核电厂在线硼表自动化标定装置

技术领域

本发明涉及一种核电厂在线硼表自动化标定装置，用于核电厂大修期间的在线硼表标定工作。

背景技术

核电厂中的能量是通过自持链式核裂反应获得的，反应堆功率大小取决于堆芯中子通量密度水平。在压水堆核电厂中，控制反应堆功率运行的方法之一是在一回路冷却剂中加入中子吸收剂——硼酸，通过调节一回路中硼浓度来控制反应堆链式反应。因此，对一回路冷却剂中的硼浓度进行实时监测尤为重要，而在线硼表是核电厂唯一能对一回路冷却剂中的硼浓度进行实时监测的仪器设备。

一般情况，在每个燃料循环需对在线硼表进行一次标定校准，以保证硼表的准确性。在对在线硼表标定时，需通过两根金属软管将在线硼表与移动式在线硼表标定装置连接(如图1所示)。硼表标定过程中，在标定水箱中手动配制不同梯度的硼浓度溶液，使用PID控制模块和开关组合P1启动真空泵M1，将硼溶液循环至在线硼表，同时控制电加热器G1对标定水箱溶液加热，温度探测器T1实时监测回路温度，通过PID控制模块和开关组合P1控制标定回路的温度稳定在30±1℃。硼表中子接收机柜读取平均中子计数率，同时需对标定水箱的硼溶液进行取样，化学滴定对应硼浓度。硼表中子接收机柜根据读取的中子计数率和取样滴定的硼浓度进行二次拟合，计算出本次标定的系数，从而实现对在线硼表的标定校准。

使用现有的在线硼表标定装置配制不同梯度的硼溶液时，需要先手动计算所置换的液体体积，再用10L塑料烧杯将标定水箱的硼溶液按计算的体积舀出，根据烧杯壁上的刻度目视定容，目视确定体积无误后倒入废水槽，再用10L烧杯向标定水箱等体积加入SED水或硼酸溶液，以达到配制目标硼溶液的目的。因此，现有的在线硼表标定装置主要存在以下不足：

1、需要手动配置硼溶液，流程复杂，工作效率低

使用现有的在线硼表标定装置执行硼表标定任务时，需要先根据目标硼浓度手动计算需置换的SED水或硼酸溶液体积，再根据计算的结果等体积手动置换标定水箱中的硼溶液，整个工作流程复杂。在线硼表标定时，需要手动配制16个目标硼浓度，硼表标定结束后，需要手动配制4个验证硼浓度，平均配制每个硼浓度点约耗时3min，共计60min，耗时长，工作效率低。

2、放射性废液会滴落在设备和地面上，存在沾污风险

使用现有的在线硼表标定装置配制硼溶液需要用烧杯将标定水箱中的硼溶液舀出，由于标定水箱中的液体含有放射性，烧杯与水直接接触舀出，杯壁上会残留一定放射性液体，会溅落在设备、地面或人员身上，存在极大的放射性物质扩散，人员或设备放射性沾污风险。

3、误差来源大，影响在线硼表标定的准确性

使用现有的在线硼表标定装置手动配置目标硼溶液，需要用烧杯定容，人工目视刻度确认体积，烧杯本身非精确定量容器，目视会人为增大偏差，且存在误读的风险，使得置换的硼溶液体积无法精确，从而影响在线硼表标定的准确性。

4、PID控制回路单一，无综合控制能力

现有的在线硼表标定装置中设有一个PID控制模块，而PID本身只具备单一反馈调节的功能，即只能根据温度探测器采集的实时温度数据，控制标定回路的硼酸溶液温度在30±1℃，因此无法对在线硼表标定装置内的其余电气设备实现综合控制的功能，进一步地需要人工手动启泵、停泵或配液，从而增加现场人员的工作量。

5、增加人力资源需求

通常情况，大修期间在线硼表标定时，需要安排两人，一人负责计算和取样测硼，一人负责关注在线硼表标定装置温度控制和手动配置目标硼酸溶液，在大修期间人力资源紧张的情况下，会增加人力资源需求，给岗位增加额外负担，降低岗位运作能力。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种核电厂在线硼表自动化标定装置。

为实现上述目的，本发明提供一种核电厂在线硼表自动化标定装置，连接于在线硼表，包括PLC控制柜、标定水箱、排废装置、第一三通电磁阀D1、配液装置，其中，所述第一三通电磁阀D1的第一端连接于所述标定水箱的第一端，所述第一三通电磁阀D1的第二端连接于所述在线硼表的第一端，所述第一三通电磁阀D1的第三端连接于所述排废装置，所述标定水箱的第二端连接于所述在线硼表的第二端，所述标定水箱的第三端连接于所述配液装置，所述PLC控制柜电连接于所述排废装置、所述第一三通电磁阀D1和所述配液装置，使用时，所述PLC控制柜控制所述第一三通电磁阀D1指向所述排废装置一侧，使所述标定水箱与所述排废装置连通，使所述标定水箱向所述排废装置排出目标体积的硼溶液；在排出目标体积的硼溶液后，所述PLC控制柜控制所述第一三通电磁阀D1指向所述标定水箱一侧；所述PLC控制柜控制所述配液装置向所述标定水箱加入目标体积的水溶液或硼溶液，完成标定过程或验证过程。

在本发明提供的装置中，根据目标硼浓度和所述标定水箱中的当前硼浓度值计算所述目标体积。

在本发明提供的装置中，所述排废装置包括排废箱和第一涡轮流量计S1，所述排废箱连接于所述第一涡轮流量计S1的出口，所述第一涡轮流量计S1的入口连接于所述第一三通电磁阀D1，所述第一涡轮流量计S1实时记录来自所述标定水箱的排废累积流量，在排废累积流量达到目标体积后，所述第一三通电磁阀D1指向所述排废装置一侧使溶液继续循环。

在本发明提供的装置中，所述排废装置还包括连接在所述第一涡轮流量计S1的入口和所述第一三通电磁阀D1之间的第一手动截止阀V1。

在本发明提供的装置中，所述配液装置包括第二涡轮流量计S2、第二三通电磁阀D2、输送泵M2、开关量电磁阀D3、第一储液装置，其中，所述第一储液装置连接于所述第二三通电磁阀D2的第一端，所述第二三通电磁阀D2的第二端连接于所述输送泵M2的入口，所述输送泵M2的出口经由所述开关量电磁阀D3连接于所述第二涡轮流量计S2的入口，所述第二涡轮流量计S2的出口连接至所述标定水箱，在进行标定过程时，所述PLC控制柜控制所述第二三通电磁阀D2指向所述第一储液装置一侧，所述开关量电磁阀D3开启，所述输送泵M2启动，向所述标定水箱加入水溶液，所述第二涡轮流量计S2实时记录水溶液的累积流量，当累积流量等于目标体积时，所述输送泵M2停止运行，所述开关量电磁阀D3关闭，完成标定过程。

在本发明提供的装置中，所述配液装置还包括连接于所述第二三通电磁阀D2的第三端的第二储液装置，在进行验证过程时，所述PLC控制柜控制所述第二三通电磁阀D2指向所述第二储液装置一侧，所述开关量电磁阀D3开启，所述输送泵M2启动，向所述标定水箱加入硼溶液，所述第二涡轮流量计S2实时记录硼溶液的累积流量，当累积流量等于目标体积时，所述输送泵M2停止运行，所述开关量电磁阀D3关闭，完成验证过程。

在本发明提供的装置中，所述配液装置还包括连接在所述第二三通电磁阀D2的第二端和所述第一储液装置之间的第二手动截止阀V2，以及连接在所述第二三通电磁阀D2的第三端和所述第二储液装置之间的第三手动截止阀V3。

在本发明提供的装置中，还包括电连接于所述PLC控制柜20的真空泵M1，所述真空泵M1的入口连接于所述标定水箱的第二端，所述真空泵M1的出口连接于所述在线硼表，所述真空泵M1将所述标定水箱中的标定溶液输送至所述在线硼表。

在本发明提供的装置中，还包括电连接于所述PLC控制柜20的温度探测器T1和电加热器G1，所述温度探测器T1设置在所述真空泵M1的入口和所述标定水箱的第二端之间，所述电加热器G1设置在所述标定水箱外侧，所述PLC控制柜20控制所述电加热器G1启动，对所述标定水箱中的标定溶液进行加热；所述温度探测器T1实时监测回路中的温度。

本发明的核电厂在线硼表自动化标定装置，具有以下有益效果：使用本发明提供的标定装置，可以提高在线硼表标定工作的自动化程度，实现在线硼表标定装置自动化配液功能，简化流程，提高标定效率；使用本装置，可以有效降低人员和设备的放射性沾污风险；提升配液的精确度，提高在线硼表标定的质量；提升设备的稳定性，使温度控制更精确；节约人力成本，提升岗位运作的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1为现有的标定装置的原理图；

图2本发明提供的核电厂在线硼表自动化标定装置的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

图2本发明提供的核电厂在线硼表自动化标定装置的示意图。如图2所示，本发明提供的核电厂在线硼表自动化标定装置连接于在线硼表10，用于实现在线硼表标定时的自动化配液功能。该装置包括PLC控制柜20、标定水箱30、排废装置40、第一三通电磁阀D1和配液装置50，其中，所述第一三通电磁阀D1的第一端连接于所述标定水箱30的第一端，所述第一三通电磁阀D1的第二端连接于所述在线硼表10的第一端，所述第一三通电磁阀D1的第三端连接于所述排废装置40，所述标定水箱30的第二端连接于所述在线硼表10的第二端，所述标定水箱30的第三端连接于所述配液装置50，所述PLC控制柜20电连接于所述排废装置40、所述第一三通电磁阀D1和所述配液装置50。使用时，所述PLC控制柜20控制所述第一三通电磁阀D1指向所述排废装置40一侧，使所述标定水箱30与所述排废装置40连通，使所述标定水箱30向所述排废装置40排出目标体积的硼溶液；在排出目标体积的硼溶液后，所述PLC控制柜20控制所述第一三通电磁阀D1指向所述标定水箱30一侧；所述PLC控制柜20控制所述配液装置50向所述标定水箱30加入目标体积的水溶液或硼溶液，完成标定过程或验证过程。

具体地，还包括电连接于所述PLC控制柜20的真空泵M1，所述真空泵M1的入口连接于所述标定水箱30的第二端，所述真空泵M1的出口连接于所述在线硼表10，所述真空泵M1将所述标定水箱20中的标定溶液输送至所述在线硼表10。在进行在线硼表标定时，通过点击可编程PLC控制柜20的启动键，启动真空泵M1，PLC控制柜20控制第一三通电磁阀D1指向标定水箱一侧，将标定水箱中的标定溶液输送至在线硼表，并从快速接头A1处回水至标定水箱，使标定水箱中硼溶液自循环。

具体地，所述排废装置40包括排废箱410和第一涡轮流量计S1，所述排废箱410连接于所述第一涡轮流量计S1的出口，所述第一涡轮流量计S1的入口连接于所述第一三通电磁阀D1。进一步地，所述排废装置40还包括连接在所述第一涡轮流量计S1的入口和所述第一三通电磁阀D1之间的第一手动截止阀V1。配液装置50包括第二涡轮流量计S2、第二三通电磁阀D2、输送泵M2、开关量电磁阀D3、第一储液装置510，其中，所述第一储液装置510连接于所述第二三通电磁阀D2的第一端，所述第二三通电磁阀D2的第二端连接于所述输送泵M2的入口，所述输送泵M2的出口经由所述开关量电磁阀D3连接于所述第二涡轮流量计S2的入口，所述第二涡轮流量计S2的出口连接至所述标定水箱30。所述配液装置50还包括连接在所述第二三通电磁阀D2的第二端和所述第一储液装置510之间的第二手动截止阀V2，以及连接在所述第二三通电磁阀D2的第三端和所述第二储液装置520之间的第三手动截止阀V3。当需要配置目标硼酸溶液时，点击可编程PLC控制柜20相应按钮控制第一电磁三通阀D1指向排废箱410一侧，使标定水箱中的硼溶液向排废箱排废目标体积，其中，根据目标硼浓度和所述标定水箱30中的当前硼浓度值计算所述目标体积；第一涡轮流量计S1记录排废累积流量，待流量达到目标体积后，第一三通电磁阀D1指向标定水箱一侧继续循环，然后第二三通电磁阀D2指向储存有SED水的第一储液装置一侧，开关量电磁阀D3开启，输送泵M2启动，向标定水箱等体积加入SED水，第二涡轮流量计S2记录累积流量，待流量满足后，输送泵M2停止运行，开关量电磁阀D3关闭，达到自动配制硼酸溶液的目的。

进一步地，所述配液装置50还包括连接于所述第二三通电磁阀D2的第三端的第二储液装置520，第二储液装置中储存有硼酸溶液，在进行标定后，通过第二储液装置向标定水箱中添加硼酸溶液以验证标定过程是否准确。在进行验证过程时，所述PLC控制柜20控制所述第二三通电磁阀D2指向所述第二储液装置520一侧，所述开关量电磁阀D3开启，所述输送泵M2启动，向所述标定水箱30加入硼溶液，所述第二涡轮流量计S2实时记录硼溶液的累积流量，当累积流量等于置换体积时，所述输送泵M2停止运行，所述开关量电磁阀D3关闭，完成验证过程。

进一步地，还包括电连接于所述PLC控制柜20的温度探测器T1和电加热器G1，所述温度探测器T1设置在所述真空泵M1的入口和所述标定水箱30的第二端之间，所述电加热器G1设置在所述标定水箱30外侧，所述PLC控制柜20控制所述电加热器G1启动，对所述标定水箱30中的标定溶液进行加热；所述温度探测器T1实时监测回路中的温度。

本发明在现有的在线硼表标定装置基础上，新增了输送流量为2-6L/min的输送泵M2、PLC控制柜20、涡轮流量计S1和S2、三通电磁阀D1和D2、开关量电磁阀D3、手动截止阀V1、V2和V3、储液装置510和520、1/8英寸不锈钢管等部件组成。通过各部分精巧的设计、连接，对PLC控制柜编程，并将原有真空泵M1，电加热器G1和温度探测器T1集成整合至PLC控制模块，可提高核电厂在线硼表标定装置的综合控制能力，实现其自动配液的功能。

使用时，将各部件进行组装，并确保各部分连接紧密，不渗漏，具体连接方法如下：将第一储液装置510和第二储液装置520放于原型号在线硼表标定装置上方，并用1/8英寸不锈钢管分别连接至手动截止阀V3和V2；将手动截止阀V3和V2的另一端用1/8英寸不锈钢管连接至第二三通电磁阀D2的两端；将第二三通电磁阀D2的一端用1/8英寸不锈钢管连接至输送泵M2的入口；将输送泵M2的出口用1/8英寸不锈钢管连接至开关量电磁阀D3；将开关量电磁阀D3的另一端用1/8英寸不锈钢管连接至第二涡轮流量计S2的入口；将涡轮流量计S2的出口用1/8英寸不锈钢管连接至标定水箱；用1/8英寸不锈钢管连接第一涡轮流量计S1的出口；将第一涡轮流量计S1的入口用1/8英寸不锈钢管连接至手动截止阀V1；将手动截止阀V1的另一端用1/8英寸不锈钢管连接至第一三通电磁阀D1的一端；将第一三通电磁阀D1的另外两端分别连接1/8英寸不锈钢管和金属软管，其中1/8英寸不锈钢管侧连接至原在线硼表标定装置的快速接头A1；将涡轮流量计S1和S2，三通电磁阀D1和D2，开关量电磁阀D3，小型输送泵M2，原设备真空泵M1，原设备电加热器G1，原设备温度探测器T1的接线连接至PLC控制柜20；对PLC控制柜进行合理编程，使其能够综合控制以上电气部件。

下面详细产生本发明提供的标定装置的工作流程：

1.装置启动：点击PLC控制柜屏幕中的启动键，真空泵M1开始运转，将标定水箱中的标定溶液输送至在线硼表，并从快速接头A1处回水至标定水箱。

2.装置加热：点击PLC控制柜屏幕中的温度控制键，将温度设置为30℃，电加热器G1启动，对标定水箱中的标定溶液进行加热。温度探测器T1实时监测回路中的温度，当温度探测器T1探测到温度高于31℃时，电加热器G1停止加热；当温度探测器T1探测到温度低于29℃时，电加热器G1停恢复加热。PLC控制柜中设置有手动加热键，用于特殊情况下的手动调节温度。

3.在线硼表标定装置配液(标定过程)：点击PLC控制柜屏幕中的标定配液键，输入目标硼浓度和当前硼浓度值，PLC控制柜将按照预定程序自动控制第一三通电磁阀D1指向排废箱一侧，使标定水箱中的硼溶液向排废箱排废程序计算的目标体积，第一涡轮流量计S1实时记录排废累积流量，待排废累积流量达到目标体积后，第一三通电磁阀D1将自动指向标定水箱一侧使溶液继续循环，然后第二三通电磁阀D2自动指向第一储液装置一侧，开关量电磁阀D3开启，小型输送泵M2启动，向标定水箱等体积加入SED水，第二涡轮流量计S2实时记录SED水的累积流量，待累积流量等于排废总流量(即目标体积)时，小型输送泵M2停止运行，开关量电磁阀D3关闭，达到自动配制硼酸溶液的目的。其中，通过以下公式(1)计算目标体积，其中，V

4.在线硼表标定装置配液(验证过程)：点击PLC控制柜屏幕中的验证配液键，输入目标硼浓度、当前硼浓度值和硼酸水箱硼浓度(即第二储液装置中的硼酸溶液的硼浓度)，PLC控制柜将按照预定程序自动控制第一三通电磁阀D1指向排废箱一侧，使标定水箱中的硼溶液向排废箱排废程序计算的置换体积，第一涡轮流量计S1实时记录排废累积流量，待排废累积流量达到置换体积后，第一三通电磁阀D1将自动指向标定水箱一侧继续循环，然后第二三通电磁阀D2自动指向第二储液装置一侧，开关量电磁阀D3开启，小型输送泵M2启动，向标定水箱等体积加入硼酸溶液水，第二涡轮流量计S2实时记录硼酸溶液的累积流量，待累积流量等于置换体积时，小型输送泵M2停止运行，开关量电磁阀D3关闭，达到自动配制硼酸溶液的目的。其中，置换体积根据如下公式(2)计算，其中，V

5.装置冲洗：待在线硼表标定工作结束后，向硼酸水箱中加入SED水，点击PLC控制柜屏幕中的冲洗键，第二三通电磁阀D2自动指向硼酸水箱一侧，开关量电磁阀D3开启，小型输送泵M2启动，将硼酸水箱中的SED水输送至标定水箱；第一三通电磁阀D1自动指向排废箱一侧，将标定水箱中的溶液排向排废箱一侧；达到冲洗管道及装置的目的。

6.停运：点击PLC控制柜屏幕中的停运键，真空泵M1停止运转，电加热器G1停止加热。

相对于现有技术，本发明提供的标定装置具有以下优点：

1.自动化程度高，流程简单，提高工作效率

使用本发明提供的自动化在线硼表标定装置执行硼表标定时，整个过程PLC自动化控制，不需手动配置溶液，流程简单，平均配制每个目标硼浓度约1min，总计用时约20min，缩短了配液时间，提高了工作效率。

2.降低放射性沾污风险

使用本发明提供的自动化在线硼表标定装置配液时，无需使用烧杯手动置换放射性硼酸溶液，人员无需与放射性溶液直接接触，进而降低了设备和人员放射性沾污的风险。

3.提升配液的精确度，提高在线硼表标定的质量

使用本发明提供的自动化在线硼表标定装置配制目标硼酸溶液，涡轮流量计实时记录传输液体的总体积并进行修正，置换体积更数字化，从而提升配液的精确度，提高核电厂在线硼表标定的质量。

4.PLC综合控制能力更强

本发明提供的自动化在线硼表标定装置所有的电气元件均由PLC控制，PLC本身具备综合控制能力强的优点，可以用软件全局控制硼表标定装置的温度和配液，十分方便且减少了现场人员的工作量。

5.节约人力成本，提升岗位运作的灵活性

使用本发明提供的自动化在线硼表标定装置自动化程度更高，无需手动配置目标硼酸溶液，工作人员仅需操作PLC控制面板即可完成配液工作，同时自动控温能力更强，无需时常巡检关注标定回路的实测温度，标定工作仅需1人即可，节约了此项工作的人力成本，为岗位腾出人力，提升岗位运作的灵活性。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。