一种两相贮槽倒料终点的监测方法、装置及系统

技术领域

本发明属于核燃料后处理测控技术领域，具体涉及一种两相贮槽倒料终点的监测方法、监测装置及监测系统。

背景技术

核燃料后处理工艺流程中存在大量含有两相介质的贮槽，即同时含有机相（如30%磷酸三丁酯TBP-煤油等）和水相（如硝酸铀酰溶液等）的贮槽。工艺要求对这类贮槽的“倒料终点”进行监测，以指导倒料工艺操作，排水相时能防止有机相随水相排出，以保证正常的生产运行。

若通过测量界面高度以指导倒料工艺操作将存在实施难度大的问题。因为在工艺运行过程中，这类贮槽的液位和界面高度是随时变化的，而目前放射性区域内工艺参数的测量多采用吹气测量仪表，吹气测量仪表的吹气管数量设置有限，基于少量的吹气测量仪表无法测出随时变化的界面高度，且倒料终点监测的准确性直接影响后续工艺的生产运行。因此，亟需一种简便易实施的两相贮槽倒料终点的监测方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，提供一种两相贮槽倒料终点的监测方法、监测装置及监测系统，该监测方法采用的结构简单易实现，成本低，监测效率高。

第一方面，本发明提供一种两相贮槽倒料终点的监测方法，包括：获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度，其中，测量密度由具有高度差的第一吹气仪表管和第二吹气仪表管组合测量得到；判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小，以监测是否达到倒料终点。

优选地，待测贮槽内由下至上依次为第一相介质、第二相介质。在所述获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度之前，所述监测方法还包括：获取第一相介质的密度最小值和第二相介质的密度最大值。

优选地，所述获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度，具体包括：根据公式（1）获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度：

D＝ΔP

其中，D为测量密度，ΔP

优选地，所述判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小，以监测是否达到倒料终点，具体包括：判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小；响应于测量密度大于或等于第一相介质的密度最小值，确定待测贮槽底部为第一相介质；响应于测量密度小于或等于第二相介质的密度最大值，确定待测贮槽底部为第二相介质；响应于测量密度大于第二相介质的密度最大值，且测量密度小于第一相介质的密度最小值，确定已到达倒料终点。

优选地，在所述判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小，以监测是否达到倒料终点之后，所述监测方法还包括：在第二相介质的密度最大值与第一相介质的密度最小值之间选取倒料终点对应的密度阈值；在测量密度达到密度阈值时，停止倒料。

优选地，待测贮槽底部预设区间为距底部10毫米至65毫米，第一吹气仪表管的管口位置为距底部50毫米至65毫米，第二吹气仪表管的管口位置为距底部10毫米至20毫米。

第二方面，本发明还提供一种两相贮槽倒料终点的监测装置，包括获取模块和判断模块。

获取模块，用于获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度，其中，测量密度由具有高度差的第一吹气仪表管和第二吹气仪表管组合测量得到。判断模块，与获取模块连接，用于判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小，以监测是否达到倒料终点。

优选地，判断模块包括判断单元和确定单元。

判断单元，用于判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小。确定单元，与判断单元连接，用于响应于测量密度大于或等于第一相介质的密度最小值，确定待测贮槽底部为第一相介质，还用于响应于测量密度小于或等于第二相介质的密度最大值，确定待测贮槽底部为第二相介质，以及，用于响应于测量密度大于第二相介质的密度最大值，且测量密度小于第一相介质的密度最小值，确定已到达倒料终点。

第三方面，本发明还提供一种两相贮槽倒料终点的监测系统，包括吹气测量仪表和第二方面所述的两相贮槽倒料终点的监测装置。吹气测量仪表包括第一吹气仪表管、第二吹气仪表管、吹气装置、差压变送器。吹气装置，与第一吹气仪表管和第二吹气仪表管连接。差压变送器，与吹气装置连接，用于测量待测贮槽内第一吹气仪表管和第二吹气仪表管对应管口的压差。两相贮槽倒料终点的监测装置，与差压变送器连接，用于根据压差获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度，以及，用于判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小，以监测是否达到倒料终点。

本发明的两相贮槽倒料终点的监测方法、监测装置及监测系统，通过在倒料操作过程中实时获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度，并实时判断测量密度的变化情况，以监测是否达到倒料终点，在达到倒料终点时，操作人员停止倒料。其中，通过设置在待测贮槽底部预设区间内的第一吹气仪表管和第二吹气仪表管组合测量得到测量密度，故监测结构简单易实现，成本低。且通过待测贮槽底部预设区间内的吹气仪表管所测量的密度变化间接实现对倒料终点的监测，监测方法简便且效率高。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种两相贮槽倒料终点的监测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1的一种两相贮槽的密度测量的结构示意图；

图3为本发明实施例1的一种有机相夹带水相贮槽的密度测量的结构示意图；

图4为本发明实施例1的一种水相夹带有机相贮槽的密度测量的结构示意图；

图5为本发明实施例1的一种两相介质带界面污物贮槽的密度测量的结构示意图；

图6为本发明实施例3的一种两相贮槽倒料终点的监测装置的结构示意图。

图中：HD-密度测量吹气管管距；L-液位高度；Li-界面高度；Do-有机相密度；Da-水相密度；g-重力加速度；ΔP

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

若通过吹气法测量待测贮槽的低界面以实现对倒料终点的监测，需要在待测贮槽的底部位置附近设置十分密集的吹气管，设置十分密集的吹气管将影响工艺运行，且使得DCS（Distributed Control System，分散控制系统）的判断逻辑复杂，难以实现，故通过吹气法测量两相贮槽低界面以实现两相贮槽倒料终点监测在实际运行中难以实施。为解决这类贮槽倒料终点的监测问题，本实施例采用测量待测贮槽底部预设区间内介质密度的变化以指导倒料工艺的操作，从而达到监测倒料终点的要求。

如图1所示，本实施例提供一种两相贮槽倒料终点的监测方法，包括：

步骤101，获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度，其中，测量密度由具有高度差的第一吹气仪表管和第二吹气仪表管组合测量得到。

本实施例中，倒料终点，指两相贮槽的底部排料口在排出水相时，用倒料终点判断使水相尽可能完全排出，又要防止有机相误排出，其中，倒料过程中，有机相和水相之间的界面随着水相的排出不断下降，通过实时监测界面高度是否到达贮槽底部来判断倒料终点是否到达，从而指导操作人员在合适的时机停止倒料。待测贮槽底部预设区间为距底部10毫米至65毫米，第一吹气仪表管的管口位置为距底部50毫米至65毫米，第二吹气仪表管的管口位置为距底部10毫米至20毫米。如图2所示，在待测贮槽底部位置附近（即预设区间内）设置两根具有高度差的吹气仪表管，分别为第一吹气仪表管（y1）和第二吹气仪表管（y2），使用一台两管吹气装置及一块差压变送器DT实现待测贮槽底部预设区间内密度的测量，差压变送器DT的量程由待测介质密度、密度测量用吹气管高度差等共同决定。图2中，B为第一吹气仪表管的管口，A为第二吹气仪表管的管口，HD为密度测量吹气管对应管口的管距，L为液位高度，Li为界面高度，HD、L、Li的单位均为毫米，Do为有机相密度（测定或工艺给定，单位为克每立方厘米），Da为水相密度（测定或工艺给定，单位为克每立方厘米），g为重力加速度，单位为克每平方秒，ΔP

可选地，所述获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度，具体包括：根据公式（1）获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度：

D＝ΔP

其中，D为测量密度，ΔP

本实施例中，当第一吹气仪表管管口和第二吹气仪表管管口位于不同的介质溶液中，其相应的介质密度是不同的。由于通过有限数量的吹气仪表管无法随时测量出待测贮槽的低界面高度，故通过在贮槽底部预设区间内设置的两个吹气仪表管测量介质密度，继而基于介质密度的变化间接实现对倒料终点的监测，从而达到基于简单的测量结构及简便的判断方法实现对倒料终点的监测。

可选地，待测贮槽内由下至上依次为第一相介质、第二相介质。如图2所示，本实施例中位于贮槽内下部的介质为水相，位于贮槽内上部的介质为有机相，有机相的密度小于水相的密度。

可选地，在所述获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度之前，所述监测方法还包括：获取第一相介质的密度最小值和第二相介质的密度最大值。

本实施例中，为提高监测结果的准确性，需要获取第一相介质的密度最小值和第二相介质的密度最大值。其中，第一相介质的密度最小值Da (min)＜第一相介质的密度Da，理论上任何一种水相溶液的密度应是一个定值，但使用吹气法测量，由于存在仪表测量误差，环境等影响因素，测量值会在该定值上下小范围波动，所以判断时取理论定值不可靠，故取水相密度测量值的最小值，具体可通过调试得到。第二相介质的密度最大值Do (max)＞第二相介质的密度Do，理论上任何一种有机相溶液的密度影是一个定值，但使用吹气法测量，由于存在仪表测量误差，环境等影响因素，测量值会在该理论定值上下小范围波动，所以判断时取理论定值不可靠，故取有机相密度测量值的最大值，具体可通过调试得到。例如，以硝酸+煤油两相介质贮槽为例，30%TBP—煤油理论密度是0.817g/cm

步骤102，判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小，以监测是否达到倒料终点。

本实施例中，通过判断测量密度的变化情况实现倒料终点的监测，判断逻辑简单。

具体地，所述判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小，以监测是否达到倒料终点，包括：判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小；响应于测量密度大于或等于第一相介质的密度最小值，确定待测贮槽底部为第一相介质；响应于测量密度小于或等于第二相介质的密度最大值，确定待测贮槽底部为第二相介质；响应于测量密度大于第二相介质的密度最大值，且测量密度小于第一相介质的密度最小值，确定已到达倒料终点。

本实施例中，当测量密度D≥Da (min)时，确定待测贮槽底部为水相溶液，此时继续倒料，使水相继续排出；当Do (max)＜D＜Da (min)时，确定界面或液位降至待测贮槽的底部，即到达倒料终点，停止倒料，防止有机相被错排；之后根据流程需要，可将排料口切换至废液贮槽，排出水相有机相混合液，直至测量密度D≤Do (max)时，确定待测贮槽底部为有机相溶液，此时停止排出废液；之后根据流程需要可将待测贮槽内剩余的纯有机相排出到正确贮槽；若流程只需要排出水相，则排废液、排有机相步骤无需进行。对于特殊工况（如图3所示），当测量密度D≤Do (max)时，确定待测贮槽底部为有机相溶液，无需倒料，可避免有机相被误排。

可选地，在所述判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小，以监测是否达到倒料终点之后，所述监测方法还包括：在第二相介质的密度最大值与第一相介质的密度最小值之间选取倒料终点对应的密度阈值；在测量密度达到密度阈值时，停止倒料。

本实施例中，排水相时，通过调试，可确定一个合适的密度值作为倒料终点对应的密度阈值，以便于操作人员在知悉测量密度达到倒料终点对应的密度阈值时，立即停止倒料动作，如及时关闭倒料管上的阀门或泵等设备。当密度阈值对应水相排出较为彻底且无有机相误排，则选取密度阈值有利于提高倒料终点监测的准确性。当两相介质充满如图2所示吹气管y1、y2之间且界面处于吹气管y1、y2中间偏下位置时吹气仪表测得的密度值适宜用作倒料终点密度值。若选取的倒料终点对应的密度阈值过大，会导致界面刚下降至图2所示B点附近时即停止倒料，导致水相介质导出不充分，造成水相介质过多被误认为混合废液排出舍弃，引起浪费，影响贮槽倒空。若选取的倒料终点对应的密度阈值过小，会导致界面下降到图2所示A点附近才停止倒料，而停止倒料操作一般是需要关闭倒料管线上相应的阀门或泵，设备响应需要时间，倒料操作停止不及时，可能导致部分有机相随水相排出，进入后续工艺流程，影响生产运行安全。因此，准确的倒料终点对应的密度阈值直接影响倒料操作的成败。对于每个有倒料操作需求的贮槽，根据工艺经验，倒料终点对应的密度阈值可取A、B点间充满两相介质，且有机相介质含量在1/2到2/3时，吹气仪表测得的密度值，具体取范围内哪个数值，可根据调试确定，以便于更好地适配每个贮槽的实际运行工况，使倒料尽可能充分又防止过度倒料有机相错排。介质成分不同或介质成分相同而处于的流程不同，其倒料终点对应的密度阈值均可能不一致。

示例，第一吹气仪表管的管口距待测贮槽底部为50毫米，且第二吹气仪表管的管口距待测贮槽底部为10毫米，或，第一吹气仪表管的管口距待测贮槽底部为60毫米，且第二吹气仪表管的管口距待测贮槽底部为20毫米等。基于吹气仪表管管口的所述示例位置，倒料终点的监测结果更为准确。

本实施例的两相贮槽倒料终点的监测方法，通过在倒料操作过程中实时获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度，并实时判断测量密度的变化情况，以监测是否达到倒料终点，在达到倒料终点时，操作人员停止倒料。其中，通过设置在待测贮槽底部预设区间内的第一吹气仪表管和第二吹气仪表管组合测量得到测量密度，故监测结构简单易实现，成本低。且通过待测贮槽底部预设区间内的吹气仪表管所测量的密度变化间接实现对倒料终点的监测，监测方法简便且效率高。具体地，将测量密度分别与第一相介质的密度最小值和第二相介质的密度最大值进行比较，以判断是否达到倒料终点，其中，获取第一相介质的密度最小值和第二相介质的密度最大值，相比于获取介质的理论密度值，可提高监测结果的准确性。进一步地，通过判断测量密度的变化情况实现倒料终点的监测，判断逻辑简单，能快速得到监测结果。此外，通过在倒料终点范围内选取一个密度阈值有利于进一步提高倒料终点监测的准确性。

实施例2

本实施例提供一种两相贮槽倒料终点的监测方法，包括：在待测贮槽底部距底50mm、10mm（或60mm、20mm等距底较小的距离）处分别设置第一吹气仪表管y1和第二吹气仪表管y2。以同时含有30%TBP—煤油（Do=0.817g/cm3）及2mol/L硝酸（Da=1.072g/cm3）的两相贮槽为例，此时密度测量用差压变送器的量程可选为0-1kPa。倒料终点的判断逻辑中，Da(min)、Do (max)由调试确定，Da (min)取硝酸密度测量值的最小值，Do (max)煤油密度测量值的最大值，如获取Da (min)为1.0g/cm

当D≥1.0g/cm

当D≤0.9g/cm

当0.9g/cm

需要说明的是，本实施例的两相贮槽倒料终点的监测方法也适应于其他特殊工况，如图3所示的有机相夹带水相的贮槽，该类贮槽以有机相介质为主，仅有少量水相介质沉积在贮槽底部，与图2所示的两相介质含量相当的一般两相介质贮槽不同，图3属于两相介质贮槽中工况较为极端的另一种。对图3这类贮槽进行倒料操作时，可能出现如图3所示两相介质界面根本不会高于图中A点，此时使用本实施例所述的监测方法，倒料终点的判断逻辑直接跳至D≤Do (max)，即判断贮槽底部为有机相溶液，无需倒料，仍然可避免有机相介质被误倒出，故本实施例所述的监测方法对图3所示极端工况依然适用。

如图4所示的水相夹带有机相贮槽，该类贮槽含有大量水相介质，仅有薄薄的一层有机相介质浮在水相介质上面，与图2所示的两相介质含量相当的一般两相介质贮槽不同，图4属于两相介质贮槽中工况较为极端的一种。对图4这类贮槽进行倒料操作时，由于其有机相介质很薄，测量仪表的测量密度值到达倒料终点对应的密度值时，可能出现如图4所示贮槽液位及两相介质界面同时处于图中A、B点之间的情况，此时停止倒料依然可以保证有机相介质未被误倒出，故本实施例所述的监测方法对图4所示极端工况依然适用。

如图5所示的两相介质带界面污物贮槽，该类贮槽除上层的有机相和底层的水相外，在这两相之间还漂浮着一层厚度薄且不均匀的界面污物，与图2所示的两相介质含量想当的一般两相介质贮槽不同，图5属于两相介质贮槽中工况较为特殊的一种。对图5这类贮槽进行倒料操作时，测量仪表的测量密度值到达倒料终点对应的密度值时，可能出现如图5所示有机相介质、水相介质、界面污物同时处于图中A、B点之间的情况，此时停止倒料可以保证有机相介质、界面污物均未被误倒出，故本实施例所述的监测方法对图5所示特殊工况依然适用。

综上所述，利用本实施例提出的基于吹气测量原理的两相贮槽倒料终点的监测方法，可应用于放射性介质贮槽，并可实现多工况两相介质贮槽倒料终点的准确快速监测，其原理已知可靠，测量结构简单，组态逻辑易实现，有效解决核燃料后处理工艺流程中两相贮槽倒料终点监测的难题，更科学安全的利用测控技术手段完成对工艺操作的指导，提高核燃料后处理测控技术水平。

实施例3

如图6所示，本实施例提供一种两相贮槽倒料终点的监测装置，包括获取模块61和判断模块62。

获取模块61，用于获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度，其中，测量密度由具有高度差的第一吹气仪表管和第二吹气仪表管组合测量得到。

判断模块62，与获取模块61连接，用于判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小，以监测是否达到倒料终点。

可选地，待测贮槽内由下至上依次为第一相介质、第二相介质。

所述监测装置还包括第二获取模块。第二获取模块，用于获取第一相介质的密度最小值和第二相介质的密度最大值。

可选地，获取模块具体用于根据公式（1）获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度：

D＝ΔP

其中，D为测量密度，ΔP

可选地，判断模块包括判断单元和确定单元。

判断单元，用于判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小。

确定单元，与判断单元连接，用于响应于测量密度大于或等于第一相介质的密度最小值，确定待测贮槽底部为第一相介质，还用于响应于测量密度小于或等于第二相介质的密度最大值，确定待测贮槽底部为第二相介质，以及，用于响应于测量密度大于第二相介质的密度最大值，且测量密度小于第一相介质的密度最小值，确定已到达倒料终点。

可选地，所述监测装置还包括选取模块。选取模块用于在第二相介质的密度最大值与第一相介质的密度最小值之间选取倒料终点对应的密度阈值，并在测量密度达到密度阈值时，停止倒料。

可选地，待测贮槽底部预设区间为距底部10毫米至65毫米。

第一吹气仪表管的管口位置为距底部50毫米至65毫米，第二吹气仪表管的管口位置为距底部10毫米至20毫米。

示例：第一吹气仪表管对应管口距待测贮槽底部为50毫米，且第二吹气仪表管对应管口距待测贮槽底部为10毫米，或，第一吹气仪表管对应管口距待测贮槽底部为60毫米，且第二吹气仪表管对应管口距待测贮槽底部为20毫米等。

本实施例的两相贮槽倒料终点的监测装置，结构简单，成本低，易实现；判断逻辑清晰易懂，上位机组态极大简化；所采用的测量原理已知可靠，工程应用经验及调试经验丰富。

实施例4

本实施例提供一种两相贮槽倒料终点的监测系统，包括吹气测量仪表和实施例3所述的两相贮槽倒料终点的监测装置。

吹气测量仪表包括第一吹气仪表管、第二吹气仪表管、吹气装置、差压变送器。

吹气装置，与第一吹气仪表管和第二吹气仪表管连接。

差压变送器，与吹气装置连接，用于测量待测贮槽内第一吹气仪表管和第二吹气仪表管对应管口的压差。

两相贮槽倒料终点的监测装置，与差压变送器连接，用于根据压差获取待测贮槽底部预设区间内的测量密度，以及，用于判断测量密度分别与第一相介质的密度最小值、第二相介质的密度最大值之间的大小，以监测是否达到倒料终点。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。