai ridicate, validata pentru a fi utilizata in sistemul de detritiere de

Prima instalatie de recuperare si concentrare a tritiului din apa grea a unui reactor cu flux inalt de neutroni a fost construita si s-a bazat pe procesul de schimb izotopic deuteriu-vapori de apa, cuplat cu distilarea criogenica VPCE-CD.

Recuperarea tritiului din apa usoara a unor reactori si instalatii nucleare operate de diferiti contractanti ai Departamentului de Energie al Statelor Unite, s-a studiat intr-un program special de cercetare, de catre Rogers, Lamberger, ELLIS si Mills, de la laboratoarele Mound, ale lui Monsanto Research Corporation din Miamisburg Ohio. La inceput cercetarile la scara de laborator s-au concentrat in special pe inlaturarea acestui izotop din efluentii gazosi, elaborandu-se metodologiile care au fost apoi implementate in operatiile de rutina. Ulterior in colaborare cu Chalk River(Canada), au fost incluse in plan si cercetari privind manipularea apei tritiate, adoptandu-se in acest scop procesul CECE (Combined Electrolysis Catalytic Exchange-schimb izotopic catalitic combinat cu electroliza), utilizand catalizatori hidrofobi pusi la punct de Butler. Procesul CECE a fost dezvoltat independent in Belgia; Japonia si Germania cu scopul de a detritia curentii de apa usoara din instalatiile de reprocesare a combustibilului nuclear. In vederea obtinerii unor date fundamentale necesare proiectarii unei instalatii de detritiere a apei,in Japonia, Morishita, Isomura, Izawa si Nakane au studiat schimbul izotopic dintre hidrogenul gazos si apa lichida, utilizand catalizatori hidrofobi de platina, acestia fiind considerati ca cei mai indicati pentru recuperarea tritiului.

Cercetarile intreprinse fur Physikalische Chemie und Elektrochemie der Universitat Karlsruhe de catre Fiek, Romaker si Schindewolf s-au referit la procedeul de schimb izotopic hidrogen-apa utilizand catalizatori hidrofobi, in vederea realizarii unei instalatii de recuperare a tritiului din instalatiile de reprocesare a combustibilului nuclear, bazata pe procesul CECE.

Procesul CECE a fost abordat cu ani in urma si in Rusia, de fizica de existand o instalatie la nivel de laborator pentru cercetare.

Din punct de vedere tehnic si al eficientei economice, instalatiile de prelucrare a apei tritiate au fost dezvoltate pentru procesarea unei ape tritiate cu continut semnificativ de tritiu si avind drept scop recuperarea tritiului. Gradul de noutate al sistemului de concentrare este ca ofera posibilitatea procesarii preliminare a apei cu continut scazut de tritiu si avand ca produs o apa tritiata cu continut ridicat de tritiu, ce poate fi prelucrata ulterior in instalatiile de recuperare tritiu, asigurand totodata si reducerea stocurilor existente de deseuri.Solutiile propuse au un grad ridicat de complexitate implicand o abordare interdisciplinara (fizica nucleara aplicata, radiochimie-fotochimie, chimie macromoleculara, chimie analitica, inginerie nucleara, metrologia radionuclizilor, IT, etc).In ceea ce priveste configuratia procesului trebuie mentionat ca are in componenta un electrolizor ce utilizeaza membrana polimerica SPM si ca acest tip de electrolizor nu a fost calificat pina in prezent pentru utilizare in mediul de apa tritiata. Pentru testarea materialelor polimerice in prezenta apei tritiate de mare activitate se vor elabora studii preliminare -simularea proceselor radiolitice prin metode de mecanica cuantica. Vor fi identificate procesele radiochimice fundamentale dominante (ruperi ale lanturilor polimerice si a ramurilor persulfonice, induceri de nesaturari, grupari chimice hidrofile, etc). Rezultatele obtinute vor fi folosite pentru orientarea si interpretarea rezultatelor experimentale (Spectroscopie FT IR si RES, GC MS). Este posibil ca rezultatele experimentale preliminare sa conduca la rezultate care sa impuna dezvoltarea unor directii de studiu. Acelasi tip de electrolizor se are in vedere si pentru instalatia de detritiere apa de si calificarea electrolizoarelor utilizand SPM reprezinta o prioritate a activitatii de proiectare pentru ITER.

Instalatia Pilot Experimental pentru Separarea Tritiului si Deuteriului este singura din Europa la scara de pilot semi-industrial si printre putinele instalatii de acest tip din lume, fiind deschisa catre comunitatea stiintifica nationala si internationala in domeniul izotopilor hidrogenului, cu aplicatie catre separarea deuteriului si tritiului.

Se poate spune ca instalatia pilot ICSI Rm. Valcea s-a constituit practic intr-o instalatie europeana, cu aplicare in programele EUROATOM/JET ale Comunitatii Europene, prin oferta larga de participare pe problematici din domeniul fuziunii nucleare pentru specialistii institutului si participarea cu materiale specifice aferente domeniului de fuziune (catalizatori, umplutura, criogenie, purificari, deuterim gaz, productie tritiu). Instalatia pilot este deschisa cercetarii europene prin realizarea de experimentari pentru programul de fuziune (ITER) si constituie baza deschiderii colaborarii cu institute de cercetare in domeniul fuziunii nucleare cum ar fi Centrul de Cercetari Nucleare din MOL, Belgia, Forschungs Zeutrum – Laboratorul de Tritiu din Karslsruhe, Germania, Institutul de Fizica Atomica din St. Petersburg, Rusia precum si cu AECL Canada. De asemenea, in cadrul programului ITER de fuziune, instalatia Pilot realizeaza lucrari de asistenta tehnica pentru proiectarea unui sistem de detritiere a apei grele prin utilizarea softului CATIA versiunea 5. Instalatia pilot pentru separarea deuteriul si tritiului este inclusa in lista instalatiilor nucleare supravegheate de catre Agentia pentru Energia Atomica de la Viena, fiind parte la sistemele de raportare si control al garantiilor nucleare. Instalatia pilot participa la programele de lucru si proiectele de asistenta tehnica organizate de AIEA Viena in domeniul de activitate al instalatiei.

Instalatia pilot experimental pentru separarea deuteriului si tritiului a obtinut in decembrie 2004 autorizatia de punere in functiune din partea Consiliului National de Control a Activitatilor Nucleare (CNCAN). Incepand cu anul 2005 va intra in testele de punere in functiune in conformitate cu programele acceptate de catre acest for. Primul beneficiar al acestei tehnologii este SC NUCLEAR ELECTRICA SA Bucuresti, CNE CERNAVODA Unitatea 1, problematica transferului tehnologic catre reactorul 1 de la Cernavoda fiind de mare interes pentru specialistii din cadrul acesteia. Ca urmare, s-a elaborat un program de lucru pana in 2011 pentru realizarea unitatii de detritiere de la CNE PROD Cernavoda, Unitatea 1, cu toate etapele de realizare a instalatiei.

4. contributii pe planul informatizarii.UTILIZARE INSTRUMENTATIE VIRTUALA-LABVIEW.

Originalitatea tezei de doctorat consta in utilizarea programului LabView ( specializat pentru automatizari industriale), atat la monitorizarea instalatiei de separare a tritiului din apa grea tritiata cat si la analiza procesului, prin modelare matematica si simularea proceselor din principalele module din instalatie si anume: instalatia 100-de schimb izotopic, 200-de purificare prin ardere catalitica si 300-de distilare criogenica.

Principalele contributii personale pe planul informatizarii ce vizeaza realizarea sistemului de monitorizare sunt urmatoarele:

configurarea si realizarea modulelor software ale sistemului de achizitie de date in LabView pentru principalele module din instalatia de separare tritiu

modernizarea sistemului de monitorizare parametrii prin perfectionarea sistemului hardware cat si software prin introducerea de noi echipamente mult mai performante

realizarea schemelor sinoptice ale instalatiei de separare tritiu pe calculatorul din camera de comanda, ce ajuta ca operatorii instalatiei sa vizualizeze parametrii importanti din modulele 100,200 si 300 in timpul functionarii.

4.1 Descrierea softului LabView cu modulele si submodulele importante programarii

LabView este un limbaj grafic de programare care permite dezvoltarea de aplicatii utilizand pictograme [17].Spre deosebire de limbajele de programare textuale, in cadrul carora instructiunile sunt cele care determina executia programului, LabView-ul foloseste, in locul acestora, fluxul de date evidentiat printr-o prezentare grafica adecvata.Pe de alta parte, in mod asemanator cu celelalte limbaje de programare, LabView contine biblioteci extinse de functii si subrutine care pot fi utilizate in numeroase aplicatii, precum achizitia,prelucrarea, analiza, prezentarea si stocarea datelor.Cu ajutorul unor echipamente de achizitie de semnale de la diverse tipuri de traductoare, LabView-ul permite utilizarea performanta a calculatorului pentru masurarea diverselor marimi fizice, precum si controlul anumitor procese ( in cazul tezei, LabView este utilizat la monitorizarea procesului de separare a tritiului din apa grea tritiata).

Numele utilitarului provine din faptul ca National Instruments, corporatia care a introdus programele LabView, a denumit generic aplicatiile Instrumente Virtuale, prescurtat VI ( din limba engleza Virtual Instruments ).

In LabView un VI este constituit cu ajutorul urmatoarelor trei componente:

-Panoul frontal, care serveste ca interfata cu utilizatorul;

-Diagrama bloc, care contine sub forma grafica codurile sursa care realizeaza functionarea VI-ului;

-Pictograma (icon) si panoul conector, prin intermediul carora este identificat VI-ul si se asigura posibilitatea ierarhizarii, adica a interconectarii in cadrul altui VI, constituind un subVI ( asemanator cu o subrutina)[17].

Panoul frontal

In figura 6 se poate vedea ca exemplu, fereastra care afiseaza Panoul frontal al unui VI, ce reprezinta sistemul de achizitie date pentru instalatia 300 de distilare criogenica din pilotul experimental de separare a tritului din apa grea tritiata, realizat de autor initial , cu ajutorul interfetei specializate AT-MIO-16-XE-10 cu 32 de intrari analogice si multiplexorul de date SCXI.

Figura 5

Dupa cum se poate observa din figura 5, structura ferestrei panoului frontal cuprinde urmatoarele componente:

-Bara de nume, aflata la partea superioara, este destinata sa afiseze numele atribuit VI-ului, de obicei la salvarea acestuia. Initial programul stabileste denumirea Untitled 1;

-Bara cu meniurile principale, situata sub bara de nume, contine meniurile principale ale panoului frontal, cu denumiri in mare parte similare ca si la alte medii de programare;

-Bara de comenzi contine butoanele de comanda a executiei programului VI-ului si de aranjare a obiectelor din panoul frontal;

-Spatiul de lucru, situat sub bara de comenzi, ocupa cea mai mare parte a panoului frontal intrucat in acest cadru vor fi plasate obiectele de lucru ale VI-ului;

-Barele ce au cursoare dispuse in partea dreapta a spatiului de lucru, servesc pentru navigarea in acest spatiu.

Pe spatiul de lucru al panoului frontal se pot dispune dispozitive de control (controale) – de exemplu butoane, taste, cursoare, etc. – si dispozitive de afisare ( indicatoare ) de diverse tipuri- LED-uri, scale de instrumente de masurat, display-uri grafice. Prin intermediul acestora se asigura interfata interactiva cu utilizatorul, controalele simuleaza iesirile aplicate VI-ului si introduc date in diagrama bloc rezultate din executia programului aferent.

Atat controalele cat si indicatoarele imita, de regula,forma si modul de actionare corespunzatoare unor instrumente reale, diferenta constand in aceea ca ele sunt manipulate cu ajutorul mouse-ului sau a tastaturii.

Diagrama bloc

Fereastra care afiseaza ca exemplu diagrama bloc, corespunzatoare VI-ului de liniarizare si salvare a temperaturii realizat de autor, din instalatia de distilare criogenica a pilotului experimental de separare a tritiului este reprezentata in figura 6.

Figura 6

Diagrama bloc cuprinde, in spatiul de lucru, reprezentarea grafica a functiilor corespunzatoare obiectelor de pe panoul frontal si ilustreaza modul in care circula fluxul de date si operatiile de prelucrare ale acestora. Astfel, diagrama bloc contine codurile sursa ale programului VI-ului. In cadrul diagramei bloc obiectele de pe panoul frontal apar sub forma de terminale, care constituie porturi de intrare si de iesire prin care se efectueaza schimburile de informatii cu panoul frontal. Obiectele din diagrama bloc, care evidentiaza operatiile efectuate de catre programul VI-ului, se numesc noduri ( sunt asemanatoare cu operatii/subrutinele din programele textuale). Transferul datelor intre obiectele din diagrama bloc este asigurat prin legaturi de conexiune intre acestea (wires) avand culori, stiluri si grosimi diferite, in functie de tipurile de date pe care le vehiculeaza. Orice legatura porneste de la o singura sursa de date, dar poate fi conectata la unul sau mai multi receptori. In diagrama bloc se mai intalnesc si asa-numitele structuri (structures), care sunt reprezentari grafice ale buclelor si interactiunilor de control de la limbajele de programe textuale.

Pictograma (icon-ul) este o reprezentare grafica semnificativa a VI-ului, constand din imagini sau text, ori combinatii ale ambelor. Fiecare VI se identifica astfel printr-o asemenea pictograma de mici dimensiuni, care este afisata intr-o caseta dispusa in coltul din dreapta sus in ferestrele panoului frontal si al diagramei bloc.Aceasta pictograma serveste si pentru reprezentarea sintetica ca subVI in diagrama bloc a altui VI. In acelasi scop, al utilizarii ca subVI, serveste si panoul conector, care contine un set de terminale prin care se definesc intrarile si iesirile care se interconecteaza, de regula cate un terminal pentru fiecare control si indicator aflat pe panoul frontal [17].

Principalele functii, butoane si controale din LabView folosite in realizarea aplicatiilor software din teza, pentru instalatia pilot experimentala de separare a tritiului,sunt descrise mai jos:

Paleta de controale a softului LabView

Este o fereastra ce poate apare doar atunci cand se lucreaza in cadrul panoului si contine sub-palete cu elemente de control si indicatoare de diverse tipuri.Afisarea paletei de controale se poate efectua in doua moduri:

– apasand butonul din dreapta al mouse-ului atunci cand cursorul acestuia este intr-o zona libera a panoului;
– selectand, din meniul Windows, comanda Show Controls Palette.

Elemente de control si indicatoare pentru valori scalare

Principalele trei tipuri de elemente de control si indicatoare pentru valori scalare sunt:

– numerice

-booleene(logice)
– alfanumerice(texte,string,siruridecaractere).

Pentru fiecare din cele trei tipuri principale, paleta de controale contine cate o subpaleta specifica, cu diverse forme de elemente.

Atunci cand un element de control sau indicator este dispus in panou, in diagrama este inserat automat un simbol, numit terminal, ce va reprezenta elementul respectiv in cadrul fluxului de date.

Terminalele elementelor se diferentiaza prin culoare, in functie de tipul marimii scalare:

>>>portocaliu pentru valori numerice reale

>>>verde pentru valori booleene

>>> roz pentru valori alfanumerice (string)

De remarcat faptul ca:

>>> terminalele elementelor de control au contur gros si o sageata neagra mica in partea dreapta

>>> terminalele elementelor indicatoare au contur subtire si o sageata neagra mica in partea stanga.

Paleta de functii este o fereastra ce poate apare doar atunci cand se lucreaza in cadrul diagramei si contine sub-palete cu diverse categorii de functii, proceduri sau structuri specifice de programare..
Afisarea paletei de functii se poate efectua in doua moduri:
– apasand butonul din dreapta al mouse-ului atunci cand cursorul acestuia este intr-o zona libera a diagramei;
– selectand, din meniul Windows, comanda Show Functions Palette.

In primul caz, sub-paletele se deschid automat atunci cand cursorul mouse-ului trece pe deasupra lor iar paleta ramane vizibila doar pana la selectarea unei functii

In al doilea caz, o sub-paleta se deschide (inlocuind paleta de functii) doar cand se face un click pe simbolul sau. Paleta ramane vizibila si dupa selectarea unei functii.

Selectarea, in panou sau in diagrama, din meniul Help, a comenzii Show Context Help, conduce la deschiderea unei ferestre in care sunt afisate automat informatii ajutatoare.Deschiderea sau inchiderea ferestrei Help pot fi comandate si prin apasarea combinatiei de taste Ctrl + H

Functii pentru valori numerice

Functiile pentru valori numerice sunt grupate in subpaleta Numeric a paletei de functii.Se remarca o prima categorie, dedicata functiilor aritmetice simple: adunare (Add), scadere (Subtract), inmultire (Multiply), impartire (Divide), incrementare (Increment), decrementare (Decrement), valoare absoluta (Absolute Value), rotunjire la cel mai apropiat intreg (Round To Nearest), rotunjire la intregul inferior (Round To -Infinity), rotunjire la intregul superior (Round To +Infinity), radacina patrata (Square Root), schimbare de semn (Negate), produsul dintre o valoare x si o putere a lui 2 (Scale By Power Of 2), inversare (Reciprocal).

In subpaleta Numeric se gaseste de asemenea elementul Numeric Constant (constanta numerica). Atunci cand un astfel de element este dispus in diagrama, el capata automat valoarea 0 si intra in modul de editare, asteptand ca utilizatorul sa introduca valoarea numerica dorita.
Daca, imediat dupa dispunerea in diagrama, in loc de a introduce o valoare in element, utilizatorul efectueaza alta operatie, o alta valoare constanta poate fi specificata utilizand unealta de operare sau pe cea de editare a textelor.

Functii pentru valori booleene

Functiile pentru valori booleene sunt grupate in subpaleta Boolean a paletei de functii.

Se remarca functiile logice simple SI (And), SAU (Or), SAU EXCLUSIV (Exclusive Or), NEGARE (Not), SI NEGAT (Not And), SAU NEGAT (Not Or), SAU NEGAT EXCLUSIV (Not Exclusive Or) si IMPLICA (Implies).

Subpaleta contine de asemenea, in partea inferioara, cele doua constante logice: ADEVARAT (True) si FALS (False).

Functii pentru valori alfanumerice (string)

Functiile pentru valori alfanumerice sunt grupate in subpaleta String a paletei de functii.

Printre cele mai simple se numara cele pentru transformarea caracterelor in majuscule (To Upper Case) si pentru transformarea caracterelor in minuscule (To Lower Case).

In partea sa inferioara, subpaleta contine un element String Constant pentru introducerea in diagrama de valori alfanumerice constante.

Inserarea simbolurilor de functii in diagrama

1. Dispunerea unei functii in diagrama incepe cu selectarea simbolului corespunzator din paleta de functii.

2. Dupa selectarea simbolului functiei, se deplaseaza cursorul mouse-ului pana in pozitia din diagrama in care se doreste dispunerea.

Atat timp cat cursorul mouse-ului este deplasat, simbolul functiei va fi reprezentat impreuna cu terminalele corespunzatoare datelor proprii de intrare si de iesire.

3. Daca, in timpul deplasarii, simbolul functiei este trecut suficient de aproape de un terminal sau de o zona a fluxului de date la care se poate efectua o legatura, acea legatura este stabilita automat.
Daca simbolul functiei este indepartat, in cursul deplasarii, de zona sau terminalul respectiv, legatura stabilita automat dispare.
Daca nu se doreste efectuarea automata a unei legaturi, se apasa tasta Space in timp ce butonul mouse-ului este apasat.
4. Cand simbolul functiei ajunge in pozitia dorita, se face click cu unul intre butoanele mouse-ului.Daca in acel moment exista o legatura stabilita automat, legatura respectiva se pastreaza.

Realizarea legaturilor in diagrama

Realizarea unei legaturi intre doua componente ale diagramei se efectueaza cu ajutorul uneltei de conectare.
Ordinea in care se selecteaza cele doua componente (sursa si destinatia) nu este importanta. Legatura poate fi realizata in orice sens, deoarece mediul de programare va identifica automat sursa si destinatia pentru a stabili sensul de circulatie al datelor.

1. Se deplaseaza cursorul mouse-ului (unealta de conectare) deasupra primei componente (aceasta va incepe sa clipeasca) si se face click. Actiunea este echivalenta cu prinderea unui capat al firului de componenta respectiva.Din acest moment, daca mouse-ul este deplasat, pe ecran va apare imaginea unui fir cu un capat fixat de prima componenta si cu un capat legat de cursorul mouse-ului.

2. Se deplaseaza cursorul mouse-ului deasupra celei de-a doua componente (si aceasta va incepe sa clipeasca) si se face click, fixand astfel al doilea capat al firului de aceasta componenta.
Obs. 1: Daca, la un moment dat, firul care urmeaza mouse-ul are un sens (orar sau trigonometric) neconvenabil, sensul poate fi schimbat prin apasarea tastei blanc (spatiu).
Obs. 2: Daca se doreste ca traseul unei legaturi sa fie format din mai multe portiuni in unghi drept, un click intr-un punct din diagrama va fi echivalent cu fixarea firului in acel punct.
Obs. 3: Daca o componenta a diagramei are rol de sursa pentru un traseu ramificat, se pot efectua legaturi care sa aiba drept punct de pornire un segment al fluxului de date.
Obs. 4: Daca o legatura a fost efectuata corect, ea va fi afisata in culoarea corespunzatoare tipului de date ce vor circula prin zona respectiva a fluxului de date.
Daca legatura este incorecta (conecteaza doua componente de tipuri diferite), aceasta va fi afisata cu culoarea neagra si intrerupta.

Fluxul de date

Fluxul de date este format din totalitatea legaturilor ce conecteaza diversele terminale de elemente, simboluri de functii sau proceduri si structuri de programare din cadrul diagramei.Rolul fluxului de date este acela de reprezentare grafica a algoritmului dupa care aplicatia va prelucra datele de intrare pentru a calcula valorile de iesire.Traseele ce formeaza fluxul de date pot fi simple, cu o sursa si o destinatie, sau ramificate, cu o sursa si mai multe destinatii.

Indiferent de modul sau sensul in care traseele sunt dispuse pe diagrama, "circulatia" datelor in cadrul fluxului se efectueaza doar de la surse catre destinatii.Prin sursa se intelege, de exemplu, terminalul unui element de control, simbolul unei constante sau zona de iesire a unei functii sau proceduri.Prin destinatie se intelege, de exemplu, terminalul unui element indicator sau zona de intrare a unei functii sau proceduri.

4.2Realizarea sistemului de achizitie date si analiza proces cu module si submodule din LabView.Exemple

Pentru realizarea sistemului de achizitie de date cu module FieldPoint s-au folosit submodulele din LabView care configureaza fiecare modul FP si anume FP110 de tensiune, FP 111 de curent si FP-TC120 pentru termocuplu,asa cum este prezentat in figura de mai jos.

În situatiile în care o aplicatie de monitorizare, control si stocare de date ( ca in cazul monitorizarii instalatiei pilot de separare tritiu) implica prezenta senzorilor si actuatorilor pe o suprafata relativ extinsa, sistemele distribuite FieldPoint ofera o solutie integrata , modulara si economica pentru uz industrial.

Facile în configurare si utilizare, robuste si fiabile, modulele FieldPoint permit pozitionarea în apropierea procesului a componentelor de conditionare si conversie A/D si D/A, oferind în acelasi timp solutii flexibile de comunicatie seriala , Ethernet, wireless sau Foundation Fieldbus. Utilizarea modulelor FieldPoint pentru comunicatii Ethernet permite în plus transpunerea pe acestea a aplicatiilor LabVIEW Real-Time, sistemul având astfel capacitatea de a lucra în mod independent, fara conexiune la un computer.

O retea FieldPoint ( cum este montata in camera de achizitii date a pilotului criogenic) poate fi utilizata pentru aplicatii de masura sau automatizare ce necesita conectarea unui numar mare de senzori si elemente de actionare diferite, amplasate grupat sau la distante mari unele de altele. Sistemul FieldPoint este usor de utilizat, extensibil si se compune din module I/O si de comunicatie in constructie industriala ( prezentare in figura demai jos).

Pentru masurarea temperaturilor cu interfata AT-MIO-16XE-10 si multiplexorul SCXI s-au folosit submodule din LabView si anume: AI Config, AI Read si submodule de liniarizare a senzorilor, de exemplu in prezentarea de mai jos pentru senzorul de tip platina Pt709 , avand punctul de masura T303 din instalatia de distilare criogenica.

Placa de achizitie de tip AT-MIO-16-XE-10 folosita initial de autor la sistemul de monitorizare a instalatiei pilot experimental de separare a tritiului, are 8 canale analogice de intrare diferentiale, cu rata de scanare de 5000 citiri/secunda folosite pentru achizitia datelor, 8 canale digitale de iesire, folosite pentru comanda si 2 canale analogice de iesire.

In figura 7 se prezinta codul sursa in LabView pentru comanda digitala cu interfata AT-MIO-16XE-10.

Figura 7

Pentru realizarea unei interfete calculator-operator, programul are facilitati de vizualizare a datelor atat grafic cat si numeric cu posibilitati de urmarire a mai multor puncte de lucru simultan sau iterativ.

In figura 8 se reprezinta configurarea placii de achizitie pentru fiecare canal analog de intrare, in LabVIEW.

Figura 8. Configurarea soft a tensiunilor pentru fiecare canal al interfetei AT-AT-MIO-16XE-10 in LabView

Achizitia de date ( tensiune ) este realizata in felul urmator:

se configureaza placa de achizitie in functie de numarul intrarilor, numarul iesirilor, perioada de scanare si marimea bufferului ( in cazul aparitiei unei erori de configurare, in subprogramele de achizitie apar mesajele de eroare care sunt afisate pe ecranul calculatorului)

se da start de achizitie cu submodulul AI START

se realizeaza legaturile intre AI START si AI READ ( subprogram de citire tensiune )

se realizeaza modulele de afisare grafica si modulele de afisare numerica

pentru o mai buna urmarire a procesului se realizeaza afisarea datei pe ecranul calculatorului cat si timpul

in cazul aparitiei unor efecte nedorite in timpul achizitiei se realizeaza module de afisare si atentionare sonora a erorilor.

Datele citite pot fi convertite in siruri si stocate in fisiere tabelate cu inscrierea orei respectiv a datei de achizitie.Se pot realiza restrictii de timp intre citiri (setarea timpului intre doua citiri).

In figura 9 se prezinta codul sursa in LabView pentru stocarea datelor in fisiere.

Figura 9

4.3 Descrierea sistemului de monitorizare , realizat de autor cu interfata AT-MIO-16 XE-10 si multiplexorul SCXI 1200.

Modelul initial realizat de autorul tezei, ce reprezinta o parte din contributia personala la realizarea sistemului de achizitie de date pentru instalatia 300, de distilare criogenica, din Pilotul experimental de separare a tritiului, cuprindea urmatoarele elemente importante:

calculator personal;

interfata de achizitie a datelor AT-MIO –16-XE-10, incorporata in calculator;

carcasa SCXI 1000;

multiplexorul SCXI 1100 cu 32 de canale de intrare;

pachetul de programe LabView;

In urma analizelor cu tehnologii instalatiei de separare tritiu s-a constatat ca instalatia de distilare criogenica este dotata cu un numar minim de aparate pentru masurarea debitelor de gaz de intrare si de iesire, masurarea presiunilor absolute, relative sau diferentiale, masurarea temperaturilor si elemente de executie.

Instalatia initial fiind proiectata ca fiind o instalatie chimica, actionata de operatori s-a impus automatizarea acesteia, datorita faptului ca urma sa fie o instalatie nucleara in care operatorul uman intervine mai putin sau deloc.

Un sistem de achizitie de date este o interfata intre sistemul analogic, reprezentata de senzori si blocurile de interconditionare de semnal, si sistemul digital, reprezentata de convertoarele analog digitale si blocurile de prelucrare.

Aceste sisteme de achizitii de date sunt circuite complexe, cu rolul de a realiza conversia analog- digitala a uneia sau mai multor marimi analogice, in scopul memorarii temporare a transmiterii, prelucrarii si vizualizarii informatiei achizitionate.

In figura 10 se prezinta schematic un calculator de proces, avand conectat la un proces industrial ( in cazul de fata instalatia de separare a tritiului din apa grea tritiata ), module FieldPoint de achizitie ( sistem de interfata condus cu calculatorul ), la portul serial RS485.

Folosind sistemul de achizitie compus din calculator, interfata AT-MIO-16XE-10, multiplexor SCXI 1100 cu 32 de canale s-au imbunatatit masurarile de presiune , temperatura , nivel si debit.

Se pot vizualiza atat grafic cat si numeric pe schema realizata pe ecranul calculatorului cu ajutorul limbajului de programare LabView principalii parametrii din procesul de distilare criogenica.

Figura 10.

Modulul SCXI 1100 este un modul multiplexor cu 32 de intrari analogice diferentiale ( tensiune ) ce are in componenta un amplificator de instrumentatie programabil PGIA. Domeniul de intrare al tensiunilor este de 10V, frecventa de filtrare este selectabila intre 4 Hz si 10 kHz iar domeniile de amplificare sunt 1,2,5,10,20,50,100,200,500.

Modulul SCXI 1100 lucreaza numai in mod multiplexat si comunica pe canalele 0 si 1 ale placii de achizitie AT-MIO-16XE-10, iar acesta este configurat la fel ca si placa de achizitie adica in mod diferential [7].

In functie de semnalele de intrare ( fata de masa sau flotante ), multiplexorul se configureaza prin “ jumperul” W1 in pozitiile 1-2 sau 2-3.

Pozitia W1 1-2 corespunde semnalelor achizitionate fata de masa iar pozitia “jumperului” W1 2-3 corespunde semnalelor flotante achizitionate din instalatie.

SCXI 1100 contine 7 jumpere programabile pentru configurarea intrarilor, referinta semnalelor, filtrare si iesirea amplificatoarelor PGIA. In cazul achizitiei pentru instalatia 300 s-a folosit jumperul W1 in pozitia 1-2 (sursa fata de masa ) si s-a ales jumperul W2 ( fara filtrarea semnalelor ).

Deoarece instalatia tehnologica incluzand atat utilajele/citiri trasee se afla in interiorul unui cold-box ce este vidat, marimea vidului ( calitatea lui ) se determina utilizand joje de vid Pirani pentru vidul preliminar si joje de vid Magneton pentru vidul inalt. Cele doua tipuri de joje sunt insotite de aparatura de masura secundare specifice.

Schema de semnalizare si interblocaj are rolul de a nu permite pornirea instalatiei daca anumiti parametrii limita nu au fost atinsi. De exemplu nu pot fi pornite compresoarele daca nu s-a atins un vid satisfacator. De asemenea la pierderea vidului din interiorul cold-box-urilor, compresoarele se opresc iar acest lucru se semnalizeaza optic.

Fiind cea mai sensibila componenta a instalatiei, turbina de azot este supravegheata de o instalatie de automatizare dedicata cat si de sistemul de achizitie de pe calculator.

Principalii parametrii ai turbinei urmariti sunt:

turatia turbinei;

presiunea gazului la intrarea din turbina;

presiunea gazului la iesirea din turbina;

temperatura gazului la intrarea in turbina cat si la iesire;

temperatura lagarului la compresorul de franare.

debit apa de racire la compresorul de franare;

Turatia turbinei este masurata cu un traductor special construit care este amplasat in vecinatatea axului. In axul turbinei este plasat un miez magnetic care trecand prin fata senzorului induce o tensiune dependenta de turatie.

Aceasta tensiune este in continuare prelucrata de aparatul secundar care o afiseaza digital si care este transformata in semnal unificat 4-20 mA.

Schema de automatizare mai cuprinde si un element de semnalizare acustica si optica ce are rolul de a avertiza operatorul uman asupra atingerii parametrilor limita de functionare.

In domeniul temperaturilor joase masurarea temperaturilor implica anumite probleme legate de traductoarele folosite, metodele de masurare si metodele de etalonare a traductoarelor.

In cadrul aparatelor electrice pentru masurarea temperaturii conversia temperatura-marime electrica se realizeaza cu traductoare de temperatura dintre care cele mai folosite pentru masurarea temperaturilor criogenice sunt termorezistentele si termocuplurile.

Caracteristica traductorului Pt 100 R=f(T), desi este usor neliniara pana la temperatura de 31 K, este reproductibila ceea ce permite elaborarea unor metode de calibrare, care in functie de numarul de puncte de calibrare utilizate, pot conduce la obtinerea unor precizii foarte bune. Sub temperatura de 31 K caracteristica lui prezinta o cadere brusca. Pentru masurarea variatiei rezistentei traductorului cu temperatura se folosesc metodele de masurare in doua respectiv in patru puncte. Aceste metode presupun debitarea unui curent constant ( in general 1 mA) pe elementul sensibil cu temperatura de catre o sursa de curent care sa produca o tensiune masurabila pe elementul sensibil.

Sursa principala de erori in aceasta varianta este rezistenta firelor care conecteaza sursa de curent la senzor. Efectul rezistentei firelor devine chiar mai mare la temperaturi criogenice, unde rezistenta senzorului de platina scade foarte mult iar sensibiliatea cu temperatura senzorului descreste odata cu descresterea temperaturii.

Preluarea temperaturii de catre senzor este mult influentata de modul de montare. Montarea senzorului in interiorul traseului in contracurent pare a fi cea mai indicata. Practic, s-au observat abateri de la temperaturile teoretice, acestea putand fi cauzate fie de incalzirea senzorului datorita frecarii, fie datorita curgerii fluidului. Un alt tip de montaj este cel pe elemente de traseu (Figura 11 ). Avantajul este dat de stabilitatea in timp, senzorul nefiind afectat de curgerea fluidului. Apar insa probleme de contact si conctivitate termica, materialul din care este realizat suportul trebuind sa fie foarte bun conducator termic. Aceleasi probleme apar si la tecile termocuplelor. Experimental s-a observat ca la temperatura azotului lichid, diferenta ce apare intre termocuple, unul montat in teaca de inox, celalalt in teaca de cupru, ajunge pana la 12oC, in cele mai defavorabile situatii.

b)

d)

Figura 11

Figura 12

In figura 12 sunt prezentate datele experimentale obtinute pentru un senzor de tipul Pt100, in variantele de montaj b,c,d din figura 11 (M2b, M2c, M2d) si o termorezistenta de carbon montata in varianta 1a (TRC), precum si curba teoretica de temperatura (T). Din grafic se observa ca cele mai performante tipuri de montaj sunt 5a si 5b.

De asemenea, pentru temperaturi criogenice este de preferat sa se utilizeze senzori de tripul Pt100 sau termorezistente de carbon. Astfel pentru termorezistentele de carbon, care au dimensiuni de gabarit mici (10x2x1.5 mm), s-a optat pentru varianta a) din figura 11. Senzorul de carbon, acoperit cu un strat subtire de metal bun conducator termic (indiu) este introdus intr-o nisa de cupru care se aplica direct pe elementele de traseu, contactul mecanic realizandu-se prin matisare cu sarma de cupru. Acest tip de montaj asigura un transfer termic foarte bun catre senzor si asigura protectia senzorului.

Pentru senzorii Pt100 s-a optat pentru varianta b) din figura 11. Pentru un contact termic cat mai bun intre senzor si teaca, se utilizeaza vaseline sau rasini epoxidice in functie de tipul de montaj (permanent sau provizoriu).

Transferul de caldura din exterior spre senzor prin intermediul fiselor de legatura isi poate pune amprenta asupra masuratorilor, din acest motiv este necesara o ancorare a acestora pe diferite elemente de traseu. Ancorarea se realizeaza cu lacuri sau rasini epoxidice. De asemenea, pentru scaderea influentei tensiunilor parazite care pot aparea in fire, acestea trebuie sa fie torsadate sau ecranate. Izolatia trebuie sa aiba o comportare corespunzatoare la temperaturi joase, materialele capabile sa raspunda acestei cerinte fiind teflonul, poliamidele sau polivinilul. Acestea, pe langa rezistenta la temperaturi joase au si o buna rezistenta la solicitari mecanice (frictiune, tractiune).

Liniarizarea caracteristicii platinilor este realizata prin soft, comparand valorile coeficientilor ecuatiilor dreptelor de liniarizare cu valoarea citita ( rezistenta ) de subprogramul de achizitie iar pe ecranul calculatorului se afiseaza temperatura in grade Kelvin ( ca rezultat final al rezolvarii ecuatiilor dreptelor de liniarizare ).Scanarea punctelor de masura de pe instalatia 300 s-a realizat initial cu ajutorul multiplexorului pe 32 de canale SCXI 1100, iar rata de scanare s-a configurat prin program ( 1000 citiri/secunda ). Dupa realizarea scanarii canalelor s-a calculat media tuturor citirilor pentru a avea masurarea cat mai precisa [2].

4.4 Descrierea sistemului de achizitie date si automatizare pentru instalatia 300 de distilare criogenica din instalatia pilot de separare a tritiului si deuteriului.

In aceasta instalatie are loc separarea izotopilor D si T din hidrogen, prin distilare criogenica, la temperaturi pana la 23K ( -2500C).

Descrierea procesului de separare criogenica cuprinde trei circuite criogenice:

circuitul primar de deuteriu (hidrogen), (P= 4 bara);

circuitul secundar de hidrogen, (P= 81 bara);

circuitul auxiliar de azot

Principalii parametrii din modulul 300 de distilare criogenica urmariti sunt:

turatia turbinei;

presiunea gazului la intrarea din turbina;

presiunea gazului la iesirea din turbina;

temperatura gazului la intrarea in turbina cat si la iesire;

temperatura lagarului la compresorul de franare.

debit apa de racire la compresorul de franare;

Circuitele de automatizare ( Figura 13) , aferente Instalatiei 300 Distilare criogenica, care sunt monitorizate de pe ecranul monitorului dedicat acestei instalatii, sunt:

1. FI301

Masura debit D2 intrare CB301, cu indicare.

2. PI327

Masura presiune iesire CB301, cu indicare.

3. FICASL302

Masura debit D2 iesire CB301, cu indicare, reglare si alarma.

4. PAS320-1,2,3

Masura presiune CB301, cu alarma.

5. PAS321-1,2,3

Masura presiune CB302, cu alarma.

6. PIAH318,319

Masura presiune PVP301,302, cu indicare si alarma.

7. FI304,305

Masura debit D2 iesire CB302, cu indicare.

8. PAH110,PASH111

Masura presiune refulare K303, cu alarma.

Figura 13-Schema bloc tehnologica cu automatizarea instalatiei

de separare criogenica – 300

Folosind schema bloc din figura 13 s-a realizat de catre autoare interfata in LabView pentru monitorizarea instalatiei 300, ce se afiseaza pe un singur monitor din camera de comanda, ca in figura urmatoare prezentata si in capitolul 2 al tezei:

In instalatia de separare criogenica, in punctele unde s-a optat pentru masurarea temperaturii cu termocupluri Fier-Constantan semnalul de masura prelevat de pe termocupluri se preia prin intermediul cablurilor de prelungire din fier, respectiv constantan, se multiplexeaza in multiplexorul specializat, dupa care se face compensarea jonctiunii de referinta.

De asemenea, pentru masurarea temperaturilor joase ( in jurul temperaturii de lichefiere a hidrogenului – 24 K) s-a optat pentru utilizarea termorezistentelor de carbon, care au un coeficient negativ de temperatura si o rezistenta la temperatura ambianta de aproximativ 980 . Sistemul de masura este cel clasic-in conexiune cu 4 fire, 2 de curent si 2 de tensiune. Excitarea acestor termorezistente de carbon se face cu un curent de 100A prin intermediul unor surse digitale programabile care realizeaza si citirea tensiunii. Valoarea masurata este convertita analog/digital si este transmisa via comunicatie RS 485 si convertor RS 485/232 la unul din porturile seriale ale calculatorului. Transmisia datelor in mod serial prin protocolul de comunicatie RS 485 permite interconectarea unui numar suficient de mare de astfel de module ( in jur de 20 ) si de asemenea permite transmiterea datelor la distanta (pana la 1200 m).

Temperaturile joase care se ating in instalatiile criogenice, ridica probleme in ceea ce priveste materialele utilizate pentru fabricarea senzorilor, cit si a montarii acestora in lanturile de masura. O alta problema este cea legata de sensibilitatea traductoarelor.

Astfel, materialele utilizate pentru realizarea termorezistentelor trebuie sa aiba un timp termic de raspuns mic, putere disipata mica, o buna repetabilitate. Pt 100 respecta aceste corelatii, cu observatia ca sub 30K, este influentata de campurile magnetice.

Transferul de caldura din exterior spre senzor prin intermediul firelor de legatura isi poate pune amprenta asupra masuratorilor, din acest motiv, este necesara o ancorare a acestora pe diferite elemente din traseu. Ancorarea se realizeaza cu lacuri sau rasini epoxidice. De asemenea, pentru scaderea influentelor tensiunilor parazite care pot apare in fire, acestea trebuie sa fie torsadate sau ecranate. Izolatia trebuie sa aiba o comportare corespunzatoare la temperaturi joase, materialele capabile sa raspunda acestei cerinte fiind teflonul, poliamidele sau polivinilul. Acestea pe langa rezistenta la temperaturi joase au si o buna rezistenta la solicitari mecanice (frictiune, tractiune). Unitatea centrala comunica date sau primeste comenzi de la calculatorul de proces prin intermediul unei magistrale si conduce permanent regulatoarele.Regulatoarele numerice monocanal sunt conectate la intrare direct cu transmiterele de camp si asigura reglarea automata neintrerupta a diferitilor parametrii de proces ( temperaturi, presiuni, debite), conform unui algoritm dat.

Circulatia de informatii intre calculator si diferitele echipamente ale sistemului de control reglaj se face pe magistrale de date tip serial.

Temperaturile masurate in Instalatia Pilot de Separare a Tritiului si Deuteriului au un domeniu larg de variatie: de la 20K- temperatura de lichefiere a hidrogenului pina la 4000C- temperatura de ardere catalitica a deuteriului. In domeniul temperaturilor criogenice masurarea temperaturii implica anumite probleme legate de tipuri de senzori utilizati cat si de metoda de masurare folosita.

Senzorii uzuali folositi care au o precizie ridicata de masurare a temperaturilor sunt: senzori de tip platina Pt100, termorezistente de carbon cu coeficient de temperatura negativ foarte important pentru masurarea temperaturilor criogenice si senzori de tip termocuplu. Acesti senzori au si avantajul pretului de cost care nu este foarte mare, avand in vedere ca in Instalatia Pilot de Separare a Tritiului si Deuteriului exista numeroase puncte de masurare a temperaturilor.

Sistemul de securitate si protectie al instalatiei asigura functionarea in conditii de securitate a instalatiei, si pune in evidenta prin alarmari optice si acustice starile anormale de functionare a instalatiei, ce declanseaza sistemele de interblocare si opreste procesul tehnologic pe module.

Pentru conectarea surselor de semnal la inregistrator trebuie avute in vedere urmatoarele aspecte:

– pentru masurarea temperaturilor mai mari de 77 K, termocuplele si termorezistentele tip Pt100, se pot conecta direct la bornele specializate. Se utilizeaza conexiunea in trei puncte pentru senzorii Pt100. La temperaturi mai mici de 77 K, in cazul senzorilor Pt100, temperatura nu mai poate fi masurata direct. Este necesara o sursa exterioara de curent si se va masura doar tensiunea de la bornele termorezistentei, urmand ca prin modulul matematic sa se realizeze conversia in temperatura.

4.5 Descrierea sistemului de achizitie date si automatizare pentru instalatia 100 de schimb izotopic din instalatia pilot de separare a tritiului si deuteriului.

In modulul 100 de schimb izotopic se realizeaza transferul deuteriului si tritiului din faza lichida in faza gazoasa (hidrogen), intr-o coloana de schimb izotopic catalizat.Pentru aceasta instalatie principalii parametrii ce trebuie monitorizati permanent in timpul functionarii instalatiei sunt:

-temperaturile de pe coloana de schimb izotopic , atat la baza cat si in varful coloanei;

-presiunea in coloana

Circuitele de automatizare (Figura 14) , aferente Instalatiei 100 Schimb Izotopic, care sunt monitorizate de pe ecranul monitorului dedicate acestei instalatii, sunt:

1. WIASH101

Masura greutate Butelie D2O-200, cu indicare si alarma cu interblocare la valoare maxima.

2. LI101

Masura nivel V101, cu indicare.

3. LIASH102

Masura nivel V101, cu indicare si alarma cu interblocare la valoare maxima.

4. FI103

Masura debit apa proces intrare H101, cu indicare.

5.PIAH102

Masura presiune V107, cu indicare si alarma.

6. PI104

Masura presiune C101, cu indicare.

7. TICAH108

Masura temperatura iesire H101, cu indicare, reglare si alarma.

8. FI104

Masura debit deuteriu intrare V201, cu indicare.

9. TICASHH103

Masura temperatura iesire H102, cu indicare, reglare si alarma.

10. TASH110

Masura temperatura H101, cu alarma.

11. PASL124

Masura presiune H101, cu alarma.

12. TASH111

Masura temperatura H102, cu alarma.

13. PASL125

Masura presiune H102, cu alarma.

14. TICASHH128

Masura temperatura iesire H104, cu indicare, reglare si alarma.

15. TASH129

Masura temperatura H104, cu alarma.

16. PASL130

Masura presiune H104, cu alarma.

17. TI101

Masura temperatura deuteriu la V201, cu indicare si

18. TI104A/B/C

Masura temperatura coloana C101, cu indicare

Figura 14-Schema bloc tehnologica cu automatizarea instalatiei

de schimb izotopic – 100

Tinand cont de schema bloc din figura 14, in LabView configurarea grafica ,cat si pozitionarea parametrilor importanti este realizata ca in figura urmatoare:

Reactia de schimb izotopic poate avea loc in faza omogena sau in faza eterogena. S-au studiat ambele tipuri de reactii la nivel de instalatii experimentale de laborator, alimentare cu apa deuterata si tritiata de diferite concentratii si cu hidrogen de electroliza, utilizand diferite tipuri de catalizatori pentru care s-a determinat randamentul reactiilor functie de tipul catalizatorului si conditiile de operare.

Institutul a elaborat si testat doua tipuri de catalizatori hidrofobi, ambii obtinuti prin depunerea platinei (ca element activ) pe un suport hidrofob: Pt/SDB (platina pe stirendivinilbenzen) si Pt/C/PTFE (platina pe carbune activ si politetrafluoretilena). Avantajul acestor tipuri de catalizatori consta intr-o eficienta superioara a catalizatorilor hidrofobi, cat si prin faptul ca permit schimbul izotopic cu apa in faza lichida.

In aceasta instalatie se realizeaza transferul celor doi izotopi (deuteriu si tritiu) din faza lichida (apa grea tritiata) in faza gazoasa (hidrogen), intr-o coloana de schimb izotopic catalizat (C101). Coloana de schimb izotopic, utilajul principal al acestei instalatii, este format din doua tronsoane:

cel inferior-umidificatorul in care se realizeaza umidificarea gazului prin introducerea hidrogenului in partea inferioara a coloanei si mentinerea unui nivel constant de lichid de aproximativ 500 mm;

cel superior, cu catalizator hidrofob PT/C/PTFE combinat cu umpluturi tip B7 din bronz fosforos, realizat in constructie sudata, fara elemente de imbinare. Inaltimea acestui tronson este de 6 m. Pentru distribuirea uniforma a lichidului pe suprafata elementelor de umplutura in vederea realizarii unui schimb izotopic cat mai bun, s-a amplasat un sistem de dirijare uniforma a lichidului la mijlocul tronsonului.

Pentru o mai buna urmarire a procesului din instalatie s-a realizat un sistem de achizitie cu ajutorul calculatorului personal pe portul serial RS 232 si pachetul de programe LabView specializat pentru automatizari industriale.

Senzorii folositi pentru masurare ( termorezistente,termocuple ) sunt montati in punctele principale din instalatie ( vezi figura 15). Semnalele electrice de la iesirile “traductoarelor” sunt supuse unor prelucrari initiale si transformate in tensiuni electrice. Tensiunile achizitionate initial prin multiplexorul SCXI 1100 de la senzori au fost transformate prin soft cu “ formula node “ in temperaturi ( K).

Softul folosit ofera posibilitatea prelucrarii datelor citite, stocarea lor in fisiere si vizualizarea pe ecranul calculatorului atat grafic cat si numeric.

Figura 15. Monitorizarea instalatiei de schimb izotopic din pilotul criogenic cu ajutorul pachetului de programe LabView si Interfata de achizitie date

AT-MIO-16XE-10

Modulul SCXI 1200 digitizeaza semnalele conditionate de la alte module SCXI folosite in chassis-ul SCXI 1000 DC. Modulul SCXI 1200 are 8 canale de intrare, care pot fi configurate ca fiind 4 canale diferentiale si are in componenta un convertor ADC pe 12 biti, doua convertoare DAC pe 12 biti cu iesiri de tensiune , 24 de linii digitale ( TTL compatibile ) si un numarator pe 16 biti [2].

Modulul SCXI 1200 se poate folosi in doua tipuri de configuratie:

-conectarea directa la portul paralel al calculatorului

-conectarea la portul paralel al modulelor SCXI 2000 sau SCXI 2400 pentru cuplarea la porturile seriale RS 232 sau RS 485 ale PC-ului.

Pentru programarea modulului SCXI 1200 la portul paralel al calculatorului din instalatie s-au folosit intreruperile 7 si 5 foarte comune portului LPT1, deoarece modulul se poate configura si calibra software. SCXI 1200 are trei tipuri diferite de intrare: RSE, NRSE si DIFF.

Modul RSE este cel mai utilizat pentru masurarea tensiunilor flotante. Cu aceasta configuratie de intrare SCXI 1200 poate monitoriza 8 canale diferentiale de intrare. Modul NRSE de configurare este folosit pentru masurarea semnalelor cu referinta fata de masa. In modul DIFF se pot monitoriza 4 canale diferentiale de intrare [3].

Modulul multifunctional SCXI 1200 utilizat se configureaza si se programeaza in LabView pe portul paralel al calculatorului, iar cuplat cu modulul SCXI 2400 se poate cupla la portul serial RS 232 al calculatorului.

In figura 16 se reprezinta configurarea senzorilor pentru fiecare canal al multiplexorului SCXI 1200 in LabVIEW.

Figura 16. Configurarea soft a senzorilor din instalatie cuplati la interfata seriala RS 232 si multiplexorul SCXI 1200

Deoarece rata de scanare a multiplexorului SCXI 1200 folosit este de 1000 de citiri/secunda si facandu-se medierea si filtrarea semnalelor achizitionate, parametrii masurati cu ajutorul calculatorului sunt precisi si stabili, iar pentru valori foarte mici ale tensiunilor citite se pot amplifica prin softul LabView, facandu-se astfel posibila efectuarea liniarizarii senzorilor folositi in instalatie.

In fisierele de date pentru fiecare punct de masura este inscrisa valoarea temperaturii , data si timpul in care se face achizitia .

Rezultatele obtinute pana acum in domeniul achizitiei de date de pe instalatia 300 de distilare criogenica din pilotul experimental de separare a tritiului si deuteriului au demonstrat utilitatea acestui sistem si performantele obtinute in urma folosirii lui.

4.6 Descrierea sistemului de achizitie date si automatizare pentru instalatia 200 de purificare din instalatia pilot de separare a tritiului si deuteriului.

In modul 200 are loc purificarea amestecului de hidrogen-deuteriu-tritiu ( H-D-T ) prin indepartarea oxigenului, prin ardere catalitica la 120 oC in reactorul catalitic si indepartarea apei prin condensare si uscare avansata pe site moleculare(Figura 17).

Circuitele de automatizare (Figura 18), aferente Instalatiei 200 Purificare, care sunt monitorizate de pe ecranul monitorului dedicate acestei instalatii, sunt:

1. TI207

Masura temperatura iesire H204, cu indicare.

2. TICAH202

Masura temperatura RC201, cu indicare, reglare si alarma.

3. TI201

Masura temperatura iesire RC201, cu indicare.

4. TI204A,B

Masura temperatura C201A, C201B, cu indicare.

5. TIASHL203A,B

Masura temperatura iesire C201A, C201B, cu indicare.

6. AIA201, AIASH202

Analiza D2 iesire C201A, C201B, cu indicare, alarma.

7. PICASH202

Masura presiune V202, cu indicare, reglare si alarma.

Presiunea de regim este 4 ata. Procesul de purificare cuprinde mai multe faze:

comprimarea hidrogenului;

arderea catalitica a oxigenului, urmata de condensarea apei si racirea avansata pentru separarea apei rezulatate;

arderea avansata a hidrogenului, in absorbere cu site moleculare. Apa de proces este colectata in vasul V- 101.

Circuitele de utilitati sunt apa recirculata si azot pentru incalzirea hidrogenului.

Figura 17. Panou frontal in LabView cu monitorizarea instalatiei 200 de purificare din pilotul criogenic tinand cont de schema bloc din figura 18

Figura 18-Schema bloc tehnologica cu automatizarea instalatiei de purificare-200

Pentru urmarirea procesului modulul este echipat cu indicatoare de presiuni, indicatoare de temperatura, indicatoare de nivel si indicatoare de debit. Sistemul de achizitie realizat pe portul serial si cu multiplexorul SCXI 1100 cu 32 de canale , programabil in LabView are rolul de a facilita monitorizarea principalilor parametrii din proces atat grafic si numeric. Utilizatorul practic urmareste pe ecranul calculatorului intregul proces, iar in cazul aparitiei unor erori acesta este semnalizat sonor ca variabila de proces a depasit valoarea de referinta .

4.7 Descrierea sistemului de monitorizare realizat cu module Field Point si LabView DSC (Datalogging and Supervisory Control Module) .

O aplicatie cu LabView “Datalogging and Supervisory Control Module” contine trei parti care sunt conectate in modulul de achizitie date realizat in LabView:

HMI – interfata grafica

Tag Engine – prelucrarea datelor in timp real

Device Server – Servere ( OPC, FieldPoint)

Pentru optimizarea cu module DSC a sistemului de monitorizare trebuie urmariti urmatorii pasi importanti:

1.Configurarea canalelor hardware, securitate si performanta

2.Stabilirea legaturii catre hardware, configurare si test cu Tag Monitor pentru verificarea starilor , valorilor si etichetelor ( datelor achizitionate)

3.Instalarea si configurarea serverelor pentru a fi conectate la mediul industrial ( puncte intrare/iesire ) , realizarea comunicatiei cu server-ul.

4.Inainte de accesarea server-ului in LabView trebuie testat conform instructiunilor , pentru reducerea erorilor.

5.Folosim editorul “Tag Configuration Wizard” pentru a adauga puncte de intrare iesire aditionale si pentru configurarea conectarii si a setarilor de alarmare.

6.Se realizeaza interfata grafica in Labview ( Figura 19)

7.Se foloseste Tag Monitor pentru a vedea valorile achizitionate, timpul de achizitie si setarile de alarma din timpul functionarii.

Figura 19.Panou frontal.Monitorizare si control cu module DSC in LabView

Utilizarea instrumentatiei virtuale (LabView DSC) asigura urmatoarele posibilitati sau avantaje:

*Prezentarea schemei sinoptice a instalatiilor 100,200 si 300 din pilotul experimental pentru separarea tritiului, cu afisarea principalelor echipamente tehnologice, conexiunile dintre acestea, punctelor de masura pentru monitorizare si elementelor de control sau comanda;

**Obtinerea informatiilor despre parametrii importanti ai procesului de separare a tritiului si crearea facilitatii afisarii si memorarii valorilor in fisiere de date, asigurand pentru operatori oportunitatea supravegherii si evolutiei procesului;

***In functie de analiza procesului, la cerere, se pot afisa si crea grafice de evolutie in timp (istoric) al diversilor parametrii, din care rezulta posibilitatea interventiilor oportune si conducerii eficiente a procesului;

Configuratia sistemului de achizitie, proiectata in momentul de fata ,pentru instalatia de detritiere a apei grele contine in componenta modulul FP 1001 cuplat direct la placa multiport instalata in PC ( RS 485).La modulul de retea FP 1001 se cupleaza senzorii din instalatie in vederea obtinerii semnalului masurat in final cu PC-ul.La modulul de retea FieldPoint se pot conecta un total de 225 de alte module fieldpoint.

Modulele de retea FP – 1000 si FP 1001, controleaza comunicatia intre PC-ul gazda si modulele de intrare/iesire (I/O) a magistralei locale , formate din terminale de baza FieldPoint. Modulul FP-1000 include si un convertor serial de la RS-232 la RS 485.

Sistemul de control are in componenta sistemul automat de reglare a robinetilor de laminare si are incluse o unitate centrala si cate un regulator pentru fiecare robinet de laminare echipat cu motor pas cu pas.

Sistemul de masura parametrii (temperaturi, presiuni, debite si nivele ) este compus din urmatoarele module Field Point :

-FieldPoint FP-AI-111 cu 16 canale de intrare avind semnal curent/tensiune

-FieldPoint FP-1001 cuplat la placa multiport seriala (RS 485) si care face conectarea intre calculator si modulul FP-AI-111.

-Bloc terminal FP-TB1 realizeaza conectica intre senzorii din instalatie si modulul FP-AI-111.

Pentru masurarea temperaturilor , pentru instalatia de schimb izotopic , s-a ales metoda de masura a temperaturilor avand in componenta urmatoarele module:

-Senzori tip termocuplu

-FieldPoint FP-TC-120 , specializat sa primeasca semnal de la senzorii de tip termocuplu.

-Bloc terminal FP-TB3 , modul ce conecteaza senzorii de tip termocuplu la modulul FP-TC-120.

-Sursa de alimentare modul FP, PS/240V

Modulele noi folosite fata de sistemul initial , pentru sistemul de achizitie date si monitorizare sunt de tip Compact Field-Point.In figura 20 este ilustrat modulul de achizitie CFP-AI-100 pentru tensiune.

Figura 20. Modul CFP-AI-100

4.8 SISTEMUL DE PROTECTIE SI SECURITATE A INSTALATIILOR 100 SI 300.

Echipamentul pentru sistemul de securitate și protecție este compus din:

– sistemul hardware pentru comandă și protecție;

– automat programabil pentru achiziție parametri digitali;

– stație de monitorizare a sistemului de securitate și protecție al instalației.

Stația de monitorizare conectată la automatul programabil (AP) prin pachetul de programe specific afișează scheme sinoptice “on-line” ale instalației tehnologice cu starea intrări / ieșiri, ecrane pentru semnalizări de alarmă, mesaje pentru operator, etc.Achiziție date module intrări digitale (I), sunt reprezentate de:

– limitatori de poziție (închis-deschis) aferenți robineților on-off;

– stare motoare acționare utilaje tehnologice și rezistențe de încălzire;

– limite de interblocare a parametrilor tehnologici;

– butoane comandă pornire / oprire program funcționare automată baterie de uscare;

– contacte relee de la echipamentele de supraveghere a nivelului de radiații și instalația de ventilație [9].

Comenzile generate la modulele de ieșiri digitale (O) sunt:

– acționare robineți intrare – ieșire adsorbere în regimul automat al funcționării bateriei de uscare;

– acționare robineți on-off și motoare utilaje tehnologice în cazul unor evenimente de declanșare a opririi și golirii instalației.

Funcția de oprire este declanșată prin atingerea sau depășirea simultană a două valori de prag ale parametrilor tehnologici sau prin variații rapide în timp (gradient) a parametrilor tehnologici. Prin utilizarea funcției gradient se anticipează evoluția periculoasă a parametrilor tehnologici și se crează posibilitatea opririi instalației fără ca valorile parametrilor să ajungă la limite periculoase pentru funcționarea utilajelor și mediul ambiant.

Pe langa monitoarele de afisare a schemelor sinaptice din modulele 100,200 si 300, apare un monitor de protectie pe ecranul caruia sunt afisate pricipalele puncte de reper din instalatie unde depasirea parametrilor trebuie urmarita foarte atent si riguros.

Performanta sistemului este determinata de punerea in evidenta a parametrilor importanti pentru exploatarea sigura a instalatiei.In raport cu marjele de securitate si reglaj se definesc regimurile de exploatare a instalatiei:

-regimuri normale, parametrii sunt in domeniul de lucru;

-regimuri anormale, parametrii sunt in afara domeniului de lucru.Aceste stari sunt puse in evidenta prin:

alarmare optica prin aparitia pe ecranul calculatorului a unor mesaje luminoase pe care operatorul sa le poata citi din camera de comanda;

alarmare sonora;

declansarea sistemului de interblocare.

Se defineste marja de securitate intervalul dintre valoarea de alarmare, la depasirea valorilor prescrise ( de functionare normala ) si valoarea de declansare a unor sisteme de oprire/golire a instalatiei.

Principalele evenimente de declansare a modulelor 100, 200 si 300 sunt date in tabelul 1.

Tabelul 1

Instalatia fixa de monitorare a tritiului va oferi informatii asupra evacuarilor de tritiu in mediul inconjurator atat in conditii de functionare normala cat si de accident prin detectorul amplasat pe tubulatura de refulare a ventilatiei, asa cum am aratat mai sus. In camera de comanda vor fi disponibile informatii referitoare la rata eliberarilor de tritiu in atmosfera precum si alarme la depasirea unor valori de prag.

Sistemul de blocaje si interconditionari cuprinde urmatoarele parti componente:

instalatia de automatizare care implica:

aparate de masura ( traductoare ): debitmetre, nivelmetre, manometre, termometre, analizoare de oxigen si hidrogen, robinete de reglare;

transmitere si traductoare de presiune diferentiala, electronice si termocuple de Fe-Co;

conectarea la proces a traductoarelor, realizate prin flanse, filete sau fitinguri.

Intreaga aparatura electronica, amplasata in zona cu pericol de explozie este executata cu protectie:

-capsule antideflagrante;

-intrinseca prin bariere de siguranta artificiale;

sistemul de achizitie date si de conducere a procesului printr-un calculator de proces care are in componenta urmatoarele echipamente:

multiplexor pentru semnalele provenite de la senzorii montati in instalatie in vederea achizitionarii datelor pe calculatorul de proces.

inregistrator tip Honeywell pentru monitorarea semnalelor provenite de la senzorii din instalatie

detector portabil de scapari pentru urmarirea dinamica a starii de esanteitate in instalatie;

calculator de comanda a proceselor tehnologice;

software de achizitie si comanda a proceselor tehnologice.

sistemul de oprire in urma declansarii prin depasirea unor parametrii tehnologici.

sistemul de golire a modulului 100

asimilarea coldboxului de hidrogen cu o anvelopa

sistemul de golire/recuperare a deuteriului din instalatie

Pentru achizitionarea parametrilor importanti s-a utilizat si experimentat un nou sistem de monitorizare cu module Compact Field Point si software LabView ( figura 21).

Figura 21. Sistemul de monitorizare si conducere a procesului tehnologic din instalatia de detritiere

Senzorii folositi pentru masurare ( termorezistente,termocuple ) sunt montati in punctele principale din instalatie .Semnalele electrice de la iesirile “traductoarelor” sunt supuse unor prelucrari initiale si transformate in tensiuni electrice. Tensiunile achizitionate prin module FieldPoint de la senzori sunt transformate prin soft cu “ formula node “ in temperaturi ( K).

Softul folosit ofera posibilitatea prelucrarii datelor citite, stocarea lor in fisiere si vizualizarea pe ecranul calculatorului atat grafic cat si numeric.

Sistemul de securitate transmite catre camera de comanda semnale de alarma si rapoarte de la toate componentele sale.

In figura 22 este prezentata schema de interconectare dintre sistemul de securitate conventional si cel virtual.

In prezent, VSS ( Virtual Security System) are operationala partea de monitorizare limite parametri de proces, de stare a echipamentelor, senzori de incendiu si antiefractie, acces controlat, precum si generarea de proceduri specifice pentru fiecare tip de eveniment. VSS preia semnalele de sistemul clasic prin intermediul unei comunicatii seriale.

Pentru asigurarea conditiilor de securitate a instalatiei, de prevenire a scurgerilor de agent radioactiv si de prevenire a unor riscuri de explozie se impun urmatoarele masuri:

aparatura se amplaseaza pe suporti cât mai aproape de prizele de masura cu scopul optimizarii traseelor conductelor de impuls;

schemele de montaj pentru traductoarele de presiune diferentiala prin care circula sau stagneaza apa grea tritiata si deuteriu tritiat se vor modifica prin inlocuirea teurilor de imbinare cu filet cu teuri de imbinare prin sudura;

robineti de izolare aparatura AMC din componenta circuitelor prin care circula sau stagneaza apa grea tritiata si deuteriu tritiat se inlocuiesc cu robineti cu etansare tija ventil prin burduf metalic si cu racord mufa soclu pentru sudura; se vor putea utiliza si racorduri prin compresie tip A-Lok dar se vor evita pe cât posibil;

returul gazului de la analizatoarele de umidiate si oxigen se va racorda la sistemul de ventilatie general;

având in vedere faptul ca motoarele robinetilor de laminare si aparatura montata pe turbodetentor nu au protectie antiexploziva si ca spatiul din jurul coldboxurilor-platforma + 10500 mm este zona nepericulaosa (fara pericol de explozie) se impune reamplasarea traductoarelor electronice, traductoare prin care stagneaza hidrogen sau deuteriu si la care imbinarea conductelor de impuls este demontabila cu fitinguri prin compresie, la o distanta de minim 3000 mm de coldboxuri;

pentru conectarea robinetilor electromagnetici si a limitatorilor de cursa de pe robinetii de sectionare se vor monta cutii de conexiuni;

legaturile in cablu pentru aparatura suplimentara se vor realiza cu cabluri individuale intre aparatele locale si cutiile de conexiuni sau camera de comanda si cu cabluri multifilare cutiile de conexiuni si camera de comanda. Cablurile se vor poza pe traseele existente: suprateran in jgheaburi metalice in interiorul modulelor 100, 200, 300; intre module si camera de comanda cablurile nu mai pot ramâne in canalele de cabluri;

având in vedere imposibilitatea executarii actiunilor de decontaminare: cablurile se vor scoate din canalele de cabluri existente si se vor repoza in jgheaburi montate pe constructie metalica nou construita.

Aplicatiile software asigura conversia si compararea semnalelor, precum si analizarea informatiei, generand rapoarte si selectand procedura specifica. Filosofia “orientare dupa simptom”, atinge cele doua scopuri urmarite: sa asigure eficienta si fiabilitate pentru sistemul de securitate si sa previna erorile de operare sau accidentele majore, prin proceduri de alarma si rapoarte de prognoza. Pentru a asigura redundanta sistemului este necesara utilizarea a doua computere, intr-un aranjament master-slave.

In continuare este prezentat raspunsul VSS in caz de accident major – pierderea completa a inventarului radioactiv prin colapsarea consecutiva a modulelor instalatiei.

Daca limitele prescrise pentru concentratia de tritiu in aerul evacuat la cos sunt depasite, monitorul principal de tritiu declanseaza urmatoarea procedura: sistemul de ventilatie este oprit, instalatiile de schimb izotopic si purificare sunt oprite, ventilatia de avarie este pornita si instalatia de tratare devine activa; distilarea criogenica este oprita controlat; modulele instalatiei se golesc de fluidele de proces.

Depasirea limitei la monitorul montat pe cos este singurul caz in care se declanseaza automat oprirea instalatiei fara nici o confirmare. Monitoarele locale de tritiu au nevoie de confirmarea depasirii si altor parametri inainte de a initia procedurile de oprire. In acest fel, riscul contaminarii radioactive a mediului ambiant si a populatiei este mic, dar exista riscul aparitiei unei alarme false care poate opri instalatia.

In figura 23 este prezentat un print-screen cu front–panelul aplicatiei care monitorizeaza parametri in cazul unui accident major (eveniment simulat).

Figura 23: Panou frontal in LabView cu sistemul virtual de securitate VSS – parametri alarma

Interfata grafica a aplicatiei sofware asigura posibilitatea supravegherii in bune conditii a instalatiei si permite monitorizarea pas cu pas a evenimentelor care au loc, precum si o asistenta de urgenta dinamica a operatorului.

Astfel, operatorul este informat pas cu pas despre cauzele si efectele evenimentelor, este ajutat sa aleaga procedurile de executat si este avertizat in fiecare moment despre consecintele actiunilor sale.

Dupa cum se poate observa in figura 24, exista 3 zone distincte: zona1- prezinta echipamentul care a declansat alarma ( precum si starea echipamentelor din sectiunea prezentata), zona 2 – este afisata procedura specifica accidentului, si zona 3 – starea echipamentelor de executie la fiecare pas al procedurii.

Figura 24: Panou frontal in LabView-VSS – alarma la TM100

Verificarea sistemului de monitorizare si protectie s-a realizat prin testarea lui pentru cele trei module importante din instalatia de detritiere si anume: modulul 100 ( de schimb izotopic), modulul 200 ( de purificare ) si modulul 300 ( de distilare criogenica).

Acest sistem de monitorizare rezolva cerintele de control si protectie in caz de avarii, a proceselor tehnologice specifice industriei ce prelucreaza substante radioactive sau toxice, cu consecinte grave în cazul unei avarii tehnologice, cum este cazul unei instalatii nucleare de procesare a tritiului.

Pentru reducerea riscului de avarie tehnologica, pentru aceste procese, s-a realizat un sistem inglobat software, baza de date si analiza de proces, care in baza unui algoritm de identificare a parametrilor importanti pentru sistemele de protectie si securitate, prezinta tendinta de evolutie a procesului.

In Romania pana in prezent, preocuparile pentru punerea la punct a unor astfel de sisteme au fost reduse. Cei care au avut nevoie de o mai mare flexibilitate in controlul si simularea proceselor au incercat sa-si rezolve singuri problema, fara sa ajunga la un grad maxim de integrare a aparaturii si echipamentelor.

Beneficiarii acestui sistem pot fi atat unitatile nucleare cat si unii agenti economici (combinate chimice si petrochimice, instalatii si laboratoare experimentale, etc.), avand in vedere ca scopul propus este realizarea unui sistem flexibil, cu aplicabilitate in special pentru instalatiile tehnologice care necesita optimizarea sistemelor de monitorizare si control si simulare pentru caz de avarie.

Avand in vedere dezvoltarea in continuare pe plan national a energeticii nucleare si a tehnologiilor utilizate de aceasta, sistemul este util in special pentru dezvoltarea si aplicarea unor concepte noi de control si protectie, pentru minimizarea riscului de avarie in timpul functionarii.

Datorita noutatii sistemului dezvoltat, se ofera un standard mai bun de munca si sanatate, inclusiv oportunitati pentru invatamant si perfectionare si transfer tehnologic in special in regimuri mai putin dezvoltate care necesita control, in care este inclusa si arhitectura de securitate si protectie in cazuri speciale.

Un alt aspect deosebit este ca un astfel de sistem imbunatateste gradul de securitate si creste gradul de inteligenta a sistemelor de informatizare a instalatiilor tehnologice industriale nucleare de procesare tritiu. Sistemul mai are de asemenea si functia de reglare a procesului tehnologic in sensul adaptarii la variatii ale parametrilor de intrare. Astfel, se asigura o functionare optimizata a instalatiei (produsi – concentratii – temperaturi – presiuni – debite) pentru diferite valori ce pot aparea din motive obiective in parametrii de intrare.

Astfel, sistemul reprezinta solutia optima de informatizare a sistemului de monitorizare si control, in vederea functionarii in regimuri speciale a instalatiilor tehnologice de procesare tritiu.

Nevoia accentuata pentru cunoasterea evolutiei parametrilor importanti din cadrul instalatiilor tehnologice nucleare , in cazul de fata a unei instalatii existente de separare tritiu, atentionarea din timp a situatiilor de depasire a valorilor maxime, determina aparitia de noi sisteme de monitorizare a procesului.

Avantajele oferite prin realizarea sistemului de monitorizare in LabView de catre autor, a parametrilor importanti din instalatie de separare a tritiului sunt urmatoarele:

afisarea si salvarea datelor in timp real care inlatura erorile datorate citirilor periodice de catre operator

afisarea datelor pe scheme sinoptice ce creste ergonomia utilizarii programelor

avertizarea in cazul neincadrarii limitelor impuse poate duce la substantiale economii

vizualizarea sub forma grafica a datelor memorate, pentru perioade definite de utilizator, permite o analiza facila a modului de operare a instalatiei de separare a tritiului si a defectelor aparute in timpul functionarii

cresterea numarului de senzori ( de la 60 la 100) montati in instalatie pentru cele trei module importante si anume modul 100-de schimb izotopic, modulul 200 de purificare si modulul 300 de distilare criogenica, pentru o mai buna monitorizare a procesului.

prin multiplexare s-au redus cablurile de conexiune pentru sistemul de achizitii date, achizitionand pe un singur canal al placii de achizitie 32 de puncte de masura diferentiale.

s-a folosit functia matematica in LabView pentru realizarea programelor de simulare si modelare a anumitor procese importante din instalatia de separare a tritiului

inlocuirea aparaturii existente initial in instalatie si anume ,indicatoare de presiune, nivelmetre, inregistratoare cu module noi si performante cum ar fi fieldpoint-uri, multiplexoare.

5. contributii pe planul modelarii.CONFIGURARE SI PROGRAMARE IN LABVIEW.

Obiectivele modelarii si simularii proceselor de separare a tritiului din apa grea tritiata” sunt de determinare a modelelor matematice, a proceselor de separare a tritiului .

Principalele contributii personale, atat teoretice cat si practice, pe planul modelarii si simularii proceselor din instalatia pilot de separare a tritiului din apa grea tritiata , in principal pentru modulele 100-de schimb izotopic si 300- de distilare criogenica, sunt urmatoarele:

-realizarea si implementarea programul de calcul al entropiei si entalpiei in functie de temperatura (achizitionata cu programul de monitorizare in timp real) si presiune, realizat in LabView , cu reprezentarea grafica T- s ( temperatura entropie ), pentru instalatia 300 de distilare criogenica;

– realizarea si implementarea programului de simulare in LabView ,a procesului de schimb izotopic din instalatia 100, prin reprezentarea curbei de echilibru si cea de operare , determinate din calculul constantelor de echilibru atat in varful coloanei de schimb izotopic cat si la baza coloanei.

Modelarea proceselor din instalatia pilot de separare tritiu permit realizarea simularilor care la randul lor faciliteaza monitorizarea parametrilor importanti din instalatie ( temperaturi, presiuni, debite, nivele) cu determinarea parametrilor critici si nu in ultimul rand, modelarea este utila pentru realizarea optimizarii.

5.1 consideratii privind PROCESELE DE eliminare a tritiului din apa grea tritiata

Prezenta in moderator si agentul termic a unei cantitati mari de tritiu aduce dupa sine un pericol crescut in exploatarea reactorului si in contaminarea mediului inconjurator, impunand masuri de securitate costisitoare. De asemenea formarea continua de molecule H2O in apa grea are ca efect negativ o scadere a capacitatii de moderare, fiind cunoscut ca apa usoara adsoarbe de circa 300 ori mai multi neutroni decat apa grea.

Din aceste motive eliminarea tritiului din apa grea si extractia apei usoare constituie subiecte de preocupare importante pentru exploatarea in siguranta si cu randament ridicat a reactoarelor nucleare energetice.

In reactoarele cu apa usoara si in cele in care puterea se regleaza cu compusi ai borului se poate de asemenea forma tritiu prin dezintegrarea borului, dar in cantitati mai mici.

In cazul acestor reactoare insa si concentratia admisa de tritiu este mult mai coborata.

In reactoarele de tip CANDU sursa de tritiu o constituie in esenta activarea deuteriului producandu-se circa 2,4 kCi de tritiu/(Mwe*an).O sursa mult mai redusa este formata de fisiunea ternara care produce circa 20 Ci de tritiu /(MWe*an).

Concentrarea tritiului in moderator si in circuitul de racire se face dupa o lege de forma:

, unde:

C∞ este valoarea de echilibru, care depinde de fluxul de neutroni si de fractia de apa grea din sistem, care se gaseste in zona activa a reactorului;

λ este constanta de dezintegrare

t este timpul

C este valoarea concentratiei de tritiu la momentul t

In cazul reactoarelor CANDU concentratia de echilibru a tritiului in moderator este de circa 26 ori mai mare decat in circuitul de racire, daca se considera ca circuitele sunt etanse si ca urmare nu au fost necesare completarii cu apa grea proaspata:

in moderator 65 Ci/kg

in circuitul de racire 2,5 Ci/kg

Daca se tine seama de amestecarea apei grele in urma completarilor obisnuite in moderator si in circuitul de racire concentratiile de echilibru sunt reduse apreciabil:

in moderator 40 Ci/kg

in sistemul de racire 2 Ci/kg

Reactorul de flux inalt construit la Grenoble, Franta in cadrul colaborarii franco-germane prezinta o concentratie de echilibru a tritiului in apa grea de 83,88 Ci/l.

Se constata ca utilizarea detritierii aduce o mentinere a activitatii radioactive datorita tritiului sub 1,7 Ci/l in apa grea a reactorului ( sub 1ppm T).

Pe langa sursele de tritiu deja mentionate – reactoarele nucleare care lucreaza cu apa sau apa grea ca moderator si agent de racire – se pot adauga si uzinele de reprocesare a combustibilului nuclear care elimina cantitati importante de tritiu prin efluentul apos in mediul inconjurator.

Necesitatea evitarii contaminarii mediului si a reducerii riscului expunerii radioactive a celor ce lucreaza in centralele nucleare constituie numai o parte a interesului crescand in lume pentru instalatiile de detritiere; cealalta parte rezulta din cresterea puternica a cererii de tritiu necesar cercetarilor intense de punere la punct a unor reactoare de fuziune si producerii unor vopsele luminiscente, ceasuri digitale si altele.

Pe baza observatiilor de mai sus rezulta ca instalatia de separare a tritiului cuprinde in general o parte in care se procedeaza la transferarea tritiului din apa grea intr-un flux de hidrogen-tritiat si o a doua parte in care se imbogateste tritiul la concentratii inalte.

5.2 BAZELE FIZICE PENTRU DETERMINAREA MODELELOR MATEMATICE ALE MODULELOR DE SCHIMB IZOTOPIC(100) SI DISTILARE CRIOGENICA(300) DIN INSTALATIA DE SEPARARE A TRITIULUI, CU DETERMINAREA ENTROPIEI SI ENTALPIEI

5.2.1 Studiul matematic necesar pentru realizarea si implementarea programului de calcul al entropiei si entalpiei in functie de temperatura, din instalatia de distilare criogenica(300)

In studiul proceselor ce caracterizeaza ciclurile criogenice este necesara cunoasterea proprietatilor termodinamice ale fluidului de lucru, in conditiile de neidealitate specifice acestor procese.Astfel pentru toate fluidele folosite in criogenie, la temperaturi joase, caldurile specifice prezinta abateri mari fata de idealitate, abateri ce se regasesc si in calculul entropiei si entalpiei.Aceste abateri se datoreaza in principal aproximatiei ce se face pentru gazul ideal a temperaturilor mari fata de temperatura de condensare, precum si folosirea ecuatiei de stare a gazelor ideale.

In scopul reducerii acestor abateri, ecuatia de stare a gazelor ideale a fost inlocuita cu o ecuatie de stare ce caracterizeaza mult mai bine comportarea gazelor in domeniul temperaturilor scazute.

In elaborarea modelului s-a folosit ecuatia de stare Beattie-Bridgemann

(1)

unde R este constanta gazelor, volumul specific iar coeficientii dezvoltarii sunt:

(2)

(3)

(4)

sunt constante specifice gazului,fiind atat calculate teoretic cat si determinate experimental.

In reprezentarea diferentiala entropiei se exprima prin:

(5)

Cu ajutorul expresiei (5) entalpia are forma:

(6)

Ecuatiile 5 si 6 permit calcularea variatiei de entalpie intre doua stari determinate de presiune si temperatura.

Astfel prin integrare intre cele doua stari, ecuatiile 5,6 se transforma in:

– entropia (7)

– entalpia (8)

unde indicele r se refera la starea considerata ca referinta.

In calculul entropiei intervine expresia derivatei partiale a presiunii in raport cu temperatura, care cu ajutorul ecuatiei (1) se poate scrie:

(9)

Cu ajutorul ecuatiei (9), cea de-a doua integrala din expresia entalpiei 8 are valoarea:

(10)

Se observa ca atat in expresia entropiei cat si a entalpiei apare integrala din caldura specifica la volum constant, definita prin:

(11)

Prin derivarea in raport cu volumul specific si folosirea variabilelor conjugate se obtine:

(12)

ceea ce permite exprimarea caldurii specifice la volum constant sub forma:

(13)

unde reprezinta caldura specifica la volum constant pentru gazul ideal.

Din ecuatia de stare a gazelor reale, sub forma Beattie-Bridgemann, expresia integralei de mai sus devine:

(14)

Pentru calculul caldurii specifice la volum constant a gazului ideal, s-a folosit exprimarea acesteia cu ajutorul energiei libere,F:

(15)

Energia libera se poate exprima cu ajutorul functiei de partitie Z astfel:

(16)

unde reprezinta constanta lui Boltzmann.

Tinand cont ca pentru hidrogen si izotopii sai, temperatura de vibratie este de peste 5000K, pentru domeniul de temperaturi studiat, s-a neglijat functia de partitie pentru vibratie in calculul energiei libere.In mod analog a fost neglijata si contributia termenului electronic.

Pentru exprimarea caldurii specifice la presiune constanta a gazelor reale s-a folosit relatia lui Mayer:

(17)

unde derivata partiala a volumului specific in raport cu temperatura s-a calculat cu ajutorul ecuatiei 1:

(18)

Ecuatiile 7,8 sunt integrate numeric cu ajutorul ecuatiilor 10,13 – 18 folosind algoritmul Newton, obtinandu-se astfel diferenta de entalpie si entropie intre doua stari termodinamice determinate.

Programul de calcul al entropiei si entalpiei in functie de temperatura si presiune s-a realizat initial in Pascal, iar in final s-a realizat in LabView , fiind necesara si reprezentarea grafica T- s ( temperatura entropie ) , in functie de parametrii achizitionati prin sistemul de monitorizare ( Temperatura –T, presiune –p).

Citirea parametrilor P,T se face din fisierele create de sistemul de monitorizare cu module Compact Field Point (Anexa 1). In anexa 2 este dat listingul in Pascal de calcul al entropiei si entalpiei.

5.2.2 Studiu matematic pentru realizarea si implementarea programului de simulare in LabView, a procesului de schimb izotopic din instalatia 100

In principal s-a urmarit determinarea eficientei de separare a coloanei de schimb izotopic pentru transferul deuteriului prin sisteme in doua faze: lichid-gaz, respectiv prin sisteme in trei faze:lichid-vapor-gaz.

Scopul principal al programului experimental a fost de a compara mai multe tipuri de catalizatori, cu forme geometrice diferite, amplasate in straturi, impreuna cu pachete de bronz-fosforos.Sase specii moleculare au fost luate in calcul si anume:H2O, HDO,D2O,H2,HD si D2.

Reactiile chimice intalnite in procesul de schimb izotopic pentru sistemele cu doua faze (lichid-gaz) in care sunt incluse speciile moleculare prezentate mai ,sus sunt urmatoarele:

(1)

Pentru sistemul cu trei faze (lichid/vapor/gaz) reactiile de schimb izotopic sunt urmatoarele:

(2)

Unde: k1….k6 sunt coeficienti de transfer al reactiilor din coloana de schimb izotopic

S-au notat cu l:lichid si cu v:vapori

De mentionat este ca in coloana de schimb izotopic cu sistemul de transfer in trei faze s-au observat urmatoarele:

-in sectiunea cu bronz-fosforos numai schimbul izotopic dintre faza lichida si faza de vapor are loc;

-in sectiunea cu catalizatori, reactia de schimb izotopic are loc intre faza de vapori si cea de gaz.

Pentru simularea procesului din instalatia 100, s-a considerat transferul de schimb izotopic dintre faza lichida si cea gazoasa.

Constantele de echilibru ale reactiilor din relatia (1) se calculeaza dupa urmatoarele formule:

Fractiile atomice ale deuteriului (D/D+H) in stare lichida si in stare gazoasa, respectiv x si y sunt date de relatiile de mai jos:

Unde xHDO,xD2O si yHD,yD2 sunt concentratiile molare corespunzatoare speciilor moleculare in stare lichida respectiv gazoasa.

Fractia atomica a deuteriului in faza lichida si temperatura din coloana de schimb izotopic, sunt singurele date de intrare pentru realizarea grafica a curbei de echilibru.

Totodata se presupune ca sistemul H2O/HDO/D2O este in echilibru izotopic.Concentratiile HDO si D2O se pot calcula din fractia atomica a deuteriului.Fractia atomica a deuteriului in stare gazoasa (y) este obtinuta din constantele de echilibru ,si concentratiile in faza lichida HDO si H2O din ecuatiile urmatoare:

Folosind ecuatiile date mai sus se pot calcula izotermele de echilibru x-y.Linia de operare a coloanei de schimb izotopic s-a calculat din rapoartele D/D+H in faza lichida si gazoasa, in varful coloanei de schimb izotopic cat si la baza.Din graficele curbei de echilibru si a liniei de operare, au fost determinate numarul teoretic de straturi ( formate din catalizator si bronz fosforos) din coloana de schimb izotopic transfer in doua faze lichid-gaz, cu aproximarea cunoscuta McCabe-Thiele.

In figurile 25,26,27 si 28 sunt date evolutiile presiunilor H2O,HDO si D2O functie de temperatura.

Figura 25.Panoul frontal cu reprezentarea grafica a rapoartelor presiunilor H2O,HDO si D2O functie de temperatura

Figura 26.Panoul frontal cu reprezentarea grafica a raportului pH2O si pD2O

cu fitare in Microcal Origin

Figura 27.Panoul frontal cu reprezentare grafica a raportului pHDO si pD2O

cu fitare in Microcal Origin

Figura 28.Panoul frontal cu reprezentarea grafica a raportului pH2O si pHDO

cu fitare in Microcal Origin

5.3 UTILIZAREA LABVIEW PENTRU OBTINEREA SOLUTIILOR SI REPREZENTAREA GRAFICA A MODELELOR MATEMATICE PENTRU MODULELE DE SCHIMB IZOTOPIC SI DISTILARE CRIOGENICA

5.3.1 MODULUL DE DISTILARE CRIOGENICA- determinarea entropiei si entalpiei

Avantajele specifice folosind limbajul Labview sunt procedurile de calcul optime ca spatiu si timp, interfata grafica prietenoasa, precum si lucrul usor cu meniuri si ferestre de dialog.

Folosind programul FieldPoint Explorer, se pot configura atat software cat si hardware, canalele modulelor FP-TC-120 si FP-AI-111.

Deasemenea cu FieldPoint Explorer se pot citi valorile masurate in domeniul configurat initial de utilizator.Cu ajutorul unei interfete utilizator se urmareste ,daca instalarea modulelor FieldPoint cat si a senzorilor este realizata corespunzator si nu genereaza erori in sistemul de comunicare.In realizarea software a sistemului de achizitie s-au inclus submodule in LabView care realizeaza functiile de achizitie date cu module FieldPoint. Interfata grafica a softului LabView- utilizator este schitata alegand din meniu o serie de elemente vizuale:

-butoane de selectie

-campuri de afisare

-indicatoare luminoase

-rezervoare

-becuri de control

-blocuri de I/O

Programarea consta in schitarea schemei bloc a instalatiei , iar elementele sunt interconectate corespunzator.

Programul ofera avantaje semnificative ale unui mediu multitasking, putand rula simultan mai multe instrumente virtuale.

LabView Real Time Module, produs de firma National Instruments din Texas, SUA, este un program grafic conventional care are in componenta module specifice necesare testarii si masurarii datelor din procesele industriale simuland instrumentele utilizate in automatizare si control.

In figura 29 este prezentata diagrama block in LabView – formula node pentru determinarea coeficientilor alfa,beta si gama pentru ecuatia Beattie Bridgeman, necesara calcularii entropiei si entalpiei procesului din modulul 300 de distilare criogenica.

Figura 29-Diagrama bloc in Labview -formula node-calcul coeficienti alfa,beta,gama

In figura 30 este reprezentat curba de saturatie a hidrogenului ( entropia la echilibru) functie de temperatura din modulul de distilare criogenica,pe circuitul primar de hidrogen din modulul 300 de distilare criogenica, urmand ca tot in aceeasi aplicatie sa se reprezinte entalpia si entropia functie de presiune si temperatura.

In realizarea modelului matematic am tinut cont si de sistemul de monitorizare parametrii urmarindu-se temperatura hidrogenului din instalatie, la presiune constanta.

Datele pentru calculul entropiei si entalpiei sunt citite din fisierele sistemului de monitorizare parametrii, si anume temperaturile pe traseul : TE 335, TE 340, TE 321, TE 321 bis, TE 325, TE 326 – la presiunea constanta citita din fisierul PR 323, iar temperaturile TE 332-1, TE 330, TE 308, TE 338 sunt la presiunea PR 316.

Figura 30. Panouri frontale in LabView cu reprezentarea curbei de saturatie la echilibru a hidrogenului ( S-entropie ,H-entalpie functie de T-temperatura si p-presiune)

Figura 31 .Diagrama Bloc in Labview pentru determinarea coeficientului “cpr” din programul de calcul al entalpiei si entropiei

Figura 32.Diagrama bloc cu determinarea coeficientilor DELTAS si DELTAP din programul de calcul al entropiei si entalpiei

In figura 33 este redata aplicatia software pentru sistemul de monitorizare parametrii din modulul 300 de distilare criogenica, cu specificarea circuitului primar de hidrogen.

Figura 33. Monitorizare parametrii instalatia 300 de distilare criogenica cu module FieldPoint si LabView

5.3.2 MODULUL DE SCHIMB IZOTOPIC – determinarea constantelor de echilibru

Una din problemele esentiale din instalatia 100 de schimb izotopic este masurarea si controlul temperaturii pe coloana de schimb izotopic.

Constantele de echilibru ale reactiilor din interiorul coloanei de schimb izotopic sunt determinate cu ajutorul ecuatiilor:

K1=4.0231-0.01951*T+5.91595*10-5*T2-6.69797 *10-8*T3;

K2=12.64976-0.05189*T+1.51192*10-4*T2-1.67942*10-7*T3;

K3=1.1423-0.00599*T+1.85109*10-5*T2-2.11582 *10-8*T3;

K=3.51363+0.00195*T-4.16545*10-6*T2 +3.94311 *10-9*T3;

In figura 34 se poate vizualiza reprezentarea curbei de echilibru si linia de operare , determinate din calculul constantelor de echilibru atat in varful coloanei de schimb izotopic cat si la baza coloanei (conform modelului matematic prezentat in capitolul 5.2.2).

Programul a fost realizat in softul LabView si s-a folosit pentru determinarea inaltimii si numarul de straturi (catalizator+bronz-fosforos) din coloana de schimb izotopic, tinand cont de conditiile de operare a instalatiei de schimb izotopic(100) ,din instalatia experimentala de separare a tritiului.

Curba de echilibru a fost determinata folosind variatia raportului D/D+H, in care procesul de schimb izotopic este investigat,cu introducerea temperaturilor din coloana .Linia de operare a fost determinata functie de raportul D/D+H, din varful coloanei respectiv baza, pentru fazele lichide si gazoase ale procesului de schimb izotopic.

Figura 34 .Front panel in LabView pentru izoterma de echilibru din instalatia 100 de schimb izotopic

In figura 35 se prezinta panoul frontal realizat in LabView si module FieldPoint cu ajutorul calculatorului pentru instalatia de schimb izotopic din instalatia de detritiere a apei grele in care este realizata si simularea procesului de schimb izotopic in timp real.

In figura 36 se prezinta diagrama bloc a programului de calcul a straturilor de catalizator-bronz-fosforos din coloana de schimb izotopic, cu ajutorul curbei de echilibru a procesului si a liniei de operare.In functie de temperatura citita se pot calcula constantele de echilibru (Figura 37) pentru reactiile din coloana de schimb izotopic, si anume apa-vapor, vapor-gaz.

Figura 35. Simularea procesului din instalatia de schimb izotopic cu determinarea constantelor de echilibru din coloana de schimb izotopic

Figura 36.Diagrama bloc in LabView pentru determinarea curbei de echilibru si liniei de operare

Figura 37.Diagrama bloc in LabView pentru calcularea si reprezentarea grafica a constantelor de echilibru a reactiilor de transfer din coloana de schimb izotopic

Avantajele folosirii rezultatelor din cadrul acestui capitol al modelarii si simularii proceselor din instalatiile 100-de schimb izotopic si 300- de distilare criogenica sunt urmatoarele:

o mai buna analiza a procesului de schimb izotopic prin programul software in LabView de simulare proces si de calcul al constantelor de echilibru, functie de temperaturile de pe coloana de schimb izotopic;

determinarea entalpiei si entropiei din instalatia 300 de distilare criogenica functie de presiunile si temperaturile din circuitul primar de hidrogen din instalatia de separare a tritiului.

Prin realizarea programului de monitorizare si simulare in LabView fata de TurboPascal, a crescut viteza de achizitie a informatiilor dar si precizia masuratorilor , urmarea fiind posibilitatea unor mai bune realizari de studii privind regimurile de functionare ale instalatiei de separare a tritiului.

6. OPTIMIZAREA.UTILIZARE LABVIEW.

6.1 Consideratii generale

Optimizarea si simularea proceselor industriale, in cazul de fata a procesului de lichefiere azot din instalatia 300 de distilare criogenica, trebuie in mod obligatoriu completata cu achizitionarea datelor experimentale pe baza modelului sau prototipului experimental.

Calea optimizarii este deosebit de laborioasa, in special in cazurile cand in realizarea functiei scop participa un numar mare de parametrii , cu legaturi complexe, sau cand intervin elemente foarte greu sau chiar imposibil de modelat matematic.In aceste cazuri se prefera optimizarea experimentala a ansamblului de parametri pe rand si treptat, imprimand in sens determinat modificari fiecarui parametru, pana la obtinerea extremului functiei scop a criteriului de optimizare.

Procesul in care se maximizeaza caracteristica calitativa a proprietatilor dorite ale obiectului sau se minimizeaza caracteristica calitativa a unei proprietati nedorite , poarta denumirea de optimizare.

Optimizarea, proces prin excelenta logic poate fi realizata atat pe cale analitica cat si pe cale experimentala si frecvent cele doua metode se folosesc ca metode complementare.

Obiectivul principal urmarit de autoare pentru realizarea optimizarii, vizeaza in principal maximizarea randamentului turbodetentorului din instalatia 300 de distilare criogenica, pe ciclul de lichefiere azot.

Aceasta optimizare este utila pentru realizarea unei temperaturi cat mai joase a azotului necesara pentru obtinerea unei temperaturi joase a hidrogenului (24 K) din varful coloanei de distilare criogenica.

S-a urmarit in principal de catre autoare dezvoltarea unor programe software care sa simuleze evolutia procesului de lichefiere azot pe instalatia 300 de distilare criogenica din pilotul experimental de separare a tritiului, in functie de parametrii importanti achizitionati.

Metodele de optimizare, urmarite pentru maximizarea randamentului turbodetentorului sunt in principal:

– determinarea valorilor optime ale presiunilor de intrare respectiv de iesire de la turbodetentor;

– determinarea valorilor optime ale temperaturilor de la intrarea respectiv iesirea turbodetentorului.

6.2 Consideratii privind descrierea turbodetentorului din instalatia 300 de distilare criogenica, pe ciclul de lichefiere azot.

Detentoarele ca parti componente importante ale instalatiilor de separare, precum si lichefiere a diferitelor gaze, au rolul sa realizeze un efect frigorific de scadere a temperaturii unui gaz prin destindere insotita de scaderea entalpiei ca o consecinta a efectuarii lucrului mecanic.In functie de modul cum are loc marirea volumului ocupat de gaz se deosebesc detentoare cu piston, rotative cu roti dintate si elicoidale. Spre deosebire de acestea, in cazul turbodetentoarelor energia eliberata in procesul de destindere se regaseste initial in energia cinetica a gazului care se deplaseaza cu o viteza apropiata de cea a sunetului, dupa care aceasta energie este transformata in lucru mecanic preluat de catre rotor.

In cazul ciclurilor de presiune medie si inalta sunt utilizate detentoarele cu piston care prelucreaza debite relativ reduse in conditiile unor caderi importante de entalpie.

Instalatiile mari de separare a aerului, precum si cele de separare a izotopilor hidrogenului sunt echipate cu turbodetentoare, care functioneaza pe baza ciclului de joasa presiune prelucrand diferite debite de 4.000 ÷ 70.000 Kg/h in conditiile unei presiuni initiale de 6 bar si finale de 1.5 bar, la caderi de entalpie de 30 KJ/kg.Un interes deosebit il prezinta microturbodetentoarele cu diametrul sub 60 mm si turatii de 105÷3×105 rotatii/min prevazute cu lagare de ungere gazodinamica.

In mod obisnuit agentii de lucru ai turbodetentoarelor sunt aerul, azotul si heliul. La intrarea in turbodetentor presiunea este de 5 pana la 12 bar, iar la iesire 1,25 pana la 1,5 bar, temperatura de evacuare fiind apropiata de cea de condensare.

Daca debitele volumice prelucrate in conditiile de intrare in turbodetentor sunt relativ reduse (60÷3000 m3/h), atunci dimensiunile acestuia sunt acceptabile la turatii de functionare de 5.700÷21.000 rot/min.

Pana in ultima perioada de timp se considera ca utilizarea turbodetentoarelor , in instalatii de medie si inalta presiune nu prezinta perspective, deoarece apar mari dificultati atunci cand se pune problema realizarii unor masini care sa prelucreze debite mici de gaz.In conditiile unor caderi adiabatice importante dificultatile sunt accentuate de turatiile mari, de ordinul a 105 rot/min, la care ar trebui sa lucreze, precum si datorita dimensiunilor foarte reduse ale zonei de curgere. Cercetari recente au permis proiectarea si realizarea unor turbodetentoare caracterizate prin turatii pana la 2×105 rot/min si lagare unse cu aer.

Turbodetentoarele pot fi executate intr-o treapta sau in mai multe trepte.Din punctul de vedere al procesului energetic ele pot fi active sau reactive.In cazul turbodetentorului activ, scaderea presiunii are loc numai in aparatul director, in timp ce presiunea in rotor se mentine constanta.Spre deosebire de acesta, turbodetectorul reactiv realizeaza scaderea presiunii atat in aparatul director cat si in rotor.

Domeniul temperaturii scazute ofera pentru lagarele lubrificate cu gaze posibilitati dintre cele mai interesante.Intr-adevar, la asemenea temperaturi sistemele curente de lubrificatie implica dificultati foarte mari ( de exemplu izolarea lagarelor pentru ca acestea sa poata functiona la temperaturi mai ridicate decat restul instalatiei).In acelasi timp, nici lubrifiantii solizi nu pot fi folositi din cauza turatiilor mari care sunt necesare.

In sfarsit, lagarele trebuie sa fie realizate incat degajarea de caldura prin frecare sa fie cat mai redusa pentru a nu altera randamentul instalatiei de refrigerare.Toate aceste cerinte pot fi satisfacute numai de lagare lubrificate cu gaze de preferinta chiar cu gazul folosit pentru lichefiere.

Trebuie remarcat totusi ca realizarea unor asemenea instalatii pune probleme tehnice extrem de dificile.Astfel, pe de o parte, domeniul temperaturilor scazute impune folosirea unor materiale speciale (titan,aliaje de nichel,etc.) care sunt mai greu de prelucrat la precizia ceruta si care in plus necesita tratamente speciale pentru a asigura stabilitatea dimensionala la temperaturi scazute.Cea mai importanta dificultate este insa aceea de a utiliza turatii mari uneori in combinatie cu dimensiuni mici. Intr-adevar, instalatiile de racire si lichefiere folosesc destinderea gazelor in ajutaje fixe,dupa care urmeaza o destindere intr-o turbina de expansiune.Tinand seama de scaderea considerabila a volumului specific al gazului, dimensiunile treptei finale de expansiune a turbinei sunt cu atat mai mici cu cat temperatura de lichefiere este mai redusa.

Turatiile foarte mari impuse de asemenea conditii sunt greu de realizat din cauza tendintelor de instabilitate care apar atat in lagare cat si datorita fortelor ce exista pe turbina.Astfel, o perturbatie care deplaseaza axul dupa o directie conduce la o disimetrie a fortelor de pe paletele turbinei care produc in final o reactiune la 90o fata de deplasarea initiala, iar miscarea vibratorie rezultanta apare ca fiind autointretinuta.

Stabilirea miscarii rotorului necesita solutii constructive speciale, o echilibrare dinamica extrem de precisa si lucrari experimentale indelungate si delicate pentru punerea la punct a solutiilor si masurilor adoptate.

6.3 Turbodetentorul gazodinamic “LINDE” folosit in instalatia 300 de distilare criogenica

Turbodetentorul “LINDE” cu lagare gazodinamice a fost initial realizat pentru aplicatii cu heliu pur.Odata cu largirea campului de aplicatii si dupa teste variate firma LINDE realizeaza turbodetentoare si pentru alte tipuri de gaze sau mixturi de gaze (neon,argon,xenon,azot,etc).

In cadrul instalatiei 300 de distilare criogenica pentru ciclul de lichefiere azot s-a folosit un turbodetentor LINDE tipul:TGL 22(N2) 3100 rps.

Acest turbodetentor cu lagare gazodinamice este o turbina centrifugala intr-o singura treapta de franare in cuplu direct de catre un compresor centrifugal si este echipata cu lagare gazodinamice care lucreaza la temperatura ambianta.Principalele componente ale turbinei sunt:carcasa turbinei, rotorul, carcasa lagarelor si carcasa compresorului.Carcasa turbinei este fixata pe o suprafata de montaj a cold-boxului care iese vertical in afara spatiului vidat.

Toate componentele interne ale turbinei pot fi cu usurinta dezasamblate si reasamblate din exterior fara afectarea vacuumului creat in interiorul cold-boxului.Rotorul turbinei este realizat dintr-un aliaj de aluminiu.

Ungerea lagarelor gazodinamice se realizeaza in mod automat si este implicita, din momentul conectarii turbinei in circuit.

Viteza la turbina se ajusteaza prin intermediul unei valve de pe circuitul compresorului iar sistemul de masurare este electronic, cu amplificarea semnalului, fiind prevazut in acelasi timp cu un circuit de inchidere automata la viteze mari.Incarcarea suplimentara a lagarului axial in timpul proceselor de pornire si oprire a turbinei este compensata cu ajutorul unui lagar magnetic auxiliar care exercita o forta suficienta pentru a contrabalansa greutatea rotorului.Caldura extrasa din circuit de catre turbodetentor este tranferata apei de racire din racitorul de gaz aflat in circuitul compresorului.

Este imposibila contaminarea gazului din cadrul traseelor tehnologice ale turbinei, aceasta avand o constructie ce nu permite contactul cu exteriorul.Turbodetentorul LINDE-TGL 22-folosit in cadrul instalatiei 300-de distilare criogenica-a fost montat pe cold-boxul CB 302.

In cadrul instalatiei 300 se realizeaza separarea izotopilor de deuteriu si tritiu prin distilare criogenica la temperaturi de pana la 20 K.Separarea izotopilor grei de hidrogen se realizeaza intr-o coloana criogenica situata in coldboxul CB 301 impreuna cu schimbatoarele de caldura aferente.Circuitul de azot necesar racirii criogenice a hidrogenului, se afla in coldboxul CB 302.

In vederea aducerii hidrogenului de proces la temperaturi de pana la 20K, se realizeaza mai intai o preracire la temperaturi de proces (cca 20K) necesare functionarii corecte a coloanei de distilare. Preracirea se realizeaza cu ajutorul azotului lichid obtinut intr-un circuit de azot.In continuare se va prezenta procesul tehnologic de obtinere a azotului lichid in cadrul instalatiei de distilare criogenica-instalatia 300.

Din analiza cantitatilor de caldura necesare a fi extrase din cele doua circuite de hidrogen amintite mai sus au rezultat urmatoarele puteri frigorifice pentru baia de azot lichid:

Circuitul de alimentare:

-Debit : 545.96 mol/h (12.23 Nm3/h)

-Entalpie intrare:3832 J/mol

-Entalpie iesire:2716 J/mol

-Puterea frigorifica:169,25 W

Circuitul de reflux:

Debit : 1637,9 mol/h (36,69 Nm3/h)

Entalpie intrare:3832 J/mol

Entalpie iesire: 2716 J/mol

Putere frigorifica:667,45 W

Din analiza celor doua circuite rezulta ca puterea totala nominala de functionare a ciclului de lichefiere azot este de 846,7 W.

In figura 38 se prezinta schema simplificata a ciclului de lichefiere azot.De asemenea, pe figura sunt reprezentate punctele de masura a temperaturii necesare pentru evaluarea puterii frigorifice a ciclului.

Elementele componente ale ciclului de lichefiere azot, respectiv schimbatoarele de caldura SN-301 si SN-302, turbodetentorul TD-301, ventilul de laminare RL-301 precum si baia de azot lichid-C301, sunt montate in cold-boxul CB-302.

Cele doua circuite de hidrogen cu elementele ce intra in componenta lor sunt montate in cold-boxul CB 301, iar prin legatura intre cele doua cold-boxuri se face trecerea circuitelor de hidrogen pentru a se asigura racirea lor la temperatura de aproximativ 80 K.

Azotul vehiculat in ciclul de lichefiere azot este comprimat pana la presiunea de 8 ata cu ajutorul unui compresor cu piston de tip Neumann ce asigura un debit de aproximativ 70 g/s la presiunea mentionata.

Dupa parcurgerea schimbatorului de caldura SN-301 azotul gaz se va raci pana la temperatura de 120 K datorita circulatiei in contra-curent cu azotul rece ce paraseste SN-302. La iesirea circuitului primar din SN-301 acesta se bifurca in doua circuite: circuitul turbodetentorului si circuitul ventilului de laminare.

Din cele 70g/s, debitul de refulare al compresorului, prin turbodetentor vor circula 63 g/s cu o cadere de presiune de la 8 ata la 1,5 ata.Corespunzator acestei caderi de presiune si temperaturii de intrare , 120K, temperatura de iesire din turbodetentor va fi de 85K.Aceasta temperatura este suficient de scazuta pentru a realiza lichefierea circuitului de laminare in vederea ca presiunea gazului din circuitul de laminare in SN-302 este de 8 ata.

Figura 38. Schema bloc a ciclului de lichefiere azot

Debitele pe circuitul de laminare si pe circuitul turbodetentorului au fost calculate in asa fel incat la iesirea din SN-302 intreg debitul de laminare sa fie in faza lichida.Acest lucru permite ca dupa ventilul de laminare aproximativ 80% din debitul circulat pe acest traseu sa fie in faza lichida.

Dupa iesirea din ventilul de laminare azotul lichid va intra in baia de azot lichid in care se vor raci cele doua circuite de hidrogen si de asemenea se va realiza adsorbtia impuritatilor de azot pe carbune activ.

Azotul vaporizat si cu temperatura de aproximativ 80K, impreuna cu gazul de la iesirea turbodetentorului vor parcurge SN-302 si respectiv SN-301 incalzindu-se pana la 294K, corespunzator iesirii din SN-301.

Turbodetentorul criogenic este proiectat si certificat la randamentul de 65% in urmatoarele conditii de functionare:

-presiune intrare: 8 ata;

-presiune iesire: 1,5 ata;

-temperatura interna: 120K;

-debit: 63g/s azot.

Avand in vedere ca acest utilaj criogenic nu isi pastreaza randamentul pe un domeniu extins de caderi de presiune si temperatura se impune pastrarea cu rigurozitate a acestor conditii de lucru.

De asemenea, trebuie mentionat faptul ca turbodetentorul este cu lagare gazodinamice si ca variatiile de presiune si temperatura de la intrare au influenta si asupra incarcarii lagarelor radiale si axiale. Variatiile de incarcare a celor doua tipuri de lagare determina cresterea uzurii in timp si deci deteriorarea prematura a acestui element principal din ciclul de lichefiere azot.

Turatia nominala de functionare a turbodetentorului este de 210.000 rot/min, valoare ce corespunde caderii de presiune mentionate.O crestere a caderii de presiune, ceea ce implica o presiune mare de intrare in turbodetentor, determina o crestere a turatiei turbodetentorului si implicit o crestere a temperaturii gazului in lagarele radiale si axiale.Cresterea temperaturii gazului in lagare este determinata de valoarea mare a fortelor de frecare intre straturile de gaz din perna ce asigura sustentatia rotorului.

Mai mult decat atat o scadere a temperaturii gazului la intrarea in turbodetentor poate determina aparitia fazei lichide pe iesirea turbodetentorului fapt ce determina deteriorarea echipamentului.

Din aceste motive pe intrarea gazului in turbodetentor este prevazut un ventil de reglare a carui functionare este controlata de presiunea de intrare in turbodetentor precum si de temperatura gazului la intrare.Astfel, la o crestere a presiunii peste 8 ata ventilul de laminare se va inchide, determinand automat o scadere a presiunii.De asemenea, la scaderea temperaturii sub 120 K pe intrarea in turbodetentor, ventilul de laminare va micsora debitul ce parcurge turbodetentorul si implicit are loc o scadere a randamentului acestuia, fapt prin care se evita aparitia fazei lichide.

De asemenea ventilul de laminare de la intrarea turbodetentorului are si rolul de a bloca circulatia prin turbodetentor in cazul in care manevrele posibile de aducere in parametrii nominali de functionare nu dau rezultatul scontat.

6.4 Descrierea modelului matematic de simulare a comportarii instalatiei de lichefiere azot si determinarea randamentului turbodetentorului

Ecuatiile de bilant termic pe ciclul de lichefiere azot sunt urmatoarele:

-pe schimbatorul SN-301

(1)

-pe schimbatorul SN-302:

(2)

-pe ventilul de laminare

(3)

Temperatura gazului la iesirea din turbodetentorul TD-301 este:

(4)

(5)

unde:

(6)

(7)

iar η reprezinta randamentul turbodetentorului.

Coeficientii de transfer ai schimbatoarelor, suprafetele de transfer ale acestora si variatia de temperatura medie pe schimbator Δtm se coreleaza cu caderea de entalpie pe agentul cald si debitul vehiculat.Astfel pentru SN-301 avem ca:

(8)

unde:

mi-debit intrare

mT-debit turbina

mL-debit laminare

h-reprezinta entalpia

t-temperatura

S-entropia

q1,q2-calduri specifice

-factor pentru gaze perfect biatomice

Datorita faptului ca pe partea rece a schimbatorului avem doua cai (curentul ce a parcurs turbodetentorul si curentul ce se reintoarce din C-301) in expresia temperaturii medii pe schimbator a fost nevoie sa mediem atat temperatura de intrare cat si cea de iesire a agentului rece.Medierile s-au facut ponderate dupa debitele respective si ele au forma:

(9)

In mod identic pentru cel de-al doilea schimbator avem ca:

(10)

Pentru acest schimbator temperaturile mediate pe intrare si iesire pe agentul rece sunt:

(11)

Disponibilitatea de frig a instalatiei se exprima prin:

(12)

Sistemul de ecuatii (1) – (12) caracterizeaza comportarea ciclului termodinamic in configuratia data.Este de observat faptul ca in forma ecuatiilor apar ca necunoscute atat temperatura cat si entalpia in diferite puncte a instalatiei. Aceste variabile nu sunt independente ci ele sunt corelate prin intermediul ecuatiei de stare a fluidului precum si din expresia entalpiei. Modelul matematic pe baza caruia s-a facut aceasta corelare foloseste ecuatia de stare Beattie-Bridgeman, caldura specifica, entropia si entalpia gazului fiind calculate cu ajutorul acestei ecuatii de stare, prezentata in capitolul 5 al tezei de doctorat.

Ca date de intrare se considera presiunea de aspiratie si refulare a compresorului, presiunea de intrare in turbodetentor, presiunea de iesire din turbodetentor, presiunea pe vasul VSN-302 situat inaintea ventilului de laminare RL-301, presiunea dupa ventilul de laminare (pe C-301) precum si valorile temperaturilor in punctele reprezentate in figura 38. Aceste date au fost culese pe instalatia 300 dupa intrarea in stationar a instalatiei ( aproximativ 5 ore de la pornire ) si sunt prezentate in tabelul urmator:

Pe baza modelului s-a realizat un program de calcul in limbaj LabView.

In urma introducerii valorilor parametrilor de mai sus, pentru randamentul turbodetentorului s-a obtinut o valoare mai mare de 63%.

In ceea ce priveste valorile coeficientilor de schimb de caldura pe schimbatoarele SN-301 si SN-302 (q1 si q2) valorile acestora sunt mai mici decat cele prevazute la proiectarea ciclului criogenic. Cu toate acestea, puterea frigorifica disponibila este de aproximativ 900 W ceea ce este acoperitor pentru necesarul de frig a circuitelor de alimentare si reflux.

6.5 Realizarea modelului matematic de simulare in LabView a comportarii instalatiei de lichefiere azot si determinarea randamentului turbodetentorului

Pentru realizarea programului in LabView de determinare a randamentului turbodetentorului s-au folosit structurile de programare: “While”, “Sequence” si “Formula Node” pentru calculul matematic al ecuatiilor definite in subcapitolul 6.3.

Bucla “While” este o structura repetitiva cu conditie de terminare, adica executa portiunea de diagrama pe care o contine pana cand la terminalul de continuare (aflat in coltul dreapta jos) apare o anumita valoare booleana.Atunci cand o bucla While este dispusa in diagrama, terminalul sau de continuare se afla in starea implicita Continue If True.Bucla va continua sa execute iteratii succesive atat timp cat la terminalul sau de continuare ajunge o valoare logica True.Daca terminalul de continuare ajunge o valoare logica False,bucla While nu mai trece la urmatoarea iteratie ci isi incheie executia.Structura “Sequence” este o structura secventiala, care de regula dispune de mai multe ferestre (subdiagrame), fiecare dintre acestea cu propriul flux de date. Structura “Sequence” executa in ordine ferestrele respective. In figurile 39 si 40 sunt reprezentate doua ferestre ale unei structuri Sequence, si anume ,o fereastra executa calculul parametrului “alfa” necesar pentru calculul randamentului din cea de-a doua fereastra.

Figura 39. Structura Sequence pentru calcularea parametrului alfa functie de temperaturile T312 si T317

Figura 40. Structura “Sequence” in care se calculeaza randamentul turbodetentorului

Structura denumita “Formula Node”, care este reprezentata deasemenea in figurile de mai sus este utila pentru introducerea formulelor matematice direct in diagrama bloc cu executarea operatiilor pe care acestea le contin.In mod asemenator cu oricare dintre structurile cu care s-a lucrat anterior, se configureaza si aceasta structura in diagrama bloc si i se ajusteaza dimensiunile in raport de formula care urmeaza a fi utilizata, in cazul de fata formula de calcul a randamentului turbotedentorului, functie de temperaturile T312, T317 si presiunile p312 si p317.

In figura 41 este prezentat panoul frontal al aplicatiei in LabView pentru calculul randamentului turbodetentorului, in cazul in care parametrii sunt definiti sau sunt achizitionati din sistemul de monitorizare al instalatiei 300, pe circuitul de lichefiere azot.

Figura 41. Panoul frontal al aplicatiei de calcul al randamentului turbodetentorului pentru p312=8.5 bar si p317=1.8 bar iar T312=133 K si T317=96.8 K

Figura 42. Panoul frontal al aplicatiei de calcul al randamentului turbodetentorului pentru p312=7.5 bar si p317=0.8 bar iar T312=133 K si T317=96.8 K

S-a observat ca la scaderea presiunilor la intrarea in turbodetentor cat si la iesire, cu temperaturile T312 si T317 constante, randamentul turbodetentorului a scazut (Figura 42).

La scaderea temperaturilor T312 si T317 cu presiunile p312 si p317 constante,randamentul turbodetentorului creste, dar nu foarte mult (Figura 43).

In urma calculelor efectuate cu programul realizat in LabView s-a constatat ca influenta cea mai mare in maximizarea randamentului turbodetentorului o au presiunile de la intrarea in turbodetentor (p312) cat si de la iesirea din turbodetentor (p317).

Figura 43. Panoul frontal al aplicatiei de calcul al randamentului turbodetentorului pentru p312=7.5 bar si p317=0.8 bar iar T312=130 K si T317=93.8 K

Modificarea randamentului turbodetentorului este influentata mai mult de presiune si nu de temperatura.Pentru variatia presiunilor cat si a temperaturilor pentru ciclul de lichefiere al azotului s-au realizat curbele T-s azot, determinand astfel evolutia normala a procesului de lichefiere.

In figurile 44,45,46,47,48 si 49 sunt reprezentate graficele T-s pentru ciclul de lichefiere azot calculate cu ecuatiile Beattie-Bridgeman, tratate in capitolul 5, necesare pentru o mai buna urmarire a procesului din instalatia 300 de distilare criogenica pentru traseul cu azot, in vederea determinarii unui randament cat mai mare al turbodetentorului.

Figura 44

Figura 45

Figura 46

Figura 47

Figura 48

Figura 49

7.CONCLUZII

7.1 Sumarul tezei

Principalul obiectiv al tezei l-a reprezentat realizarea si optimizarea sistemului de monitorizare parametrii in programul LabView din instalatia pilot experimental de separarea tritiului, prin modelarea si simularea principalelor procese si anume: de schimb izotopic-instalatia 100, de purificare prin ardere catalitica – instalatia 200 si de distilare criogenica-instalatia 300 .Indeplinirea acestor obiective a fost urmarita in mai multe etape dupa cum urmeaza:

– cresterea performantelor de informatizare prin introducerea unui numar mai mare de senzori in instalatia de separare tritiu, pentru monitorizarea principalilor parametrii din modulele de schimb izotopic, purificare si distilare criogenica, si modernizarea prin echipamente hardware mai dezvoltate;

– perfectionarea modelului procesului, in sensul identificarii parametrilor si a relatiilor, in special pe instalatiile 100 si 300;

– efectuarea de simulari procese din instalatia pilot de separare tritiu ,folosind software-ul dezvoltat LabView, cu extensie : LabView DSC, LabView Real-Time si LabView 8 pentru modelarea matematica;

– optimizarea sistemului de monitorizare parametrii, care vizeaza cresterea randamentului turbodetentorului din instalatia de separare tritiu,contribuind la dezvoltarea performantelor economice, ulterior cu transferul acestor realizari la instalatiile industriale nucleare de separare tritiu, mai precis pentru Centrala Nucleara de la Cernavoda;

In capitolul 2 al tezei este descrisa instalatia pilot de separare a tritiului, unde procesul tehnologic care se desfasoara in modulele mentionate mai sus cuprinde urmatoarele faze tehnologice:

-Schimb izotopic in care se transfera tritiul din faza lichida (apa grea tritiata) in faza gazoasa (deuteriu sau hidrogen). Acest proces are loc in instalatia 100.

-Purificare in care deuteriul (hidrogenul) este ars intr-un reactor catalitic pentru eliminarea oxigenului continut, dupa care are loc o uscare avansata pe site moleculare. Aceasta faza are loc in instalatia 200.

-Separare criogenica in care are loc separarea izotopilor de hidrogen (D, T), prin distilare criogenica, obtinandu-se tritiu gazos concentrat si deuteriu. Amestecul tritiu-deuteriu obtinut in blazul coloanei de distilare criogenica este stocat la instalatia 700, iar deuteriul este reintrodus in circuit la instalatia 100. Acest proces are loc in instalatia 300.

-Stocare tritiu gaz unde tritiul gaz rezultat in instalatia 300 este imbuteliat in butelii sub forma de deutero – tritiura de titan. Aceasta faza are loc in instalatia 700.

In capitolul 3 s-a sintetizat situatia pe plan mondial si national a separarii tritiului. Instalatia pilot experimental pentru separarea deuteriului si tritiului a obtinut in decembrie 2004 autorizatia de punere in functiune din partea Consiliului National de Control a Activitatilor Nucleare (CNCAN). Incepand cu anul 2005 va intra in testele de punere in functiune in conformitate cu programele acceptate de catre acest for. Primul beneficiar al acestei tehnologii este SC NUCLEAR ELECTRICA SA Bucuresti, CNE CERNAVODA Unitatea 1, problematica transferului tehnologic catre reactorul 1 de la Cernavoda fiind de mare interes pentru specialistii din cadrul acesteia. Ca urmare, s-a elaborat un program de lucru pana in 2011 pentru realizarea unitatii de detritiere de la CNE PROD Cernavoda, Unitatea 1, cu toate etapele de realizare a instalatiei.

In capitolul 4 este descrisa realizarea de catre autoare a sistemului de monitorizare parametrii in programul LabView, pentru cele trei module importante din instalatie si anume 100, 200 si 300.

Avantajele oferite prin realizarea sistemului de monitorizare in LabView de catre autor, a parametrilor importanti din instalatie de separare a tritiului sunt urmatoarele:

afisarea si salvarea datelor in timp real care inlatura erorile datorate citirilor periodice de catre operator

afisarea datelor pe scheme sinoptice ce creste ergonomia utilizarii programelor

avertizarea in cazul neincadrarii limitelor impuse poate duce la substantiale economii

vizualizarea sub forma grafica a datelor memorate, pentru perioade definite de utilizator, permite o analiza facila a modului de operare a instalatiei de separare a tritiului si a defectelor aparute in timpul functionarii

cresterea numarului de senzori ( de la 60 la 100) montati in instalatie pentru cele trei module importante si anume modul 100-de schimb izotopic, modulul 200 de purificare si modulul 300 de distilare criogenica, pentru o mai buna monitorizare a procesului.

prin multiplexare s-au redus cablurile de conexiune pentru sistemul de achizitii date, achizitionand pe un singur canal al placii de achizitie 32 de puncte de masura diferentiale.

s-a folosit functia matematica in LabView pentru realizarea programelor de simulare si modelare a anumitor procese importante din instalatia de separare a tritiului

inlocuirea aparaturii existente initial in instalatie si anume ,indicatoare de presiune, nivelmetre, inregistratoare cu module noi si performante cum ar fi fieldpoint-uri, multiplexoare.

In capitolul 5, teza trateaza realizarea programului de calcul al entropiei si entalpiei in LabView, in functie de parametrii achizitionati cu sistemul de monitorizare pentru instalatia de distilare criogenica dar si simularea procesului de schimb izotopic prin calcularea constantelor de echilibru a reactiilor din coloana de schimb izotopic.

In capitolul 6 obiectivul principal urmarit de autoare a fost pentru realizarea optimizarii prin maximizarea randamentului turbodetentorului din instalatia 300 de distilare criogenica, pe ciclul de lichefiere azot.S-a urmarit in principal de catre autoare dezvoltarea unor programe software care sa simuleze evolutia procesului de lichefiere azot pe instalatia 300 de distilare criogenica din pilotul experimental de separare a tritiului, in functie de parametrii importanti achizitionati.

7.2 Contributiile tezei

Originalitatea tezei de doctorat consta in utilizarea programului LabView ( specializat pentru automatizari industriale), atat la monitorizarea instalatiei de separare a tritiului din apa grea tritiata cat si la analiza procesului, prin modelare matematica si simularea proceselor din principalele module din instalatie si anume: instalatia 100-de schimb izotopic, 200-de purificare prin ardere catalitica si 300-de distilare criogenica.

Principalele contributii personale pe planul informatizarii ce vizeaza realizarea sistemului de monitorizare sunt urmatoarele:

configurarea si realizarea modulelor software ale sistemului de achizitie de date in LabView pentru principalele module din instalatia de separare tritiu

modernizarea sistemului de monitorizare parametrii prin perfectionarea sistemului hardware cat si software prin introducerea de noi echipamente mult mai performante

realizarea schemelor sinoptice ale instalatiei de separare tritiu pe calculatorul din camera de comanda, ce ajuta ca operatorii instalatiei sa vizualizeze parametrii importanti din modulele 100,200 si 300 in timpul functionarii.

Principalele contributii personale, atat teoretice cat si practice, pe planul modelarii si simularii proceselor din instalatia pilot de separare a tritiului din apa grea tritiata , in principal pentru modulele 100-de schimb izotopic si 300- de distilare criogenica, sunt urmatoarele:

-realizarea si implementarea programul de calcul al entropiei si entalpiei in functie de temperatura (achizitionata cu programul de monitorizare in timp real) si presiune, realizat in LabView , cu reprezentarea grafica T- s ( temperatura entropie ), pentru instalatia 300 de distilare criogenica;

– realizarea si implementarea programului de simulare in LabView ,a procesului de schimb izotopic din instalatia 100, prin reprezentarea curbei de echilibru si cea de operare , determinate din calculul constantelor de echilibru atat in varful coloanei de schimb izotopic cat si la baza coloanei.

In cazul optimizarii ,In urma calculelor efectuate cu programul realizat in LabView s-a constatat ca influenta cea mai mare in maximizarea randamentului turbodetentorului din instalatia 300 de distilare criogenica, o au presiunile de la intrarea in turbodetentor (p312) cat si de la iesirea din turbodetentor (p317).

7.3 Dezvoltari posibile

Programele de monitorizare, modelare, simulare si optimizare realizate in LabView pot fi imbunatatite si modificate in mai multe moduri si in functie de evolutiile proceselor ce intervin in separarea tritiului din apa grea tritiata.

Deasemenea, se pot extinde metodele de simulare si optimizare si pentru instalatia 200 de purificare prin ardere catalitica, care nu a fost tratata in mod deosebit in teza.Avand in vedere ca teza a tratat in mod deosebit circuitul primar de hidrogen din instalatia 300 de distilare criogenica si circuitul de azot, se pot face studii privind comportamentul procesului de separare a tritiului si pe circuitul secundar de hidrogen.

In cazul in care programele pentru modelare matematica se fac in C++, se poate extinde posibilitatea, ca subrutine si functii din C++ sa fie transferate in LabView, pentru realizarea unei interfete mult mai complete a programelor de calcul matematic.

8.BIBLIOGRAFIE

Test and Measurement in Industrial Automation, National Instruments, 1997

AT-MIO/AI Series, National Instruments, May 1996

NI-DAQ software, National Instruments, 1996

“Electronica Industriala”, N. Dragulanescu, P. Constantin, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti 1983

“ Masurari electrice si electronice”, Costin Cepisca, Editura ICPE, Bucuresti 1997

“Aparate electronice pentru masurare si control”, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti 1985

“ DAQ, Getting Started with SCXI series”, National Instruments,1996

“Laboratory Automation using the IBM PC”, Stephen C.Gates & Jordan Becker,Prentice Hall,New Jersey 07632.

“Definirea parametrilor de control și reglaj ai instalației” elaborat de IMUC – Filiala de Proiectare București si IPA SA Bucuresti ( Etapa I partener-IPA SA Bucuresti la contract nr. 006/11.10.2001).

Cerințe de securitate nucleară – document nr. TR-XXXXX- DSN-ASN-1.5 elaborat de CITON

“Masini si Actionari Electrice-Elemente de Executie”, Alexandru Fransua, Razvan Magureanu, Editura Tehnica, Bucuresti 1986.

„LabView Datalogging and Supervisory Control Module”, manual de operare ,2001, Texas, National Instruments Company.

Regulament de Organizare si Functionare a CTE – ICSI.

“Traductoare pentru Automatizari Industriale- Vol 1”,G.Ionescu, R.Dobrescu, Droasca,Editura Tehnica,Bucuresti 1985.

“Traductoare pentru automatizari industriale-Vol2”, Gabriel Ionescu, Valentin Sgarciu, Horia Mihai Motit,Radu Dobrescu,Editura Tehnica Bucuresti, 1996

“Automatica de la A la Z”, G.Ionescu, V.Ionescu, Ed.Stiintifica si Enciclopedica, Bucuresti ,1987.

« Traductoare si instrumentatie virtuala », Valentin Sgarciu, Gabriel Ionescu,Madalin Stefan Vlad,Editura PRINTECH, Bucuresti,2007.

”Sistem performant pentru monitorizarea si optimizarea instalatiei de schimb izotopic din Pilotul Criogenic , cu module FieldPoint si soft LabVIEW”, Carmen Maria Retevoi (Moraru), Revista Automatizari si Instrumentatie, nr. 5/2003,serie noua, ISSN 1582-3334.

“System for Optimization and Control the processes from Isotopic Exchange Column”, Carmen Maria Retevoi (Moraru), Revista PHYSICA-Studia Universitas Babes Bolyai, Special Issue 2,PIM 2003, ISSN-0370-8578.

”Integrated Network of Control, for Tehnological Processes Applicable to Tritium Processing Plants,with Data Base and Processes Analysis”, Carmen Maria Retevoi (Moraru), Iuliana Stefan, Liviu Stefan, Ovidiu Balteanu, Bucur Ciprian, Anisia Bornea, Ioan Stefanescu, Proceeding Conferinta „ International Conference on Control and Applications”, Montreal, Canada, Editura ACTA PRESS 2006, ISBN: 0-88986-596-5, ISSN:1025-8973.

„Developments for „Virtual” monitoring and process simulation of the Cryogenic Pilot Plant ”, Carmen Maria Moraru, Iuliana Stefan, Liviu Stefan, Ovidiu Balteanu, Bucur Ciprian, Anisia Bornea, Ioan Stefanescu, publicatie in „ International Journal of Applied Mathematics and Computer Sciences, Vol.20, 2007 ISSN 1305-5313, pag 28-31, WASET, World Academy of Science , Engineering and Technology, Barcelona, Spania.

“Research and Development for monitoring and control system of Cryogenic Pilot Plant with “virtual” simulation and data analyses process”, Carmen Maria Moraru ,Iuliana Stefan, Liviu Stefan, Ovidiu Balteanu, Bucur Ciprian, Anisia Bornea, Ioan Stefanescu, Publicatie in “ Mathemathical Methods and Computational Techniques in Research and Education”, Editura WSEAS Press,Franta 2007, ISSN 1790-5117,pag.312-314.

„Process analyses and monitoring system in Labview Data Logging and Supervisory Control Module of the cryogenic pilot plant for tritium removal”, Carmen Maria Moraru, Iuliana Stefan, Liviu Stefan, Ovidiu Balteanu, Bucur Ciprian, Anisia Bornea, Ioan Stefanescu, Publicatie in “Energy and Environment III”, WSEAS Press Feb. 2008, University of Cambridge,ISBN 978-960-6766-43-5, ISSN 1790-5095.

“Sistem performant pentru cresterea nivelului de securitate a echipamentelor de comanda si protectie a instalatiilor de detritiere a apei grele”, Carmen Maria Retevoi (Moraru), MENER 2002, Bucuresti, Noiembrie 21-22, ISBN 973-648-079-8, pag. 393.

Mihura B.-LabView for data Aquisition, Prentice Hall, 2001

Essick J. Advanced LabView Labs, Prentice Hall, 1998

Sokoloff L.-Applications in LabView, Prentice Hall, 2003

"Virtual Instrumentation for monitoring the purifying installation from Cryogenic Pilot Plant with Remote Data Acquisition”, Retevoi Carmen Maria (Moraru), Stefan Ovidiu Liviu , Cristescu Ion,NIWeek 2000,Texas,Austin,19-23 august. Winner Paper-The best paper in Research-Development contest.

“PC-Based Data Acquisition System for Measurement and Control of an Isotopic Exchange Installation”-”LabView for Automotive, Telecommunications, Semiconductor, Biomedical and Other Applications”, Carmen Maria Retevoi (Moraru), Ion Cristescu, Liviu Stefan, Prentice Hall, USA,2000, ISBN 0-13-019963-X,pag.185-190

”Sistem performant pentru monitorizarea si optimizarea instalatiei de schimb izotopic din Pilotul Criogenic , cu module FieldPoint si soft LabVIEW”, Carmen Maria Retevoi (Moraru), Iuliana Stefan, Ovidiu Balteanu, Liviu Stefan, Ioan Stefanescu , Revista Automatizari si Instrumentatie, nr. 1/2003,serie noua, ISSN 1582-3334

“Dynamic Informational System for Control and Monitoring the Tritium Removal Pilot Plant with Data Transfer and Process Analyses”, autori : Carmen Maria Retevoi (Moraru), Iuliana Stefan, Ovidiu Balteanu, Liviu Stefan, “The 2005 International Conference on Software Engineering Research and Practice”, organized by the “World Academy of Science”-USA, Las Vegas,Nevada, ISBN 1-932415-49-1, pag. 634-639.

“Data acquisition system for optimization and control of the processes from an isotopic exchange column”, Retevoi Carmen Maria (Moraru),Stefan Iuliana, Anisia Bornea,-Advanced computational methods in heat transfer VIII-Vol.5, Lisabona, Portugalia, 2004,pag.381-385.

“Data acquisition and control system for heavy water detritiation plant”, I.Stefan, Retevoi Carmen Maria (Moraru), L.Stefan-Fusion Engineering and design, Vol.66-8,pag.931-934,2003, ,Finlanda.

“Data acquisition system for radio-frecquency measurement of two-phases hydrogen flow”,Brad S.,Balteanu O.,Retevoi Carmen Maria(Moraru), Sixth Cryogenics 2000, Proceeding, Vol.6, pag.64-65,2000,Praga,Cehia.

“Monitoring of a cryogenic plant for tritium separation”, autori: , Retevoi (Moraru) Carmen Maria, , Modelling and optimisation for energy saving and pollution reduction, 1999, Budapesta,pag. 181-186

“Analysis and improvement method for an experimental/industrial process of hydrogen cryogenic distillation”, autori:Stefan I., Stefan L., Moraru C. et al., Proceeding of the 2nd European Computing Conference,2008,Malta, pag 420-423.

“A concept about using LabView for Estimation of In-Vessel Tritium Inventory in a WDS”, autori:Stefan I., Stefan L., Bidica N, Moraru C, etc,Proceeding of World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol 20, Spania 2007, pag 119-121.

“Contributions to the monitoring’s optimization of the installation for tritium separation from tritiated heavy water “, Carmen Maria Moraru, Gabriel Ionescu, in curs de publicare in Buletinul Stiintific al UPB, UPB- 2009.

Anexa 1

Fisier de date cu temperaturi si presiuni pentru calculul curbei T-s Azot

6/2/08 7:16 AM 128.64 109.75 93.09 96.37

6/2/08 7:16 AM 128.64 109.75 93.09 96.37

6/2/08 7:16 AM 128.64 109.75 93.09 96.37

6/2/08 7:20 AM 130.20 110.27 93.35 95.87

6/2/08 7:24 AM 130.36 110.36 93.31 95.71

6/2/08 7:27 AM 130.49 110.57 93.38 95.79

6/2/08 7:31 AM 130.61 110.50 93.51 95.98

6/2/08 7:34 AM 130.60 110.55 93.54 96.30

6/2/08 7:38 AM 130.61 110.50 93.51 96.51

6/2/08 7:42 AM 130.60 110.49 93.51 96.43

6/2/08 7:45 AM 130.55 110.48 93.54 96.34

6/2/08 7:49 AM 130.51 110.43 93.43 96.26

6/2/08 7:52 AM 130.68 110.56 93.54 96.37

6/2/08 7:56 AM 130.64 110.08 93.52 96.33

6/2/08 8:00 AM 130.54 110.37 93.52 96.26

6/2/08 8:03 AM 130.62 110.54 93.49 96.14

6/2/08 8:07 AM 130.51 110.45 93.47 96.13

6/2/08 8:10 AM 130.56 110.37 93.44 95.91

6/2/08 8:14 AM 130.63 110.68 93.55 96.02

6/2/08 8:18 AM 130.66 111.19 92.84 96.02

6/2/08 8:21 AM 130.55 110.40 93.45 96.01

6/2/08 8:25 AM 130.50 110.41 93.48 96.06

6/2/08 8:29 AM 130.60 110.46 93.50 96.18

6/2/08 8:32 AM 130.67 110.47 93.48 96.05

6/2/08 8:36 AM 130.62 110.44 93.48 96.16

6/2/08 8:39 AM 130.68 110.46 93.48 96.14

6/2/08 8:43 AM 130.68 110.46 93.45 96.10

6/2/08 8:47 AM 130.68 110.48 93.38 95.99

6/2/08 8:50 AM 130.50 114.86 94.04 96.03

6/2/08 8:54 AM 130.75 110.71 93.47 96.15

6/2/08 8:57 AM 130.85 110.51 93.49 96.04

6/2/08 9:01 AM 130.76 110.95 93.31 96.04

6/2/08 9:05 AM 130.75 110.57 93.46 96.06

6/2/08 9:08 AM 130.86 111.19 93.51 95.94

6/2/08 9:12 AM 130.91 110.60 93.45 95.93

6/2/08 9:15 AM 130.97 110.68 93.50 96.06

6/2/08 9:19 AM 130.98 110.66 93.57 96.06

6/2/08 9:23 AM 131.00 110.61 93.51 95.90

6/2/08 9:26 AM 131.03 110.68 93.56 96.06

6/2/08 9:30 AM 130.97 110.65 93.55 96.02

Anexa 2

program Entropie-Entalpie;

uses wincrt;

et1;

const

R=0.08206;

TR=120.;

PR=20.;

HR=3600.;

SR=81.1;

var

TVAL,p,CPR,T,BETA,GAMA,DELTA,BETAP,GAMAP,DELTAP,BETAS,GAMAS,

DELTAS:REAL;

ssc,dt,sd,ssd,sc,scr,tf,sc1,ssc1,sc2,ssc2,sc3,ssc3,vr,v,sd1,q1,q2,q3:real;

fvf1,sfvf1,fvr,sfvr,fvf,sfvf,cprx,cpry,cprz,cprtr,cprtf,cprtf1,cprtf2:real;

SCON,htp,stp,fvf2,sfvf2:real;

n1,n2,n,j,kc:integer;

FUNCTION F3(X:REAL):REAL;

BEGIN

F3:=X*SQR(X);

END;

FUNCTION F4(X:REAL):REAL;

BEGIN

F4:=SQR(X)*SQR(X);

END;

FUNCTION FF3(X,BETAS,GAMAS,DELTAS:REAL):REAL;

BEGIN

FF3:=BETAS/X+GAMAS/(2*SQR(X))+DELTAS/(3*F3(X));

END;

FUNCTION FVAL(X:REAL):REAL;

BEGIN

FVAL:=-0.028*SQR(P)+1.882*P+29.38;

END;

procedure scpr(t:real; var cpr:real);

const

R=8.314;

TROT=84.97;

var

q1p,q2p,q3p,q4p,q1o,q2o,q3o,q4o:real;

l,lp,lo:integer;

begin

lp:=2;

lo:=3;

Q1p:=0.;

q2p:=0.;

Q3p:=0.;

Q4p:=0.;

Q1o:=0.;

Q2o:=0.;

Q3o:=0.;

Q4o:=0.;

l:=0;

if t>60 then

begin

lp:=4;

lo:=5;

end;

if t>220 then

begin

lp:=6;

lo:=7;

end;

repeat

Q1p:=EXP(-L*(L+1)*TROT/T);

Q2p:=Q2p+(2*L+1)*sqr(L*(L+1))*Q1p;

Q3p:=Q3p+(2*L+1)*Q1p;

Q4p:=Q4p+(2*L+1)*L*(L+1)*Q1p;

l:=l+2;

until l>=lp;

L:=1;

repeat

Q1o:=EXP(-L*(L+1)*TROT/T);

Q2o:=Q2o+(2*L+1)*sqr(L)*sqr(L+1)*Q1o;

Q3o:=Q3o+(2*L+1)*Q1o;

Q4o:=Q4o+(2*L+1)*L*(L+1)*Q1o;

L:=L+2;

UNTIL L>=lo;

cpr:=r*sqr(trot/t)*((q2p+3*q2o)/(q3p+3*q3o)-sqr((q4p+3*q4o)/(q3p+3*q3o)));

END;

pROcedurE COEF (T:real;var BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS:real);

const

A0=0.1975;

A=-0.00506;

B0=0.02096;

B=-0.04359;

C=5040;

begin

BETA:=-A0+B0*R*T-C*R/sqr(T);

BETAP:=B0*R+2*C*R/f3(T);

BETAS:=-6*C*R/f4(T);

GAMA:=A*A0-B*B0*R*T-C*B0*R/sqr(T);

GAMAP:=-B*B0*R+2*C*B0*R/f3(T);

GAMAS:=-6*C*B0*R/f4(T);

DELTA:=B*C*B0*R/sqr(T);

DELTAP:=-2*B*C*B0*R/f3(T);

DELTAS:=6*B*C*B0*R/f4(T);

END;

PROCEDURE REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA:REAL;var x:real);

CONST

NIT=100;

EPS=0.0001;

var

j:integer;

xs,xd,y,ys,yd:real;

FUNCTION GG(X:REAL):REAL;

BEGIN

GG:=P-R*T/X-BETA/SQR(X)-GAMA/f3(X)-DELTA/f4(x);

END;

BEGIN

xs:=0.5*r*t/p;

xd:=1.5*r*t/p;

for J:=1 to NIT do

begin

X:=(XS+XD)/2;

Y:=gG(X);

YS:=gG(XS);

YD:=GG(XD);

IF YS*Y=0. THEN EXIT;

IF YS*Y>0. THEN

begin

XS:=X;

YS:=Y;

IF ABS(XS-XD)<EPS THEN EXIT;

end;

if ys*y<0 then

begin

XD:=X;

YD:=Y;

IF ABS(XS-XD)<EPS then exit;

end;

end;

end;

begin

et1: writeln('PRESIUNE ( in bari ) =');

readln(p);

writeln('TEMPERATURA ( in k ) =');

readln(t);

TVAL:=FVAL(P);

IF TVAL>T THEN

BEGIN

WRITELN('ATENTIE!!! DOMENIU UNDE ECUATIA BEATTIE-BRIDGEMANN NU E VALABILA');

READLN;

GOTO ET1;

END;

N1:=round(ABS(T-TR));

N2:=round(ABS(P-PR));

N:=N1;

iF N2>N1 then N:=N2;

TF:=T;

T:=TR;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(PR,TR,BETA,GAMA,DELTA,VR);

REII(P,TR,BETA,GAMA,DELTA,V);

SD1:=P*V-PR*VR;

Q1:=BETA-TR*BETAP;

Q2:=GAMA-TR*GAMAP;

Q3:=DELTA-TR*DELTAp;

SD:=Q1/V-Q1/VR+Q2/(2*sqr(V))-Q2/(2*sqr(VR))+Q3/(3*f3(V))-Q3/(3*f3(VR));

SD:=(SD+SD1)*100.;

Ssd:=-R*Ln(V/VR)+BETAP*(1/V-1/VR)+GAMAP*(1/sqr(V)-1/sqr(VR))/2+DELTAp*

(1/f3(V)-1/f3(VR))/3;

SSD:=SSD*100.;

SC:=0.;

SCR:=0.;

SSC:=0.;

DT:=(TF-TR)/N;

for J:=1 to N-1 do

begin

T:=TR+J*DT;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

sc1:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

SCPR(T,CPRx);

SSC1:=(SC1*100.+CPRX)/T;

T:=T+DT/3;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

sc2:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

SCPR(T,CPRy);

SSC2:=(SC2*100.+CPRY)/T;

T:=T+2*DT/3;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

sc3:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

SCPR(T,CPRz);

SSC3:=(SC3*100.+CPRZ)/T;

SC:=SC+SC1+3*(SC1+SC2)/2;

SCR:=SCR+CPRX+3*(CPRY+CPRZ)/2;

SSC:=SSC+SSC1+3*(SSC2+SSC3)/2;

end;

T:=TR;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

fvr:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

SCPR(T,CPRTR);

SFVR:=(FVR*100.+CPRTR)/T;

T:=TF;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

fvf:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

SCPR(T,CPRTF);

SFVF:=(FVF*100.+CPRTF)/T;

SCON:=SR+3*8.314/2*LN(TF/TR)-SSD+DT/4*((SFVR+SFVF)/2+SSC1+3*(SSC2+SSC3)/2);

WRITELN('SCON ',SCON);

T:=TF+DT/3;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

fvf1:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

sCPR(T,CPRTF1);

SFVF1:=(FVF1*100.+CPRTF1)/T;

T:=TF+2*DT/3;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

fvf2:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

SCPR(T,CPRTF2);

SFVF2:=(FVF2*100.+CPRTF2)/T;

SC:=(SC+FVR+FVF+3*(FVF1+FVF2)/2.0)*100.*DT/4;

SCR:=(SCR+CPRTR+CPRTF+3*(CPRTF1+CPRTF2)/2)*DT/4;

SC:=SC+SCR;

HTP:=HR+SC+SD+(TF-TR)*3*8.314/2.;

STP:=SR-SSD+(SSC+(SfvR+SFVF)/2+3*(SFVF1+SFVF2)/2)*DT/4;

STP:=STP+3*8.314/2*Ln(Tf/TR);

WRITEln('HTP ',htp,' stp ',stp);

readln;

writeln('repetam? daca da 1');

readln(kc);

if kc=1 then goto et1;

END.

BIBLIOGRAFIE

Test and Measurement in Industrial Automation, National Instruments, 1997

AT-MIO/AI Series, National Instruments, May 1996

NI-DAQ software, National Instruments, 1996

“Electronica Industriala”, N. Dragulanescu, P. Constantin, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti 1983

“ Masurari electrice si electronice”, Costin Cepisca, Editura ICPE, Bucuresti 1997

“Aparate electronice pentru masurare si control”, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti 1985

“ DAQ, Getting Started with SCXI series”, National Instruments,1996

“Laboratory Automation using the IBM PC”, Stephen C.Gates & Jordan Becker,Prentice Hall,New Jersey 07632.

“Definirea parametrilor de control și reglaj ai instalației” elaborat de IMUC – Filiala de Proiectare București si IPA SA Bucuresti ( Etapa I partener-IPA SA Bucuresti la contract nr. 006/11.10.2001).

Cerințe de securitate nucleară – document nr. TR-XXXXX- DSN-ASN-1.5 elaborat de CITON

“Masini si Actionari Electrice-Elemente de Executie”, Alexandru Fransua, Razvan Magureanu, Editura Tehnica, Bucuresti 1986.

„LabView Datalogging and Supervisory Control Module”, manual de operare ,2001, Texas, National Instruments Company.

Regulament de Organizare si Functionare a CTE – ICSI.

“Traductoare pentru Automatizari Industriale- Vol 1”,G.Ionescu, R.Dobrescu, Droasca,Editura Tehnica,Bucuresti 1985.

“Traductoare pentru automatizari industriale-Vol2”, Gabriel Ionescu, Valentin Sgarciu, Horia Mihai Motit,Radu Dobrescu,Editura Tehnica Bucuresti, 1996

“Automatica de la A la Z”, G.Ionescu, V.Ionescu, Ed.Stiintifica si Enciclopedica, Bucuresti ,1987.

« Traductoare si instrumentatie virtuala », Valentin Sgarciu, Gabriel Ionescu,Madalin Stefan Vlad,Editura PRINTECH, Bucuresti,2007.

”Sistem performant pentru monitorizarea si optimizarea instalatiei de schimb izotopic din Pilotul Criogenic , cu module FieldPoint si soft LabVIEW”, Carmen Maria Retevoi (Moraru), Revista Automatizari si Instrumentatie, nr. 5/2003,serie noua, ISSN 1582-3334.

“System for Optimization and Control the processes from Isotopic Exchange Column”, Carmen Maria Retevoi (Moraru), Revista PHYSICA-Studia Universitas Babes Bolyai, Special Issue 2,PIM 2003, ISSN-0370-8578.

”Integrated Network of Control, for Tehnological Processes Applicable to Tritium Processing Plants,with Data Base and Processes Analysis”, Carmen Maria Retevoi (Moraru), Iuliana Stefan, Liviu Stefan, Ovidiu Balteanu, Bucur Ciprian, Anisia Bornea, Ioan Stefanescu, Proceeding Conferinta „ International Conference on Control and Applications”, Montreal, Canada, Editura ACTA PRESS 2006, ISBN: 0-88986-596-5, ISSN:1025-8973.

„Developments for „Virtual” monitoring and process simulation of the Cryogenic Pilot Plant ”, Carmen Maria Moraru, Iuliana Stefan, Liviu Stefan, Ovidiu Balteanu, Bucur Ciprian, Anisia Bornea, Ioan Stefanescu, publicatie in „ International Journal of Applied Mathematics and Computer Sciences, Vol.20, 2007 ISSN 1305-5313, pag 28-31, WASET, World Academy of Science , Engineering and Technology, Barcelona, Spania.

“Research and Development for monitoring and control system of Cryogenic Pilot Plant with “virtual” simulation and data analyses process”, Carmen Maria Moraru ,Iuliana Stefan, Liviu Stefan, Ovidiu Balteanu, Bucur Ciprian, Anisia Bornea, Ioan Stefanescu, Publicatie in “ Mathemathical Methods and Computational Techniques in Research and Education”, Editura WSEAS Press,Franta 2007, ISSN 1790-5117,pag.312-314.

„Process analyses and monitoring system in Labview Data Logging and Supervisory Control Module of the cryogenic pilot plant for tritium removal”, Carmen Maria Moraru, Iuliana Stefan, Liviu Stefan, Ovidiu Balteanu, Bucur Ciprian, Anisia Bornea, Ioan Stefanescu, Publicatie in “Energy and Environment III”, WSEAS Press Feb. 2008, University of Cambridge,ISBN 978-960-6766-43-5, ISSN 1790-5095.

“Sistem performant pentru cresterea nivelului de securitate a echipamentelor de comanda si protectie a instalatiilor de detritiere a apei grele”, Carmen Maria Retevoi (Moraru), MENER 2002, Bucuresti, Noiembrie 21-22, ISBN 973-648-079-8, pag. 393.

Mihura B.-LabView for data Aquisition, Prentice Hall, 2001

Essick J. Advanced LabView Labs, Prentice Hall, 1998

Sokoloff L.-Applications in LabView, Prentice Hall, 2003

"Virtual Instrumentation for monitoring the purifying installation from Cryogenic Pilot Plant with Remote Data Acquisition”, Retevoi Carmen Maria (Moraru), Stefan Ovidiu Liviu , Cristescu Ion,NIWeek 2000,Texas,Austin,19-23 august. Winner Paper-The best paper in Research-Development contest.

“PC-Based Data Acquisition System for Measurement and Control of an Isotopic Exchange Installation”-”LabView for Automotive, Telecommunications, Semiconductor, Biomedical and Other Applications”, Carmen Maria Retevoi (Moraru), Ion Cristescu, Liviu Stefan, Prentice Hall, USA,2000, ISBN 0-13-019963-X,pag.185-190

”Sistem performant pentru monitorizarea si optimizarea instalatiei de schimb izotopic din Pilotul Criogenic , cu module FieldPoint si soft LabVIEW”, Carmen Maria Retevoi (Moraru), Iuliana Stefan, Ovidiu Balteanu, Liviu Stefan, Ioan Stefanescu , Revista Automatizari si Instrumentatie, nr. 1/2003,serie noua, ISSN 1582-3334

“Dynamic Informational System for Control and Monitoring the Tritium Removal Pilot Plant with Data Transfer and Process Analyses”, autori : Carmen Maria Retevoi (Moraru), Iuliana Stefan, Ovidiu Balteanu, Liviu Stefan, “The 2005 International Conference on Software Engineering Research and Practice”, organized by the “World Academy of Science”-USA, Las Vegas,Nevada, ISBN 1-932415-49-1, pag. 634-639.

“Data acquisition system for optimization and control of the processes from an isotopic exchange column”, Retevoi Carmen Maria (Moraru),Stefan Iuliana, Anisia Bornea,-Advanced computational methods in heat transfer VIII-Vol.5, Lisabona, Portugalia, 2004,pag.381-385.

“Data acquisition and control system for heavy water detritiation plant”, I.Stefan, Retevoi Carmen Maria (Moraru), L.Stefan-Fusion Engineering and design, Vol.66-8,pag.931-934,2003, ,Finlanda.

“Data acquisition system for radio-frecquency measurement of two-phases hydrogen flow”,Brad S.,Balteanu O.,Retevoi Carmen Maria(Moraru), Sixth Cryogenics 2000, Proceeding, Vol.6, pag.64-65,2000,Praga,Cehia.

“Monitoring of a cryogenic plant for tritium separation”, autori: , Retevoi (Moraru) Carmen Maria, , Modelling and optimisation for energy saving and pollution reduction, 1999, Budapesta,pag. 181-186

“Analysis and improvement method for an experimental/industrial process of hydrogen cryogenic distillation”, autori:Stefan I., Stefan L., Moraru C. et al., Proceeding of the 2nd European Computing Conference,2008,Malta, pag 420-423.

“A concept about using LabView for Estimation of In-Vessel Tritium Inventory in a WDS”, autori:Stefan I., Stefan L., Bidica N, Moraru C, etc,Proceeding of World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol 20, Spania 2007, pag 119-121.

“Contributions to the monitoring’s optimization of the installation for tritium separation from tritiated heavy water “, Carmen Maria Moraru, Gabriel Ionescu, in curs de publicare in Buletinul Stiintific al UPB, UPB- 2009.

Anexa 1

Fisier de date cu temperaturi si presiuni pentru calculul curbei T-s Azot

6/2/08 7:16 AM 128.64 109.75 93.09 96.37

6/2/08 7:16 AM 128.64 109.75 93.09 96.37

6/2/08 7:16 AM 128.64 109.75 93.09 96.37

6/2/08 7:20 AM 130.20 110.27 93.35 95.87

6/2/08 7:24 AM 130.36 110.36 93.31 95.71

6/2/08 7:27 AM 130.49 110.57 93.38 95.79

6/2/08 7:31 AM 130.61 110.50 93.51 95.98

6/2/08 7:34 AM 130.60 110.55 93.54 96.30

6/2/08 7:38 AM 130.61 110.50 93.51 96.51

6/2/08 7:42 AM 130.60 110.49 93.51 96.43

6/2/08 7:45 AM 130.55 110.48 93.54 96.34

6/2/08 7:49 AM 130.51 110.43 93.43 96.26

6/2/08 7:52 AM 130.68 110.56 93.54 96.37

6/2/08 7:56 AM 130.64 110.08 93.52 96.33

6/2/08 8:00 AM 130.54 110.37 93.52 96.26

6/2/08 8:03 AM 130.62 110.54 93.49 96.14

6/2/08 8:07 AM 130.51 110.45 93.47 96.13

6/2/08 8:10 AM 130.56 110.37 93.44 95.91

6/2/08 8:14 AM 130.63 110.68 93.55 96.02

6/2/08 8:18 AM 130.66 111.19 92.84 96.02

6/2/08 8:21 AM 130.55 110.40 93.45 96.01

6/2/08 8:25 AM 130.50 110.41 93.48 96.06

6/2/08 8:29 AM 130.60 110.46 93.50 96.18

6/2/08 8:32 AM 130.67 110.47 93.48 96.05

6/2/08 8:36 AM 130.62 110.44 93.48 96.16

6/2/08 8:39 AM 130.68 110.46 93.48 96.14

6/2/08 8:43 AM 130.68 110.46 93.45 96.10

6/2/08 8:47 AM 130.68 110.48 93.38 95.99

6/2/08 8:50 AM 130.50 114.86 94.04 96.03

6/2/08 8:54 AM 130.75 110.71 93.47 96.15

6/2/08 8:57 AM 130.85 110.51 93.49 96.04

6/2/08 9:01 AM 130.76 110.95 93.31 96.04

6/2/08 9:05 AM 130.75 110.57 93.46 96.06

6/2/08 9:08 AM 130.86 111.19 93.51 95.94

6/2/08 9:12 AM 130.91 110.60 93.45 95.93

6/2/08 9:15 AM 130.97 110.68 93.50 96.06

6/2/08 9:19 AM 130.98 110.66 93.57 96.06

6/2/08 9:23 AM 131.00 110.61 93.51 95.90

6/2/08 9:26 AM 131.03 110.68 93.56 96.06

6/2/08 9:30 AM 130.97 110.65 93.55 96.02

Anexa 2

program Entropie-Entalpie;

uses wincrt;

et1;

const

R=0.08206;

TR=120.;

PR=20.;

HR=3600.;

SR=81.1;

var

TVAL,p,CPR,T,BETA,GAMA,DELTA,BETAP,GAMAP,DELTAP,BETAS,GAMAS,

DELTAS:REAL;

ssc,dt,sd,ssd,sc,scr,tf,sc1,ssc1,sc2,ssc2,sc3,ssc3,vr,v,sd1,q1,q2,q3:real;

fvf1,sfvf1,fvr,sfvr,fvf,sfvf,cprx,cpry,cprz,cprtr,cprtf,cprtf1,cprtf2:real;

SCON,htp,stp,fvf2,sfvf2:real;

n1,n2,n,j,kc:integer;

FUNCTION F3(X:REAL):REAL;

BEGIN

F3:=X*SQR(X);

END;

FUNCTION F4(X:REAL):REAL;

BEGIN

F4:=SQR(X)*SQR(X);

END;

FUNCTION FF3(X,BETAS,GAMAS,DELTAS:REAL):REAL;

BEGIN

FF3:=BETAS/X+GAMAS/(2*SQR(X))+DELTAS/(3*F3(X));

END;

FUNCTION FVAL(X:REAL):REAL;

BEGIN

FVAL:=-0.028*SQR(P)+1.882*P+29.38;

END;

procedure scpr(t:real; var cpr:real);

const

R=8.314;

TROT=84.97;

var

q1p,q2p,q3p,q4p,q1o,q2o,q3o,q4o:real;

l,lp,lo:integer;

begin

lp:=2;

lo:=3;

Q1p:=0.;

q2p:=0.;

Q3p:=0.;

Q4p:=0.;

Q1o:=0.;

Q2o:=0.;

Q3o:=0.;

Q4o:=0.;

l:=0;

if t>60 then

begin

lp:=4;

lo:=5;

end;

if t>220 then

begin

lp:=6;

lo:=7;

end;

repeat

Q1p:=EXP(-L*(L+1)*TROT/T);

Q2p:=Q2p+(2*L+1)*sqr(L*(L+1))*Q1p;

Q3p:=Q3p+(2*L+1)*Q1p;

Q4p:=Q4p+(2*L+1)*L*(L+1)*Q1p;

l:=l+2;

until l>=lp;

L:=1;

repeat

Q1o:=EXP(-L*(L+1)*TROT/T);

Q2o:=Q2o+(2*L+1)*sqr(L)*sqr(L+1)*Q1o;

Q3o:=Q3o+(2*L+1)*Q1o;

Q4o:=Q4o+(2*L+1)*L*(L+1)*Q1o;

L:=L+2;

UNTIL L>=lo;

cpr:=r*sqr(trot/t)*((q2p+3*q2o)/(q3p+3*q3o)-sqr((q4p+3*q4o)/(q3p+3*q3o)));

END;

pROcedurE COEF (T:real;var BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS:real);

const

A0=0.1975;

A=-0.00506;

B0=0.02096;

B=-0.04359;

C=5040;

begin

BETA:=-A0+B0*R*T-C*R/sqr(T);

BETAP:=B0*R+2*C*R/f3(T);

BETAS:=-6*C*R/f4(T);

GAMA:=A*A0-B*B0*R*T-C*B0*R/sqr(T);

GAMAP:=-B*B0*R+2*C*B0*R/f3(T);

GAMAS:=-6*C*B0*R/f4(T);

DELTA:=B*C*B0*R/sqr(T);

DELTAP:=-2*B*C*B0*R/f3(T);

DELTAS:=6*B*C*B0*R/f4(T);

END;

PROCEDURE REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA:REAL;var x:real);

CONST

NIT=100;

EPS=0.0001;

var

j:integer;

xs,xd,y,ys,yd:real;

FUNCTION GG(X:REAL):REAL;

BEGIN

GG:=P-R*T/X-BETA/SQR(X)-GAMA/f3(X)-DELTA/f4(x);

END;

BEGIN

xs:=0.5*r*t/p;

xd:=1.5*r*t/p;

for J:=1 to NIT do

begin

X:=(XS+XD)/2;

Y:=gG(X);

YS:=gG(XS);

YD:=GG(XD);

IF YS*Y=0. THEN EXIT;

IF YS*Y>0. THEN

begin

XS:=X;

YS:=Y;

IF ABS(XS-XD)<EPS THEN EXIT;

end;

if ys*y<0 then

begin

XD:=X;

YD:=Y;

IF ABS(XS-XD)<EPS then exit;

end;

end;

end;

begin

et1: writeln('PRESIUNE ( in bari ) =');

readln(p);

writeln('TEMPERATURA ( in k ) =');

readln(t);

TVAL:=FVAL(P);

IF TVAL>T THEN

BEGIN

WRITELN('ATENTIE!!! DOMENIU UNDE ECUATIA BEATTIE-BRIDGEMANN NU E VALABILA');

READLN;

GOTO ET1;

END;

N1:=round(ABS(T-TR));

N2:=round(ABS(P-PR));

N:=N1;

iF N2>N1 then N:=N2;

TF:=T;

T:=TR;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(PR,TR,BETA,GAMA,DELTA,VR);

REII(P,TR,BETA,GAMA,DELTA,V);

SD1:=P*V-PR*VR;

Q1:=BETA-TR*BETAP;

Q2:=GAMA-TR*GAMAP;

Q3:=DELTA-TR*DELTAp;

SD:=Q1/V-Q1/VR+Q2/(2*sqr(V))-Q2/(2*sqr(VR))+Q3/(3*f3(V))-Q3/(3*f3(VR));

SD:=(SD+SD1)*100.;

Ssd:=-R*Ln(V/VR)+BETAP*(1/V-1/VR)+GAMAP*(1/sqr(V)-1/sqr(VR))/2+DELTAp*

(1/f3(V)-1/f3(VR))/3;

SSD:=SSD*100.;

SC:=0.;

SCR:=0.;

SSC:=0.;

DT:=(TF-TR)/N;

for J:=1 to N-1 do

begin

T:=TR+J*DT;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

sc1:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

SCPR(T,CPRx);

SSC1:=(SC1*100.+CPRX)/T;

T:=T+DT/3;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

sc2:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

SCPR(T,CPRy);

SSC2:=(SC2*100.+CPRY)/T;

T:=T+2*DT/3;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

sc3:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

SCPR(T,CPRz);

SSC3:=(SC3*100.+CPRZ)/T;

SC:=SC+SC1+3*(SC1+SC2)/2;

SCR:=SCR+CPRX+3*(CPRY+CPRZ)/2;

SSC:=SSC+SSC1+3*(SSC2+SSC3)/2;

end;

T:=TR;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

fvr:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

SCPR(T,CPRTR);

SFVR:=(FVR*100.+CPRTR)/T;

T:=TF;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

fvf:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

SCPR(T,CPRTF);

SFVF:=(FVF*100.+CPRTF)/T;

SCON:=SR+3*8.314/2*LN(TF/TR)-SSD+DT/4*((SFVR+SFVF)/2+SSC1+3*(SSC2+SSC3)/2);

WRITELN('SCON ',SCON);

T:=TF+DT/3;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

fvf1:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

sCPR(T,CPRTF1);

SFVF1:=(FVF1*100.+CPRTF1)/T;

T:=TF+2*DT/3;

COEF(T,BETA,BETAP,BETAS,GAMA,GAMAP,GAMAS,DELTA,DELTAP,DELTAS);

REII(P,T,BETA,GAMA,DELTA,V);

fvf2:=t*ff3(v,betas,gamas,deltas);

SCPR(T,CPRTF2);

SFVF2:=(FVF2*100.+CPRTF2)/T;

SC:=(SC+FVR+FVF+3*(FVF1+FVF2)/2.0)*100.*DT/4;

SCR:=(SCR+CPRTR+CPRTF+3*(CPRTF1+CPRTF2)/2)*DT/4;

SC:=SC+SCR;

HTP:=HR+SC+SD+(TF-TR)*3*8.314/2.;

STP:=SR-SSD+(SSC+(SfvR+SFVF)/2+3*(SFVF1+SFVF2)/2)*DT/4;

STP:=STP+3*8.314/2*Ln(Tf/TR);

WRITEln('HTP ',htp,' stp ',stp);

readln;

writeln('repetam? daca da 1');

readln(kc);

if kc=1 then goto et1;

END.