专利名称：一种放射性气载流出物排放监测的自动控制系统及方法
技术领域：
本发明属于辐射防护与环境保护技术领域，尤其是针对多个放射性操作场所或实验大厅并涉及多个通排风系统的放射性废气(微尘气溶胶、碘气溶胶、氚等)集中排放监测过程中的气载物自动取样控制方法。
背景技术：
核设施、核装置、生产线等放射性工作场所在正常和事故工况下涉及放射性气载物向环境排放，为控制和评估其放射性气载物对周围环境及公众产生的辐射影响，国标GB18871-2002对放射性场所产生的气载物排入环境的源项是否满足排放限值明确提出进行气载流出物排放监测要求。目前，针对多个放射性场所建在同一厂址情况，依据环保部提出的四个统一中“统一进行流出物监测”的要求，气载物排放通常采取同一场址内多个核设施(装置)、生产线等放射性场所产生的废气由单烟 集中向环境排放，由于不同放射性场所存在气载物放射性浓度及总量、通排风系统工作模式及排风量大小等差异，按目前通用的流出物监测无论是连续取样还是定期取样监测的模式是不可行的，如流出物监测不能反映各放射性场所气载物排放工况情况，监测结果则不能真实、客观反映烟囱对各放射性场所的气载物排放源项。
发明内容
为了弥补目前气载流出物的定期监测或连续监测所涉及气载物取样工况的不足，本发明提供一种放射性气载流出物排放监测的自动控制系统及方法，能够实现根据放射性场所气载物排放工况情况进行气载流出物(微尘气溶胶、碘气溶胶)动态取样或动态监测的自动控制。本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下
本发明的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统，其特点是，所述自动控制系统包括设置气载物排放管道上的排放流量监测传感器和气载物取样头，还包括气载物取样管道、尾气排放管道、流量监测PLC控制器、自动控制单元、进气管接头、流量调节阀、电磁阀、取样监测设备、质量流量计、压力表、泵和排气管接头；其连接关系是，设置在气载物排放管道上的气载物取样头与气载物取样管道的一端连接，气载物取样管道的另一端通过金属波纹管与进气管接头的一端连接，进气管接头的另一端通过气管依次连接流量调节阀、电磁阀、取样监测设备、质量流量计、压力表、泵，泵通过气管与排气管接头的一端连接，排气管接头的另一端通过金属波纹管与尾气排放管道连接，尾气排放管道与气载物排放管道连接；设置在气载物排放管道上的排放流量监测传感器通过电缆与流量监测PLC控制器的信号输入端连接，流量监测PLC控制器的信号输出端通过信号线与自动控制单元的信号输入端连接。所述自动控制单元的信号输出端通过信号控制线分别与流量调节阀、电磁阀、取样监测设备、质量流量计、压力表以及泵连接。
所述取样监测设备为气溶胶取样装置、碘取样装置、全氚取样器、气溶胶在线监测仪、碘在线监测仪、氚在线监测仪中的任意一种或两种以上。所述压力表为真空压力表。所述泵为真空泵。所述气管、气载物取样管道、尾气排放管道为内径Φ15的316L(EP)管。一种放射性气载流出物排放监测的自动控制方法，依次包括如下步骤:
a.用户在流量监测PLC控制器上预先设置流量阈值，设置的流量阈值应小于等于任意一个通排风系统运行时气载物排放管道内的气载物最小排放流量，设置的流量阈值应大于通排风系统未运行时气载物排放管道内的气载物最大排放流量；
b.用户在自动控制单元上预先设置经过取样监测设备的取样流量；
c.当气载物排放管道上的排放流量监测传感器监测气载流出物排放瞬时流量大于等于流量监测PLC控制器上预先设置的流量阈值时，流量监测PLC控制器向自动控制单元提供24V信号和气载物排放管道内气载流出物排放的瞬时流量；
d.自动控制单元根据流量监测PLC控制器提供的24V信号后，经一分钟延迟，判断出24V信号在一分钟内未变化后，自动控制单元通过信号控制线依次首先开启电磁阀、其次启动取样监测设备，然后开启泵，最后开启流量调节阀、质量流量计和压力表，取样监测设备实现气载物排放管道内气载流出物的取样或监测；
e.质量流量计将经过取样监测设备的气体瞬时流量信息反馈给自动控制单元，自动控制单元预先设置的取样流量与质量流量计监测的瞬时流量比较后，通过控制流量调节阀对取样流量进行调节，确保质量流量计监测的瞬时流量与自动控制单元预先设置的取样流量控制在5%的偏差范围内；
f.当气载物排放管道上的排放流量监测传感器监测气载流出物排放瞬时流量小于流量监测PLC控制器上预先设置的流量阈值时，流量监测PLC控制器向自动控制单元提供OV信号;
g.自动控制单元根据流量监测PLC控制器提供的OV信号后，经一分钟延迟并判断出OV信号在一分钟内未变化后，自动控制单元通过信号控制线首先关闭取样监测设备、其次关闭泵，然后关闭电磁阀，最后关闭流量调节阀、质量流量计和压力表，取样监测设备终止对气载物排放管道内气载流出物的取样或监测。本发明的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统中的流量监测PLC控制器可实时显示气载物排放管道中气载流出物的瞬时流量和累积流量，流量监测PLC控制器能够设置输出OV或24V信号的流量阈值，当气载物排放管道内瞬时流量大于设定的流量阈值时，流量监测PLC控制器的信号输出端能够输出24V信号，当气载物排放管道内瞬时流量小于设定的流量阈值时，流量监测PLC控制器的信号输出端能够输出OV信号。本发明的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统中的自动控制单元的信号输入端通过信号线与流量监测PLC控制器的信号输出端连接，自动控制单元能够实时接收流量监测PLC控制器的信号输出端提供的OV或24V信号，自动控制单元的信号输出端通过信号控制线分别与流量调节阀、电磁阀、取样监测设备、质量流量计、压力表以及泵连接，对其运行工况和状态参数进行控制和管理。本发明的放射性气载流出物排放监测的自动控制方法中的气载物排放管道上的排放流量监测传感器监测气载流出物排放瞬时流量大于(或小于)流量监测PLC控制器上预先设置的流量阈值(用户设置)时，流量监测PLC控制器向自动控制单元提供24V (或OV)信号，自动控制单元根据其信号输入端接收的24V (或0V)信号进行判断后，通过信号控制线对电磁阀、取样监测设备、泵等下达启动(或停止)运行的控制信号。同时自动控制单元根据流量监测PLC控制器监测到气载物排放管道内的气载流出物排放瞬时流量，控制流量调节阀对气管内流出物监测样品的取样流量进行动态调节，确保气载物取样头对气载物排放管道内气载流出物样品进行等速取样。压力表为真空压力表，自动控制单元能够通过气管压力监测反馈信息，能够有效防止取样管路发生堵塞情况下泵继续运行而引发故障问题，进一步提高气载流出物排放监测自动控制的可靠性和稳定性。本发明的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统及方法,弥补了目前气载流出物的定期监测或连续监测所涉及气载物取样工况的不足，不仅提高了多个放射性操作场所或实验大厅单独或同时排放条件下气载物排放源项差异大、零星排放时流出物排放监测的样品代表性，而且也减轻了流出物监测取样人员的劳动强度并提高工作效率。本发明能够满足针对多个实验大厅在不同排放工况下的气载物通过烟 或管道集中排放时放射性气载流出物排放监测的自动控制，为放射性气载流出物排放监测增加了有效的途径，取样或监测的自动控制精度小于一分钟，具有智能调控，无人值守特点。
图1为本发明的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统的结构示意 图中1.载物排放管道2.排放流量监测传感器 3.电缆 4.流量监测PLC控制
器 5.信号线 6.自动控制单元 7.信号控制线 8.气载物取样头 9.气载物取样管道 10.进气管接头 11.流量调节阀12.电磁阀13.取样监测设备14.质量流量计15.压力表16.泵17.排气管接头18.尾气排放管道。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1
图1为本发明的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统的结构示意图。在图1中，本发明的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统包括设置气载物排放管道I上的排放流量监测传感器2和气载物取样头8，还包括气载物取样管道9、尾气排放管道18、流量监测PLC控制器4、自动控制单元6、进气管接头10、流量调节阀11、电磁阀12、取样监测设备13、质量流量计14、压力表15、泵16和排气管接头17 ;其连接关系是，设置在气载物排放管道I上的气载物取样头8与气载物取样管道9的一端连接，气载物取样管道9的另一端通过金属波纹管与进气管接头10的一端连接，进气管接头10的另一端通过气管依次连接流量调节阀11、电磁阀12、取样监测设备13、质量流量计14、压力表15、泵16，泵16通过气管与排气管接头17的一端连接，排气管接头17的另一端通过金属波纹管与尾气排放管道18连接，尾气排放管道18与气载物排放管道I连接；设置在气载物排放管道I上的排放流量监测传感器2通过电缆3与流量监测PLC控制器4的信号输入端连接，流量监测PLC控制器4的信号输出端通过信号线5与自动控制单元6的信号输入端连接。
本发明的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统中的自动控制单元6的信号输出端通过信号控制线7分别与流量调节阀11、电磁阀12、取样监测设备13、质量流量计14、压力表15以及泵16连接。本发明的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统中的取样监测设备13为气溶胶取样系统，压力表15为真空压力表，泵16为真空泵。图1中排放流量监测传感器2与流量监测PLC控制器4连接的电缆3用实线表示，流量监测PLC控制器4与自动控制单元6连接的信号线5用点划线表示，自动控制单元6与接流量调节阀11、电磁阀12、取样监测设备13、质量流量计14、压力表15、泵16分别连接的信号控制线7用虚线表示。本发明中的排放流量监测传感器2安装在气载物排放管道I上气载流出物絮流处，流量监测PLC控制器4能够通过电缆3实时获取并显示排放流量监测传感器2对气载物排放管道I中气载流出物的瞬时流量和累积流量，流量监测PLC控制器4能够设置输出OV或24V信号的流量阈值，该流量阈值主要用于区分流出物排放是通排风系统还是自然通风所致排放流量的甄别，当气载物排放管道I内瞬时流量大于设定的流量阈值时(表明实验大厅有通排风系统在运行)，流量监测PLC控制器4的信号输出端能够输出24V信号，当气载物排放管道I内瞬时流量小于设定的流量阈值时(表明实验大厅所有的通排风系统均未运行)，流量监测PLC控制器的信号输出端能够输出OV信号。自动控制单元6能够实时接收流量监测PLC控制器4的信号输出端提供的OV或24V信号，自动控制单元6的信号输出端通过信号控制线7分别与流量调节阀11、电磁阀12、取样监测设备13、质量流量计14、压力表15以及泵16连接，对其运行工况和状态参数进行控制和管理。本发明中的气载物取样头8为气载物排放管道I内的气载物取样的进气端，通过气载物取样管道9与进气管接头10采取金属波纹管连接，通过泵16抽取气载物排放管道I内放射性气载物经流量调节阀11、电磁阀12、取样监测设备13、质量流量计14、压力表15后，取样气载物中放射性微尘气溶胶、碘气溶胶或含氚废气由取样监测设备13进行在线监测或取样，尾气经排气管接头17采用金属波纹管连接尾气排放管道18后送回气载物排放管道I中。本发明放射性气载流出物排放监测的自动控制方法中，气载物排放管道I上的排放流量监测传感器2监测气载流出物排放瞬时流量大于(或小于)流量监测PLC控制器4上预先设置的流量阈值(用户设置)时，流量监测PLC控制器4向自动控制单元6提供24V (或0V)信号，自动控制单元6根据其信号输入端接收的24V (或0V)信号进行判断后，通过信号控制线7对电磁阀12、取样监测设备13、泵16等下达启动(或停止)运行的控制信号。同时自动控制单元6根据流量监测PLC控制器监测4到气载物排放管道I内的瞬时流量，控制流量调节阀11对气管内流出物监测样品的取样流量进行动态调节，确保气载物取样头8对气载物排放管道I内气载流出物样品进行等速取样。本发明放射性气载流出物排放监测的自动控制方法中的自动控制单元6接收到OV或24V信号后，经一分钟延时判断并确认输入信号稳定，有效避免了因伪信号而引起取样状态控制的误判。压力表15为真空压力表，自动控制单元6能够通过气管压力监测反馈信息，气管压力达到-O. 08MPa时，泵16停止工作，启动备用泵或通过自动控制单元6向用户发出停机故障信息，能够有效防止取样管路发生堵塞情况下泵16继续运行而引发故障问题，进一步提高放射性气载流出物排放监测自动控制的可靠性和稳定性。实施例2
本实施例与实施例1的自动控制系统结构相同，不同之处是，所述的取样监测设备为气溶胶取样装置、全氚取样器。实施例3
本实施例与实施例1的自动控制系统结构相同，不同之处是，所述的取样监测设备为气溶胶取样装置、碘取样装置、气溶胶在线监测仪、碘在线监测仪。实施例4
本实施例与实施例1的自动控制系统结构相同，不同之处是，所述的取样监测设备为全氚取样器、氚在线监测仪。
权利要求
1.一种放射性气载流出物排放监测的自动控制系统，其特征在于:所述自动控制系统包括设置气载物排放管道(I)上的排放流量监测传感器(2 )和气载物取样头(8 )，还包括气载物取样管道(9)、尾气排放管道(18)、流量监测PLC控制器(4)、自动控制单元(6)、进气管接头(10)、流量调节阀(11)、电磁阀(12)、取样监测设备(13)、质量流量计(14)、压力表(15)、泵(16)和排气管接头(17);其连接关系是，设置在气载物排放管道(I)上的气载物取样头(8 )与气载物取样管道(9 )的一端连接，气载物取样管道(9 )的另一端通过金属波纹管与进气管接头(10)的一端连接，进气管接头(10)的另一端通过气管依次连接流量调节阀(11)、电磁阀(12)、取样监测设备(13)、质量流量计(14)、压力表(15)、泵(16)，泵(16)通过气管与排气管接头(17)的一端连接，排气管接头(17)的另一端通过金属波纹管与尾气排放管道(18)连接，尾气排放管道(18)与气载物排放管道(I)连接；设置在气载物排放管道(I)上的排放流量监测传感器(2 )通过电缆(3 )与流量监测PLC控制器(4 )的信号输入端连接，流量监测PLC控制器(4 )的信号输出端通过信号线(5 )与自动控制单元(6 )的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统，其特征在于:所述自动控制单元(6)的信号输出端通过信号控制线(7)分别与流量调节阀(11)、电磁阀(12)、取样监测设备(13)、质量流量计(14)、压力表(15)以及泵(16)连接。
3.根据权利要求1所述的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统，其特征在于:所述取样监测设备(13)为气溶胶取样装置、碘取样装置、全氚取样器、气溶胶在线监测仪、碘在线监测仪、氚在线监测仪中的任意一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统，其特征在于:所述压力表(15)为真空压力表。
5.根据权利要求1所述的放射性气载流出物排放监测的自动控制系统，其特征在于:所述泵(16)为真空泵。
6.用于权利要求1所述的放射性气载流出物排放监测的自动控制方法，依次包括如下步骤: a.用户在流量监测PLC控制器(4)上预先设置流量阈值，设置的流量阈值应小于等于任意一个通排风系统运行时气载物排放管道(I)内的气载物最小排放流量，设置的流量阈值应大于通排风系统未运行时气载物排放管道(I)内的气载物最大排放流量； b.用户在自动控制单元(6)上预先设置经过取样监测设备(13)的取样流量； c.当气载物排放管道(I)上的排放流量监测传感器(2)监测气载流出物排放瞬时流量大于等于流量监测PLC控制器(4)上预先设置的流量阈值时，流量监测PLC控制器(4)向自动控制单元(6)提供24V信号和气载物排放管道(I)内气载流出物排放的瞬时流量； d.自动控制单元(6)根据流量监测PLC控制器(4)提供的24V信号后，经一分钟延迟，判断出24V信号在一分钟内未变化后，自动控制单元(6)通过信号控制线(7)依次首先开启电磁阀(12)、其次启动取样监测设备(13)，然后开启泵(16)，最后开启流量调节阀(11)、质量流量计(14)和压力表(15)，取样监测设备(13)实现气载物排放管道(I)内气载流出物的取样或监测； e.质量流量计(14)将经过取样监测设备(13)的气体瞬时流量信息反馈给自动控制单元(6)，自动控制单元(6)预先设置的取样流量与质量流量计(14)监测的瞬时流量比较后，通过控制流量调节阀(11)对取样流量进行调节，确保质量流量计(14)监测的瞬时流量与自动控制单元(6)预先设置的取样流量控制在5%的偏差范围内； f.当气载物排放管道(I)上的排放流量监测传感器(2)监测气载流出物排放瞬时流量小于流量监测PLC控制器(4)上预先设置的流量阈值时，流量监测PLC控制器(4)向自动控制单元(6)提供OV信号； g.自动控制单元(6)根据流量监测PLC控制器(4 )提供的OV信号后，经一分钟延迟并判断出OV信号在一分钟内未变化后，自动控制单元(6)通过信号控制线(7)首先关闭取样监测设备(13)、其次关闭泵(16)，然后关闭电磁阀(12)，最后关闭流量调节阀(11)、质量流量计(14)和压力表(15)，取样监测设备(13)终止对气载物排放管道(I)内气载流出物的取样或监 测。
全文摘要
本发明公开了一种放射性气载流出物排放监测的自动控制系统及方法。所述自动控制系统中的排放流量监测传感器通过电缆与流量监测PLC控制器连接，流量监测PLC控制器通过信号线与自动控制单元连接，自动控制单元通过信号控制线分别与流量调节阀、电磁阀、取样监测设备、质量流量计、压力表、泵连接。气载物取样头通过取样管依次连接流量调节阀、电磁阀、取样监测设备、质量流量计、压力表和泵后与尾气排放管连接。本发明的自动控制系统及方法能提高多个放射性操作场所单独或同时排放条件下气载物源项差异大、零星排放时流出物监测的样品代表性，能减轻流出物监测的劳动强度、提高工作效率，具有稳定可靠，智能调控，无人值守特点。
文档编号G05B19/05GK103076816SQ20131000472
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者周银行, 郭洪波, 丁兰岚, 穆龙, 胥全敏, 辉永庆, 李群岭, 林涛, 邓义, 王和义 申请人:中国工程物理研究院核物理与化学研究所