一种重水质量监测及分级存储系统

技术领域

本发明属于重水质量监测技术领域，具体涉及一种重水质量监测及分级存储系统。

背景技术

重水热中子吸收截面小，中子经济性好，是优质的重水堆慢化剂。但反应堆慢化剂重水中的氘会发生中子俘获反应产生氚，给反应堆的运行和维护带来不便。此外，反应堆运行过程中重水不可避免会有泄漏，与环境中的轻水交换而引入氕，使重水浓度下降，品质降级。为了维持反应堆重水的洁净程度，需要对核电厂慢化剂重水进行净化升级处理。升级处理后的重水品质需要进行严格监控，以满足反应堆慢化剂用重水使用要求。目前，对于经过升级处理后的重水品质多为分级离线检测，即根据检测需求分别取样测量，得到全部测试结果后，才可判断品质等级，决定存储去向，缺乏流程自动化的质量监测及分级存储系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种重水质量监测系统，通过该系统连锁在线分析测量设备与管路开关设备，自动根据相关测量结果调控重水去向，实现自动水质检测与分级存储。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种重水质量监测及分级存储系统，用于对经过前级净化单元升级处理后的重水进行监测和分级存储，其中，包括通过第三管线连接的电导率及流量监测单元和重水浓度在线分析单元，所述电导率及流量监测单元连接在所述前级净化单元的下游一端，还包括与所述电导率及流量监测单元和所述重水浓度在线分析单元相连的重水储存系统。

进一步，

所述重水储存系统包括低级重水储罐、中级重水储罐和高级重水储罐；

还包括第一管线，所述第一管线的顶端连接在所述前级净化单元，所述第一管线的尾端连接所述电导率及流量监测单元；

还包括第四管线，所述第四管线的顶端连接在所述电导率及流量监测单元后端，所述第四管线的尾端连接所述低级重水储罐；

所述电导率及流量监测单元后端设有第一输出管，所述第一输出管的顶端连接所述电导率及流量监测单元后端，所述第一输出管的尾端作为第一出口，所述第三管线的顶端和所述第四管线的顶端交汇于所述第一出口，并通过所述第一输出管与所述电导率及流量监测单元连通；

还包括第五管线，所述第五管线的顶端连接在所述重水浓度在线分析单元后端，所述第五管线的尾端连接所述高级重水储罐；

还包括第六管线，所述第六管线的顶端连接在所述重水浓度在线分析单元后端，所述第六管线的尾端连接所述中级重水储罐；

所述重水浓度在线分析单元后端设有第二输出管，所述第二输出管的顶端连接在所述重水浓度在线分析单元后端，所述第二输出管的尾端作为第二出口，所述第五管线的顶端和所述第六管线的顶端交汇于所述第二出口，并通过所述第二输出管与所述重水浓度在线分析单元连通。

进一步，所述第一管线、所述第三管线、所述第四管线、所述第五管线和所述第六管线均采用具备通讯操作能力的阀门组件进行控制，如电磁阀；所述第一管线、所述第三管线、所述第四管线、所述第五管线和所述第六管线均设置流量计和压力计用于测量对应位置的重水的流量和压力；在所述电导率及流量监测单元和所述重水浓度在线分析单元的两端安装用于维护的阀门和旁路，以方便检修及更换元件。

进一步，还包括控制终端，所述控制终端用于对所述电导率及流量监测单元、所述重水浓度在线分析单元和所述阀门组件进行控制；所述电导率及流量监测单元、所述重水浓度在线分析单元和所述阀门组件的监测变量值、分析结果及控制信号，均通过PLC传送至所述控制终端，所述控制终端负责信号解析、量值比较、分级判定、元件控制及累计计算，综合调控各管线流通状态，使相应重水浓度的所述重水流入对应级别的重水储罐中。

进一步，

所述电导率及流量监测单元用于对所述重水进行第一次分析，并对所述重水进行第一次分级；

所述第一次分级包括将第一次分析结果合格的所述重水输送至所述重水浓度在线分析单元进行第二次分析，将第一次分析结果不合格的所述重水输送至所述低级重水储罐进行存储；

所述第一次分析是指对所述前级净化单元升级处理后的所述重水的电导率进行监测，所述重水的电导率合格则为第一次分析结果合格，反之为第一次分析结果不合格。

进一步，

所述电导率及流量监测单元包括通过第二管线串联的前级输出流量控制器和电磁流量计，所述前级输出流量控制器靠近所述前级净化单元的下游一端；

所述前级输出流量控制器用于对所述重水质量监测及分级存储系统的连锁启动，当所述前级净化单元输送的所述重水满足设定的流量限值时，才能连锁启动所述重水质量监测及分级存储系统；

所述电磁流量计用于监测所述重水的流量，还用于所述第一次分析，判断所述重水的所述电导率是否合格。

进一步，所述第一次分级包括如下两种情况：

第一种，若所述电磁流量计的读数与所述前级净化单元的输送流量，即所述前级输出流量控制器的读数一致，且稳定保持，则所述重水的所述电导率不合格，所述控制终端将自动关联开通至所述低级重水储罐的管线路径的所述阀门组件，将所述电导率不合格的所述重水输送至所述低级重水储罐暂存，以待后续处理处置；同时，通过关联累计所述前级净化单元的输送流量，即流经所述前级输出流量控制器的重水流量，确定所述低级重水储罐内液体储量；

第二种，若所述电磁流量计的读数波动异常，所述前级净化单元的输送流量，即所述前级输出流量控制器的读数稳定，则所述重水的所述电导率合格，所述控制终端将自动关联开通至所述重水浓度在线分析单元的路径的所述阀门组件，将所述电导率合格的所述重水输送至所述重水浓度在线分析单元进一步进行所述第二次分析；

同时通过所述压力计监测管线上相应点位的重水压力；

在第一种情况中，所述电磁流量计的读数与所述前级输出流量控制器的读数一致稳定的判断标准由所述电磁流量计的测量精度与所述前级输出流量控制器的测量精度共同决定，当所述电磁流量计的读数与所述前级输出流量控制器的读数一致且稳定时，所述电磁流量计的读数与所述前级输出流量控制器的读数差值不高于所述电磁流量计与所述前级输出流量控制器中测量精度较大者的测量精度的5倍，且所述电磁流量计的读数波动与所述电磁流量计的测量精度应处于一个量级，具体以不超过所述电磁流量计的测量精度的3倍为宜；

在第二种情况中，所述电磁流量计的读数波动异常是指所述电磁流量计的读数与所述前级输出流量控制器的读数的差值不小于所述电磁流量计的测量精度的30倍；

在第二种情况中，所述前级净化单元的输送流量稳定的判断标准由所述前级输出流量控制器的测量精度决定，当所述前级净化单元的输送流量稳定时，所述前级输出流量控制器的读数波动应与所述前级输出流量控制器的测量精度应处于一个量级，具体以不超过所述前级输出流量控制器的测量精度的3倍为宜。

进一步，所述第一输出管的长度，能够确保取得所述第一次分级的操作逻辑指令时，所述第一次分析的分析结果所对应的重水尚未取得明确分级流向，保证所述高级重水储罐不会因分析结果延迟而为低级重水所污染，所述低级重水是指所述电导率不合格的所述重水。

进一步，

所述重水浓度在线分析单元用于对第一次分析结果合格的所述重水进行所述第二次分析，并对所述重水进行第二次分级，将所述重水分配到所述中级重水储罐或所述高级重水储罐；所述第二次分析是指重水浓度分析；

所述重水浓度分析的分析结果达到预设重水浓度限值的所述重水，通过所述控制终端自动关联开通至所述高级重水储罐的路径的所述阀门组件，将其输送至所述高级重水储罐存储；同时，通过关联累计所述前级净化单元的输送流量，即流经所述前级输出流量控制器的重水流量，确定所述高级重水储罐内液体储量；

所述重水浓度分析的分析结果不满足预设重水浓度限值的所述重水，则通过所述控制终端自动关联开通至所述中级重水储罐的路径的所述阀门组件，将其输送至所述中级重水储罐暂存，以待后续处理处置；同时，通过关联累计所述前级净化单元的输送流量，即流经所述前级输出流量控制器的重水流量，确定所述中级重水储罐内液体储量。

进一步，所述第二输出管的长度，能够确保取得所述第二次分级的操作逻辑指令时，所述第二次分析的分析结果所对应的重水尚未取得明确分级流向，保证所述高级重水储罐不会因分析结果延迟而为低级重水所污染，所述低级重水是指所述重水浓度分析的分析结果不满足预设重水浓度限值的所述重水。

本发明的有益效果在于：

1.通过连锁在线分析测量设备(包括电磁流量计3和红外光谱仪4)与管路开关设备(即阀门组件)，自动根据相关测量结果调控重水去向，实现重水的自动水质检测与分级储存。

2.利用电磁流量计3的工作原理，创新性地将电导率监测及流量监测功能集于一体，免去了电导率仪的安装，降低使用成本、便于安装。

3.系统工作状态与前级净化单元1的重水(前级液体)输送情况关联，提高系统工作的有效性。

4.第三管线10、第五管线12和第六管线13的管线设计预留分析反馈时间(也就是预留足够长度的管线)，分级控制更加精准。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中所述的一种重水质量监测及分级存储系统的示意图；

图中：1-前级净化单元，2-前级输出流量控制器，3-电磁流量计，4-红外光谱仪，5-低级重水储罐，6-中级重水储罐，7-高级重水储罐，8-第一管线，9-第二管线，10-第三管线，11-第四管线，12-第五管线，13-第六管线，14-第一输出管，15-第一出口，16-第二输出管，17-第二出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本发明提供的一种重水质量监测及分级存储系统(见图1)，用于对经过前级净化单元1升级处理后的重水进行监测和分级存储，其中，包括通过第三管线10连接的电导率及流量监测单元和重水浓度在线分析单元，电导率及流量监测单元通过第三管线10连接在前级净化单元1的下游一端，还包括与电导率及流量监测单元和重水浓度在线分析单元相连的重水储存系统。

重水储存系统包括低级重水储罐5、中级重水储罐6和高级重水储罐7；

还包括第一管线8，第一管线8的顶端连接在前级净化单元1，第一管线8的尾端连接电导率及流量监测单元；

还包括第四管线11，第四管线11的顶端连接在电导率及流量监测单元后端，第四管线11的尾端连接低级重水储罐5；

电导率及流量监测单元后端设有第一输出管14，第一输出管14的顶端连接电导率及流量监测单元后端，第一输出管14的尾端作为第一出口15，第三管线10的顶端和第四管线11的顶端交汇于第一出口15，并通过第一输出管14与电导率及流量监测单元连通；

还包括第五管线12，第五管线12的顶端连接在重水浓度在线分析单元后端，第五管线12的尾端连接高级重水储罐7；

还包括第六管线13，第六管线13的顶端连接在重水浓度在线分析单元后端，第六管线13的尾端连接中级重水储罐6；

重水浓度在线分析单元后端设有第二输出管16，第二输出管16的顶端连接重水浓度在线分析单元后端，第二输出管16的尾端作为第二出口17，第五管线12的顶端和第六管线13的顶端交汇于第二出口17，并通过第二输出管16与重水浓度在线分析单元连通。

第一管线8、第三管线10、第四管线11、第五管线12和第六管线13(均为缓冲及分析管线)均采用具备通讯操作能力的阀门组件进行控制，如电磁阀，实现重水管线流道的自动切换；第一管线8、第三管线10、第四管线11、第五管线12和第六管线13均设置流量计和压力计用于测量对应位置的重水的流量和压力，用于满足流程工艺中所涉及的整个分析及存储路径管线上相应点位的重水流量及压力监测需求；在电导率及流量监测单元和重水浓度在线分析单元的两端安装用于维护的阀门和旁路，以方便检修及更换元件。

还包括控制终端，控制终端用于对电导率及流量监测单元、重水浓度在线分析单元和阀门组件进行控制；电导率及流量监测单元、重水浓度在线分析单元和阀门组件的监测变量值、分析结果及控制信号，均通过PLC传送至控制终端，控制终端负责信号解析、量值比较、分级判定、元件控制及累计计算等，综合调控各管线流通状态，使相应重水浓度的重水流入对应级别的重水储罐中，以待后续处置利用。

电导率及流量监测单元用于对重水进行第一次分析，并对重水进行第一次分级；

第一次分级包括将第一次分析结果合格的重水输送至重水浓度在线分析单元进行第二次分析，将第一次分析结果不合格的重水输送至低级重水储罐5进行存储；

第一次分析是指对前级净化单元1升级处理后的重水的电导率进行监测(监测升级后重水中的电解质含量)，重水的电导率合格则为第一次分析结果合格，反之为第一次分析结果不合格。

电导率及流量监测单元包括通过第二管线9串联的前级输出流量控制器2和电磁流量计3，前级输出流量控制器2靠近前级净化单元1的下游一端；

前级输出流量控制器2用于对重水质量监测及分级存储系统(即本系统)的连锁启动，当前级净化单元1输送的重水满足设定的流量限值时，才能连锁启动重水质量监测及分级存储系统；所监测重水来源于前级净化单元1，因此本系统的工作状态需与前级净化单元1的有效工作状态相关联；设计通过与前级净化单元1的接口管线内的液体流量关联本系统是否投入启用：前级净化单元1输送液体满足一定流量限值时，方可连锁启动本系统，否则，表明前级净化单元1不存在重水输出，本系统投入休眠状态。休眠状态时，系统主逻辑控制程序停止从相关分析设备采集数据并执行逻辑比对及分级操作；

电磁流量计3用于监测流经电导率及流量监测单元以及后续重水浓度在线分析单元的重水的流量，还用于第一次分析，判断重水的电导率是否合格；电磁流量计3利用电磁感应原理，根据导电流体通过外加磁场时，切割磁感线所感生的电动势来测量导电流体流量；基于此，电磁流量计3对测量液体的导电能力所有要求，当流通液体的电导率过低时，难以对感生电动势进行有效检测；一般电磁流量计3对测量介质均存在电导率下限要求，当流体电导率低于检测介质电导率下限要求时，电磁流量计3示值会下降，变得不稳定；本发明即利用电磁流量计3遇低电导率流体时无法正常工作、会产生示值误差的特性，通过监测电磁流量计3的示值的稳定性，判断流通的重水的电导率范围；创新性地将电导率监测及流量监测功能集于一体，通过监测电磁流量计3的读数的稳定性，同步比对前级净化单元1对本系统输送流量的差异，确定流经重水的电导率变化情况，并以之为依据，进行第一次分级；与传统的电磁流量计+电导率仪的方案相比，免去了电导率仪的安装，降低使用成本、便于安装。

第一次分级包括如下两种情况：

第一种，若电磁流量计3的读数与前级净化单元1的输送流量(即前级输出流量控制器2的读数)一致，且稳定保持，则重水的电导率不合格，控制终端将自动关联开通至低级重水储罐5的管线路径的阀门组件，将电导率不合格的重水输送至低级重水储罐5暂存，以待后续处理处置；同时，通过关联累计前级净化单元1的输送流量(即流经前级输出流量控制器2的重水流量)，确定低级重水储罐5内液体储量；

第二种，若电磁流量计3的读数波动异常，前级净化单元1的输送流量(即前级输出流量控制器2的读数)稳定，则重水的电导率合格，控制终端将自动关联开通至重水浓度在线分析单元的路径的阀门组件，将电导率合格的重水输送至重水浓度在线分析单元进一步进行第二次分析；

同时通过压力计监测管线上相应点位的重水压力(管线包括流程工艺中分析及存储路径)。

在第一种情况中，电磁流量计3的读数与前级输出流量控制器2的读数一致稳定的判断标准由电磁流量计3的测量精度与前级输出流量控制器2的测量精度共同决定，当电磁流量计3的读数与前级输出流量控制器2的读数一致且稳定时，电磁流量计3的读数与前级输出流量控制器2的读数差值不高于电磁流量计3与前级输出流量控制器2中测量精度较大者的测量精度的5倍，且电磁流量计3的读数波动与电磁流量计3的测量精度应处于一个量级，具体以不超过所述电磁流量计3的测量精度的3倍为宜；

在第二种情况中，电磁流量计3的读数波动异常是指电磁流量计3的读数与前级输出流量控制器2的读数的差值(绝对值)不小于电磁流量计3的测量精度的30倍；电磁流量计3的读数波动异常的判断具体可以为：电磁流量计3的读数降为前级输出流量控制器2读数的一半以下，且围绕某一低流量值大幅波动，波动幅度超过波动周期内流量平均值的50％；举例说明：电磁流量计精度：1％FS，前级净化单元1输送流量：100L/min，电磁流量计读数：30±20L/min，此种情况下属于读数波动异常；

在第二种情况中，前级净化单元1的输送流量稳定的判断标准由前级输出流量控制器2的测量精度决定，当前级净化单元1的输送流量稳定时，前级输出流量控制器2的读数波动应与前级输出流量控制器2的测量精度处于一个量级，具体以不超过前级输出流量控制器2的测量精度的3倍为宜。

根据系统设计流量、分析反馈时间及管线直径，第一输出管14需要预留足够的长度，第一输出管14的长度能够确保取得第一次分级的操作逻辑指令时，第一次分析的分析结果(重水的电导率的监测结果)所对应的真实重水尚未取得明确分级流向(也就是还没有被分配到具体的某一个级别的重水储罐中)，保证高级重水储罐7不会因分析结果延迟而为低级重水所污染，低级重水是指电导率不合格的重水。

重水浓度在线分析单元用于对第一次分析结果合格(即电导率合格)的重水进行第二次分析，并对重水进行第二次分级，将重水分配到中级重水储罐6或高级重水储罐7；第二次分析是指重水浓度分析；

重水浓度分析的分析结果达到预设重水浓度限值的重水，通过控制终端自动关联开通至高级重水储罐7的路径的阀门组件，将其输送至高级重水储罐7存储；同时，通过关联累计前级净化单元1的输送流量，即流经前级输出流量控制器2的重水流量，确定高级重水储罐7内液体储量；

重水浓度分析的分析结果不满足预设重水浓度限值的重水，则通过控制终端自动关联开通至中级重水储罐6的路径的阀门组件，将其输送至中级重水储罐6暂存，以待后续处理处置；同时，通过关联累计前级净化单元1的输送流量，即流经前级输出流量控制器2的重水流量，确定中级重水储罐6内液体储量。

因设备工作原理及计算判断需要，在线分析设备所提供的即时分析结果存在滞后性，与实际流过流体在时间及空间上均不匹配。因此同样地，位于重水浓度在线分析单元后端至重水储存系统前的第二输出管16也需要预留足够的长度，第二输出管16的长度能够确保取得第二次分级的操作逻辑指令时，第二次分析的分析结果(重水浓度分析的分析结果)所对应的真实重水尚未取得明确分级流向(也就是还没有被分配到具体的某一个级别的重水储罐中)，保证高级重水储罐7不会因分析结果延迟而为低级重水所污染，低级重水是指重水浓度分析的分析结果不满足预设重水浓度限值的重水。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。