一种硼回收系统中硼酸浓度的测量装置及其方法与流程

本发明涉及硼回收系统中对硼酸浓度测量的技术领域，更具体地说，它涉及一种硼回收系统中硼酸浓度的测量装置及其方法。

背景技术

硼回收系统，是压水堆核电厂的辅助系统。用于储存、处理、监测和回收一回路排水，以减少放射性废水向环境的排放和硼的再利用。压水堆核电站中硼回收系统涉及硼酸浓缩回收、蒸馏冷凝除盐水回收等功能，其目的是硼酸、蒸馏除去盐水可循环利用。在硼回收系统运行时，需要监测硼酸浓度，通过监测浓缩的硼酸浓度值，控制硼回收系统装置的运行，目前核电站压水堆硼回收系统，主要应用在压水堆需调硼的堆型，如cpr堆型、vvr堆型、epr堆型等；而硼回收系统主要围绕硼酸浓缩量来控制蒸发和排硼控制，因此硼酸浓度值是硼回收系统中的关键参数，故需要研究可行的测量方案。现有的方案有两种，分别是沸腾炉音叉法以及管道振动密度管法。

1、沸腾炉音叉法

根据硼平衡原理，通过流量控制估算浓度，硼回收系统蒸发单元为顺控控制(顺控分为多个状态，每个状态实现特定功能)，在蒸发系统处于排出浓缩液状态和蒸发蒸馏浓缩状态时，整个自控调节，都维持蒸发装置固定液位，并通过硼平衡方程计算硼酸浓度值。

但硼酸平衡方程需核取样系统支持，需通过核取样获取初始硼酸浓度，并验证浓缩后的硼酸浓度。

在维持蒸发装置固定液位时，存在以下平衡。

蒸发蒸馏浓缩时，存在下面硼酸平衡方程：

vt×δc＝v×c0

(1)式中：vt：蒸发浓缩回路总容量；δc：硼酸浓度增加量；v：初始待测浓缩硼酸进料量；c0：初始待浓缩硼酸浓度(可通过核取样系统获取)

排出浓缩液时，存在下面硼酸平衡方程：

w×c＝w×c0+vt×δc

(2)式中：w：浓缩液排出量；vt：蒸发浓缩回路总容量；δc：硼酸浓度增加量；v：初始待测浓缩硼酸进料量；c0：初始待浓缩硼酸浓度(可通过核取样系统获取)；c：浓缩液平均排出浓度

通过硼酸平衡方程，控制进料流量、蒸发冷凝液流量、以及排出浓缩硼流量，即可完成硼蒸发浓缩控制。

2、管道振动密度管法

管道振动密度管法是通过振动密度管插入到管道内然后同样利用硼酸浓度与密度的关系，进行测量硼酸浓度。管道振动密度管法的原理是，液体流经振动管内固定容积的流体密度变化，会改变振动管的振动频率，通过监测频率信号来测量液体密度。

目前大多应用管道振动密度管法测量硼酸，但是测量时需额外设置测量回路。因额外设置测量回路，以及仪表自身价格等，整个测量方案价格较高。

而且核电站硼回收系统硼酸测量，一般需满足下面条件：

1)必须保证检测实现高精度要求

由于硼回收系统是自动化控制技术，而且硼酸浓度含量测量的参数，是硼回收系统自控的关键参数，故此在测量过程中必须保证高精度、高可靠的测量，而这也是自动化控制的前提。

2)在检测过程中需要保证抗震的可靠性

由于被测介质为放射性液体，因此整个测量过程能够具有高效抗震效果，不出现破口，防止放射性液体泄漏，提高安全性。

3)保证测量的价格不要过高

在满足核电要求的前提下，需要整个检测过程的成本相对较低。

但是目前的沸腾炉音叉法以及管道振动密度管法的测量方案均不能较好的满足上面三个条件，因此需要对其测量方案进行改进。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种硼回收系统中硼酸浓度的测量装置及其方法，其结构简单、操作方便、成本低、测量精度高，且能够满足测量要求。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种硼回收系统中硼酸浓度的测量装置及其方法，包括一个硼酸沸腾炉、循环泵和加热器，所述硼酸沸腾炉、循环泵以及加热器之间依次通过连接管道构成循环回路，在硼酸沸腾炉与循环泵之间的连接管道上插有用于检测硼酸沸腾炉输出给循环泵的硼酸液浓度的音叉密度计，所述音叉密度计处于硼酸沸腾炉的最底端位置，所述音叉密度计上远程连接有与dcs连接的流量变送器。

进一步，为了提高测量精度，测点选在无沸腾的管段，消除了两项流，在音叉密度计上通过低烟无卤阻燃电缆线电连接有显示器。

进一步，为了防止泄露，所述音叉密度计通过法兰连接在硼酸沸腾炉底部与循环泵的连接管道上。

进一步，为了使数据传输更加方便，所述音叉密度计上连接有无线蓝牙器。

进一步，为了使数据传输更加方便，所述音叉密度计上连接有usb数据接口。

本发明还公开了一种硼回收系统中硼酸浓度的测量方法，其具体包括以下步骤：

步骤一、将测量硼酸浓度的测点选在硼酸管道的循环回路上；即处于硼酸沸腾炉与循环泵之间的连接管道上；

步骤二、将硼酸沸腾炉与循环泵之间的连接管道选择能够让音叉密度计插入的管道管径；

步骤三、然后根据在相同的温度下，硼酸浓度越大，密度越高的关系来测量硼酸密度，即可获得硼酸浓度；其中音叉密度计振动频率和密度的用下式表示：

ρ＝k0+k1t+k2t²(1)

上述式中：ρ-液体密度；k0、k1、k2-液体密度计系数，由实验室或者厂家确定；t-振动周期。

进一步，提高检测效率，所述连接管道的材料为ss材料。

进一步，提高安全性，在步骤一之前增加步骤四、对整个测量装置中电气连接的检查进行试验的步骤；对连接管道尺寸控制的测量步骤；对管道以及音叉密度计清洁度检查的步骤，对音叉密度计的绝缘试验、隔热试验、负荷试验、超出量程范围试验、供电电压的影响测试、反应时间测试以及极端温度影响测试的步骤。

通过采用上述技术方案，工作时，利用硼酸沸腾炉内底部的低温液体会通过循环泵抽取然后送入加热器进行加热，加热完的液体流回硼酸沸腾炉，这样周而复始的循环，从而使得硼酸沸腾炉内的液体进行沸腾的过程，而本结构利用将音叉密度计的测点选在硼酸管道回路上，这样由于从硼酸沸腾炉最底部抽取的液体温度相对不会太高，因此在对该点的液体进行硼酸测量时，不会因为硼酸沸腾二影响测量结构，因此这样能够消除硼酸沸腾炉的沸腾影响，同时直接将音叉密度计插入管道内，最终去除了测量管道，减少放射性液体的泄漏风险，还可以减少成本，同时在检测过程中让介质稳定，能消除突变信号，同时由于音叉密度计主要存在边界效应，一般需插入大容器，消除边界效应，因此在设计时只要将管道管径设计成足够大，通过选取合理的型号，可避免边界效应的问题，综上所述本结构利用将音叉密度计的测点选在硼酸管道回路上，然后根据公式测量获取硼酸浓度，以此实现整个测量的结构简单、操作方便、成本低、测量精度高，且能够满足测量要求。

附图说明

图1为实施例1中一种硼回收系统中硼酸浓度的测量装置的结构示意图；

图2为实施例2中一种硼回收系统中硼酸浓度的测量装置的结构示意图；

图3为实施例3中一种硼回收系统中硼酸浓度的测量装置的结构示意图。

图中：1.硼酸沸腾炉；2.循环泵；3.加热器；4.循环回路；5.连接管道；6.音叉密度计；7.流量变送器；8.显示器；9.无线蓝牙器；10.usb数据接口；11.dcs。

具体实施方式

以下结合附图1-附图3对本实施例作进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种硼回收系统中硼酸浓度的测量装置，包括一个硼酸沸腾炉1、循环泵2和加热器3，所述硼酸沸腾炉1、循环泵2以及加热器3之间依次通过连接管道5构成循环回路4，在硼酸沸腾炉1与循环泵2之间的连接管道5上插有用于检测硼酸沸腾炉1输出给循环泵2的硼酸液浓度的音叉密度计6，所述音叉密度计6处于硼酸沸腾炉1的最底端位置，所述音叉密度计6上远程连接有与dcs11连接的流量变送器7，为了提高测量精度，测点选在无沸腾的管段，消除了两项流，在音叉密度计6上通过低烟无卤阻燃电缆线电连接有显示器8。进一步，为了防止泄露，所述音叉密度计6通过法兰连接在硼酸沸腾炉1底部与循环泵2的连接管道5上。通过获得数据后，然后利用流量变送器7远传将4-20ma的模拟信号远传发送给dcs11进行监测。其中所述的dcs11是分布式控制系统的英文缩写(distributedcontrolsystem)，在国内自控行业又称之为集散控制系统。是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。

本实施例还公开了一种硼回收系统中硼酸浓度的测量方法，其具体包括以下步骤：

步骤一、将测量硼酸浓度的测点选在硼酸管道的循环回路4上；即处于硼酸沸腾炉1与循环泵2之间的连接管道5上；

步骤二、将硼酸沸腾炉1与循环泵2之间的连接管道5选择能够让音叉密度计6插入的管道管径；

步骤三、然后根据在相同的温度下，硼酸浓度越大，密度越高的关系来测量硼酸密度，即可获得硼酸浓度；其中音叉密度计6振动频率和密度的用下式表示：

ρ＝k0+k1t+k2t²(1)

上述式中：ρ-液体密度；k0、k1、k2-液体密度计系数，由实验室或者厂家确定；t-振动周期。

进一步，提高检测效率，所述连接管道5的材料为ss材料。

进一步，提高安全性，在步骤一之前增加步骤四、对整个测量装置中电气连接的检查进行试验的步骤；对连接管道5尺寸控制的测量步骤；对管道以及音叉密度计6清洁度检查的步骤，对音叉密度计6的绝缘试验、隔热试验、负荷试验、超出量程范围试验、供电电压的影响测试、反应时间测试以及极端温度影响测试的步骤。

工作时，利用硼酸沸腾炉内底部的低温液体会通过循环泵抽取然后送入加热器进行加热，加热完的液体流回硼酸沸腾炉，这样周而复始的循环，从而使得硼酸沸腾炉内的液体进行沸腾的过程，而本结构利用将音叉密度计的测点选在硼酸管道回路上，这样由于从硼酸沸腾炉最底部抽取的液体温度相对不会太高，因此在对该点的液体进行硼酸测量时，不会因为硼酸沸腾二影响测量结构，因此这样能够消除硼酸沸腾炉的沸腾影响，同时直接将音叉密度计插入管道内，最终去除了测量管道，减少放射性液体的泄漏风险，还可以减少成本，同时在检测过程中让介质稳定，能消除突变信号，同时由于音叉密度计主要存在边界效应，一般需插入大容器，消除边界效应，因此在设计时只要将管道管径设计成足够大，通过选取合理的型号，可避免边界效应的问题，综上所述本结构利用将音叉密度计的测点选在硼酸管道回路上，然后根据公式测量获取硼酸浓度，以此实现整个测量的结构简单、操作方便、成本低、测量精度高，且能够满足测量要求。

本结构中提供精度的方法，主要是选取在沸腾炉的最底部，因测点在底部，压力高，不会产生两相流，测点稳定，相比沸腾炉插入法来说，因介质的稳定，测量精度更高。

利用音叉密度计做硼表，因音叉密度计结构简单，因此具有以下优点:

1)测点条件

处于容器最底端，压力高，不会出现两相流。

流经音叉的液体，密度或浓度不同，音叉振动频率不同。按照某核电供货产品资料，以某三代核电站参数作对比：表1为本发明的测点条件

2)抗震

因音叉密度计结构简单，只要保证法兰安装符合相应标准，即可保证地震下，不发生泄漏，达到抗震的要求。并通过建立振动模型，利用算法进行验算。

3)辐照

音叉密度计一般在放射性环境下工作，主要电子元器件等，受辐照影响大。目前采用分体安装，将音叉密度计上的敏感元器件与探头分离，远离辐照源。

实施例2：

如图2所示，一种硼回收系统中硼酸浓度的测量装置，进一步，为了使数据传输更加方便，所述音叉密度计6上连接有无线蓝牙器9，利用本结构设计，能够利用无线蓝牙器9，将检测到的数据通过蓝牙的形式发送给控制器。

实施例3：

如图3所示，一种硼回收系统中硼酸浓度的测量装置，进一步，为了使数据传输更加方便，所述音叉密度计6上连接有usb数据接口10，利用本结构设计，能够利用usb数据接口10，将检测到的数据通过进行导出。

本具体实施例仅仅是对本实施例的解释，其并不是对本实施例的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实施例的权利要求范围内都受到专利法的保护。