一种地浸采铀气体控制系统及方法与流程

本发明属于地浸采铀领域，具体涉及一种地浸采铀气体控制系统及方法。

背景技术：

在地浸采铀过程中，根据工艺的要求，通常需要向带压注液管道中注入氧气、二氧化碳或其它气体。而且要求在环境温度和注液管道压力不断变化的情况下，保证气体能够稳定、精确计量的加入到液体管道中。在现有的地浸采铀气体加注工艺中，气体计量装置主要采用玻璃转子流量计、金属浮子流量计等。这类流量计的特点是流量测量精度低(总相对误差约为10％)、流量随介质压力和温度的变化而难以稳定计量、不能自动调整和远程控制。优其对于1～10l/min低流量范围内的气体加注，则更难控制。在地浸工艺中，环境温度、介质压力和工艺条件经常会产生变化，长期采用此机械类测量装置并实行人工调整和监测，给工艺条件带来极大的误差。在其他行业中，常用的高精度气体质量流量控制器包括热式、科式、差压式、容积式流量控制器等。这些气体控制仪表具有环境温度补偿和气体压力补偿的作用，能够自动校正和在线控制气体的流量，从而能够根据注液量的变化稳定的加注和调整气体。但是，此类气体流量控制器具有精密的测量元件和传感装置，对于环境的清洁程度要求较高。如果用于地浸工艺，在气体或注液管道压力波动的情况下，液体极易向注气管道返流，损坏气体计量仪表，并在进气管路及仪表装置中容易形成水垢，堵塞气体管路；此外，这类气体流量计承受的压差较小(低于3atm)，由于地浸注液压力在一定范围内不断变化，当注气－注液之间的压差较大时，气体流量难以控制。由此，阻碍了高精度气体质量流量控制器在地浸生产中的应用。

为防止气体加注过程中液体返流造成气体管路装置及仪表损害现象的发生，一般采取的措施是在管道中加装各种结构的单向阀(止回阀)。但由于气/液管道中的压力波动、注气管线对液体的虹吸作用，以及气液结合部位易结垢的特点，单向阀易受腐蚀和表面结垢，从而失去作用，对仪表管件造成损坏。

针对上述应用难题，在向注液管道加注气体的工艺中，需要设计和研发出一种可精确控制气体流量、在线控制和记录、能够防止液体返流、可除垢的注气控制系统和应用方法，以保证气体稳定、持续的注入。

技术实现要素：

本发明的目的在于：开发出一种计量精确、可在线控制和自动温度、压力补偿、耐压差范围大、防止液体返流和可除垢的注气控制系统及方法。在地浸工艺条件波动梯度大、环境差的情况下，能够精确控制气体稳定加注，保护气体管线装置及仪表不受污染和污垢堵塞，实现气体加注工艺的自动化。

本发明的技术方案如下：一种地浸采铀气体控制系统，包括气体质量流量控制器、稳压阀、气体进口截止阀、单向阀、缓冲容器、气体出口管路、气体出口截止阀和注液管道；

所述的缓冲容器，为透明的耐压容器，其顶端、侧面和底端分别设有气体入口、气体出口和排液阀；

其中，气体质量流量控制器的右端，用于连接地浸采铀气体管路，左端依次连接稳压阀、气体进口截止阀、单向阀和缓冲容器的气体入口；缓冲容器的气体出口通过气体出口管路连接至气体出口截止阀的右端，气体出口截止阀的左端用于连接至注液管道。

进一步的，所述的气体质量流量控制器，为精度达±1％f·s及以上、可自动补偿温度、压力，可在线控制的气体质量流量控制器。

进一步的，所述的稳压阀，是适合于低压小流量的气体压力控制部件。

进一步的，所述的缓冲容器，容积为100-1000ml。

进一步的，工作时，地浸采铀气体通过气体质量流量控制器、稳压阀、气体进口截止阀、气体出口截止阀、单向阀进入缓冲容器，再通过气体出口管路、气体出口截止阀注入到注液管道中；返流的液体通过气体出口截止阀和气体出口管路进入缓冲容器中，由排液阀排出。

一种地浸采铀气体控制方法，使用本发明所述的系统，包括以下步骤：

第一步、管路连接与安装；

将气体质量流量控制器与地浸采铀气体管路连接，气体出口管路和注液管道连接；关闭气体出口截止阀和排液阀，设定好稳压阀的出口压力，打开气体进口截止阀，将气体充满系统管路，并且气体质量流量控制器的显示为零；

第二步、正常气体控制；

根据注液管道压力和加注的气体量，设定气体质量流量控制器满量程和瞬时流量，调节稳压阀使气体质量流量控制器两端的压差操持恒定；关闭排液阀，打开气体进口截止阀和气体出口截止阀，气体通过气体质量流量控制器的精确计量和自动控制正常加注到注液管道中；

第三步、液体返流防护与处理；

当注液或注气压力产生波动时，液体向气路产生返流，并通过装置中的气体出口截止阀和气体出口管路进入缓冲容器；此时，可通过缓冲容器观测到液体液位；当液位接近缓冲容器的气体出口管路时，关闭缓冲容器的气管出口截止阀，打开排液阀排出液体；

第四步、管路除垢；

在注气过程中多次的液体返流和气液混合可导致气体出口管路逐渐结垢，气体流量因此由稳定逐渐减小；此时，关闭气体进口截止阀，打开排液阀，使注液管道中的液体反冲气体出口管路；然后再关闭排液阀，打开气体进口截止阀，冲洗气体出口管路；反复用气体正冲和液体反冲，快速、脉冲冲洗，清除气体管路中的水垢。

进一步的，第四步中，当液体反冲水量增大，表明除垢已达效果。

进一步的，第四步中，当缓冲容器中反冲液体接近气体出口管路时，关闭缓冲容器5的气管出口截止阀，打开排液阀排出液体。

本发明的显著效果在于：通过气体控制系统和方法，使得高精度计量、在线控制和自动参数补偿的气体流量控制器得以应用，提高了气体加注长期稳定运行的能力、地浸试剂的配制精度和在线自动化控制及监测的便利性，满足了地浸浸出的工艺要求；避免了气体管路装置及其控制仪表的污染和损坏，消除了频繁疏通受水垢堵塞的气体管路和仪表的反复维修；气体管路与注液管道交接处产生水垢时，可以及时通过本系统清除，保证了施工的正常进行。本系统的应用，解决了地浸采铀过程中加注气体实现自动化控制的最后一个难点。

附图说明

图1是本发明所述的一种地浸采铀气体控制系统的流程图；

图2是本发明的缓冲容器的结构示意图；

图中，1.气体质量流量控制器；2.稳压阀；3.气体进口截止阀；4.单向阀；5.缓冲容器；6.气体出口管路；7.气体出口截止阀；8.注液管道；9.气体入口；10.气体出口；11.排液阀。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明所述的一种地浸采铀气体控制系统及方法作进一步详细说明。

如图1和2所示，一种地浸采铀气体控制系统，包括气体质量流量控制器1、稳压阀2、气体进口截止阀3、单向阀4、缓冲容器5、气体出口管路6、气体出口截止阀7和注液管道8；

所述的缓冲容器5，为透明的耐压容器，其顶端、侧面和底端分别设有气体入口9、气体出口10和排液阀11；

其中，气体质量流量控制器1的右端，用于连接地浸采铀气体管路，左端依次连接稳压阀2、气体进口截止阀3、单向阀4和缓冲容器5的气体入口9；缓冲容器5的气体出口10通过气体出口管路6连接至气体出口截止阀7的右端，气体出口截止阀7的左端用于连接至注液管道8。

进一步的，所述的气体质量流量控制器1，为精度达±1％f·s及以上、可自动补偿温度、压力，可在线控制的气体质量流量控制器。

进一步的，所述的稳压阀2，是适合于低压小流量的气体压力控制部件。

进一步的，所述的缓冲容器5，容积为100-1000ml。

进一步的，工作时，地浸采铀气体通过气体质量流量控制器1、稳压阀2、气体进口截止阀3、气体出口截止阀7、单向阀4进入缓冲容器5，再通过气体出口管路6、气体出口截止阀7注入到注液管道8中；返流的液体通过气体出口截止阀7和气体出口管路6进入缓冲容器5中，由排液阀11排出。

一种地浸采铀气体控制方法，使用本发明所述的系统，包括以下步骤：

第一步、管路连接与安装；

将气体质量流量控制器1与地浸采铀气体管路连接，气体出口管路和注液管道8连接；关闭气体出口截止阀7和排液阀11，设定好稳压阀2的出口压力，打开气体进口截止阀3，将气体充满系统管路，并且气体质量流量控制器1的显示为零；

第二步、正常气体控制；

根据注液管道8压力和加注的气体量，设定气体质量流量控制器1满量程和瞬时流量，调节稳压阀2使气体质量流量控制器1两端的压差操持恒定；关闭排液阀11，打开气体进口截止阀3和气体出口截止阀7，气体通过气体质量流量控制器1的精确计量和自动控制正常加注到注液管道8中；

第三步、液体返流防护与处理；

当注液或注气压力产生波动时，液体向气路产生返流，并通过装置中的气体出口截止阀7和气体出口管路6进入缓冲容器5；此时，可通过缓冲容器5观测到液体液位；当液位接近缓冲容器5的气体出口管路时，关闭缓冲容器5的气管出口截止阀7，打开排液阀11排出液体；

第四步、管路除垢；

在注气过程中多次的液体返流和气液混合可导致气体出口管路逐渐结垢，气体流量因此由稳定逐渐减小；此时，关闭气体进口截止阀3，打开排液阀11，使注液管道8中的液体反冲气体出口管路6；然后再关闭排液阀11，打开气体进口截止阀3，冲洗气体出口管路6；反复用气体正冲和液体反冲，快速、脉冲冲洗，清除气体管路中的水垢。

进一步的，第四步中，当液体反冲水量增大，表明除垢已达效果。

进一步的，第四步中，当缓冲容器5中反冲液体接近气体出口管路时，关闭缓冲容器5的气管出口截止阀7，打开排液阀11排出液体。

在该控制系统应用过程中，稳压阀在注液压力变化时，有效保证了气体流量控制器的进出口压差稳定在合适范围内；气体流量控制精度达到0.1slm，且稳定性非常好，其气体流量的调节可通过在线控制装置实时监测和调整；在气液压力波动情况下，单次返流液体的体积在50～200ml之间，且能及时排出，能够有效阻止返流液体对气路装置和仪表的污染；管路中的水垢清除操作可以不拆卸管路，能够维持长时间的稳定运行。

本实施例表明，该气体控制系统表现出安全、实用、稳定、便利的性能，能够满足实际生产或试验过程中的气体计量控制及防护的要求。