在脉冲状态下测量脉冲萃取柱介质参数的测量装置.pdf

本发明涉及在脉动条件下，使用吹气装置测量放射性脉冲萃取柱界面、密度、液位等参数的稳定精确测量技术领域，具体是在脉冲状态下测量脉冲萃取柱介质参数的测量装置。目的在于：实现脉冲萃取柱脉动条件下介质参数如界面、密度、液位等的稳定精确测量。包含：伸入脉冲萃取柱中介质的吹气管、连接吹气管的压力/压差变送器、采集压力/压差变送器得到的来自吹气管的压力信号的处理装置；吹气管为从侧面插入脉冲萃取柱中介质，出气方向为水平方向，吹气出口在脉冲萃取柱内壁表面；在从吹气管到压力/压差变送器的吹气管路中包含气容阻尼器。本发明的优点在于：在实际使用过程中，能够有效获取参数，真实反映实际工况，为工艺操作提供了数据支持。

权利要求书一种在脉冲状态下测量脉冲萃取柱介质参数的测量装置，是对脉冲萃取柱中介质参数进行测量的一种吹气测量装置，包含：伸入脉冲萃取柱中介质的吹气管、连接吹气管的压力/压差变送器、采集压力/压差变送器得到的来自吹气管的压力信号的处理装置；其特征在于：吹气管为从侧面插入脉冲萃取柱中介质，出气方向为水平方向，吹气出口在脉冲萃取柱内壁表面；在从吹气管到压力/压差变送器的吹气管路中包含气容阻尼器。
如权利要求1所述的一种在脉冲状态下测量脉冲萃取柱介质参数的测量装置，其特征在于：吹气测量过程中，吹气流量为0‑10L/h。

说明书在脉冲状态下测量脉冲萃取柱介质参数的测量装置
技术领域
本发明涉及在脉动条件下，使用吹气装置测量放射性脉冲萃取柱界面、密度、液位等参数的稳定精确测量技术领域。
背景技术
脉冲萃取柱是上世纪六十年代根据核电站乏燃料后处理的需要发展起来的，在随后四十多年的工业应用中，脉冲萃取柱所具有的结构和萃取效率方面的优势，使其在乏燃料后处理中得到广泛应用，也成为高放射性废液分离流程中的关键设备之一。
脉冲萃取柱在乏燃料后处理试验厂(中试厂)工艺生产过程中主要用于萃取和反萃，它的运行情况直接影响到工艺生产过程。在脉冲萃取柱的运行过程中，主要是通过液位、界面、柱重等参数来监督柱子的运行情况，以方便工艺操作人员的判断。
在乏燃料处理过程中，由于乏燃料的放射性，脉冲萃取柱均安装于热室之中，选择何种测量方法实现此类设备液位、界面、柱重及倒空信号等关键参数的测量，是一个很重要的环节，选择的测量方法既要能够实现参数的准确测量，同时也要便于热室条件下的检修、维保。
我国老的放射性核设施多采用杆式仪表，此类仪表测量精度低、检修困难、放射性高，易对检修人员及厂房环境造成污染，已不适于测量需要；一些新型仪表，如超声波液位计、密度计、界面仪虽然测量精度高、性能稳定，亦可完成测量工作，但存在强放射环境下仪表的检修维护问题；鉴于国外后处理厂采用吹气法测量的应用情况，最终选择采用吹气测量这种测量技术，以期能够快速准确地实现脉冲萃取柱液位、界面和柱重及倒空信号等参数的测量，为工艺系统稳定运行提供可靠的数据依据。
前期的使用中，采用了如图1所示的测量系统，其中，脉冲萃取柱，其结构如图1所示，上端为上扩大段，中间为板段，下端为下扩散段，下扩散段中，安装有周期性的鼓入气体，使萃取柱的介质产生脉冲波动的脉冲腿，在生产过程中，需要对萃取柱的相关参数进行测量。由于不能采用接触式的测量方式，使用吹气装置作为非接触参数测量的一次装置，其测量值单位为差压，将其转换为操作人员所需的工程单位。上述脉冲萃取柱的运行环境为动态打脉冲条件，使该参数能稳定、真实的反映现场实际工况，参与脉冲萃取柱中不同介质的分界面(简称界面)高度调节，保证脉冲萃取柱系统稳定运行，这是一项关键技术。
其中，如图1所示，设置有Y3‑176、Y3‑177、Y3‑189、Y3‑190、Y3‑191、Y3‑192为吹气管。
在测试系统中，通过I/O采集模块直接采集现场压差变送器测量的压力差信号ΔPi，ΔPW，ΔPDo、ΔPDa，ΔPL，单位kPa；
其中，ΔPi为界面测量用压力差，单位：Kpa，由2个吹气管进行测量；
在萃取工作过程中，萃取柱中的界面高度被要求处于预定的控制测量范围之内，在此高度范围的上限和下限处分别布置2根吹气管(Y3‑190、Y3‑191)，2根吹气管分别连接到差压变送器，下管的单管压力减去上管的单管压力得到ΔPi，求差的过程由差压变送器完成；
ΔPW——柱重测量用压力差，kPa；由2个吹气管进行测量，在萃取柱的中间部分的上端和下端分别布置2根吹气管(Y3‑177、Y3‑189)，中间部分指进行水相和有机相进行混合的部分，又称为板段，下管的单管压力减去上管的单管压力得到ΔPW，求差的过程由差压变送器完成；
ΔPL——液位测量用压力差，kPa；由2个吹气管进行测量，在空气中布置1根上管(Y3‑176)，作为标准参考管，另外1根下管设置在上扩大段中底部，此处，可以共用测量柱重时使用的(Y3‑177)，在柱子的中间部分(板段)的上端设置的吹气管；
ΔPDo、ΔPDa——密度测量用压力差，分别对应于有机相和水相，kPa；
设置2组共4根吹气管分别对有机相和水相的压差进行测量，对应于萃取时水相连续和有机相连续这两种不同的情况，分别布置在不同位置，
对于水相连续的情况，此情况下，界面在萃取柱的上扩大段，在上扩大段设置4根吹气管；
测水相密度的上管是测界面的下管(界面控制测量范围下限处)，测水相密度的下管是测柱重的上管(板段上端)；2管压力求差得到ΔPDa；
测有机相密度的上管是单独设置，在液面(即溢流孔)以下，在界面(控制测量范围上限)以上；测有机相密度的下管与测界面的上管(界面控制测量范围上限处)共用；2管压力求差得到ΔPDo；
对于有机相连续的情况，此情况下，界面在萃取柱的下扩大段，在下扩大段设置4根吹气管；
测水相密度的上管与测界面的下管共用(界面控制测量范围的下限处)(Y3‑191)，测水相密度的下管单独设置(Y3‑192)，在界面控制测量范围下限以下，此处距萃取柱下扩大段底部为30mm～50mm；
测有机相密度的下管与测界面的上管共用(Y3‑190)；测有机相密度的上管是测柱重的下管(板段的下端)(Y3‑189)；
在测量上述变参量的同时，获取预先存储的实际的吹气管管间距Hi、HDo、HDa、HW、Hi，单位(mm)；
得到压力差之后，通过压力差数据计算萃取柱参数；
(1)计算密度
D＝(ΔPD*103)/(HD*g)
式中：
HD——2个密度测量吹气管位差，mm；可以分别表示：HDo，HDa；
ΔPD——密度测量用压力差，由差压变送器DT测得，kPa；可以分别表示：ΔPDo，ΔPDa；
D——密度g/cm3；可以分别表示：Do，Da；
(2)计算液位；
单一介质：L＝(ΔPL*103)/(Do*g)
含两相料液：L＝((ΔPL‑ΔPi)*103)/(Do*g)+Hi
ΔPL——液位测量用压力差，由差压变送器LT测得，kPa；
ΔPi——界面测量用压力差，由差压变送器LiT测得，kPa；
Do——有机相密度，g/cm3；
Hi——2个界面测量吹气管位差，mm；
L——液位，mm；
单一介质、两相料液是指上扩大段中的介质数量，水相连续(比例多的是连续相、少的是分散相)的时候，为两相料液；
有机相连续的时候，为单一介质；
(3)计算柱重；
柱重是指板段间脉冲萃取柱板段间水相有机相混合液的重量，首先计算其密度，由于容积已知，即可以得到重量，或者直接使用密度值也可以；
Dw＝(ΔPW*103)/(HW*g)
式中：
HW——柱重测量吹气管位差，mm；
Dw——脉冲萃取柱板段间水相有机相混合液的密度，g/cm3；
ΔPW——柱重测量差压变送器WT测得的压差，kPa；
(4)计算界面位置；
公式①：