CN109470527A - 一种高放废液自动取样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核电后处理领域，具体涉及一种高放废液自动取样装置。现有取样技术多采用吊取、泵提取等方式来完成，其间存在取样无法精准控制、无法远距离操作、操作人员存在直接或间接接触高放废液的风险等弊端和风险。本发明包括取样装置、样品自动转移装置、取样管清洗干燥装置。其中，取样装置包括真空泵、高效过滤器、缓冲罐、废液缓存罐、电磁阀、电动伺服绕管器、针形取样器；真空泵和高效过滤器通过管道连接；缓冲罐外接真空表,上部通过电磁阀QF1和高效过滤器管道相连，底部和废液缓存罐侧面管道相连；电动伺服绕管器和废液缓存罐底部通过电磁阀QF4管道相连。本发明可以远距离操作，提高了取样的安全性，精准性，效率性。
Description
技术领域
本发明涉及核电后处理领域，具体涉及一种高放废液自动取样装置。
背景技术
在核工业行业，乏燃料后处理过程中会产生高放废液，高放废液是含有99％ 以上裂变产物的放射性废液，通常采用碳钢或不锈钢槽罐贮存，贮罐的容积一 般为8～1500m3不等，为了减低放射物的辐射强度，贮罐一般都深埋在底下。根 据《GB11929-2011高水平放射性废液贮存厂房设计规定》要求，贮罐应设置有 可靠的取样装置，应能在贮罐不同深度取到具有代表性的样品，同时，高放废 液贮罐在运行及退役期间也需要进行取样，分析废液物理特性、化学组分、放 射性核素等，以满足高放废液安全贮存要求，而我国目前的高放废液贮存设施 由于建设时间较早，没有专门针对废液的取样作设计，在运行过程中，有取样 的需求时，迫于工况条件的限制，因为贮罐深埋底下，由此也给取样带来了困 难，因此取样多采用吊取、泵提取等方式来完成，其间存在取样无法精准控制、 无法远距离操作、操作人员存在直接或间接接触高放废液的风险等弊端和风险， 使操作人员受到不同程度的辐射，对人体健康带来危害。同时取样准备的时间 很长，绝大多数都需要1至2月的时间来准备物资、搭设气帐等，导致取样的 延误，对高放废液的安全贮存带来隐患。为满足高放贮存设施安全运行的要求， 确保取样的代表性和作业安全性，很有必要研制可实现定量、远距离操作、移 动式、可随时进行高放废液取样作业的装置。本发明利用PLC远程控制技术，采用真空泵提取出高放废液，再使用专门研制的样品自动定量转移装置，将样 品自动转移到屏蔽容器内，然后对取样装置自动清洗，减低装置的辐射水平， 使得装置可以重复利用，达到可以随时取样的效果。由此可见，该发明实现了 远距离操作，取样操作人员不接触高放废液，提高了取样的安全性，做到了精 准取样，缩短了取样时间，弥补了过去取样的种种不足，其优点十分突出。
发明内容
该发明的高放废液取样装置是以远距离操作、精确定量为目标，为达成该目 标，设计时通过对原使用泵的高放废液取样过程进行分析，将其中的需要人工 参与的部分，经过有针对的设计后使之能够远程操作，同时具备集自动取样、 自动清洗、自动控制功能为一体的移动式高放废液取样装置。
一种高放废液自动取样装置，包括取样装置、样品自动转移装置、取样管 清洗干燥装置。其中，取样装置包括真空泵、高效过滤器、缓冲罐、废液缓存 罐、电磁阀、电动伺服绕管器、针形取样器；真空泵和高效过滤器通过管道连 接；缓冲罐外接真空表,上部通过电磁阀QF1和高效过滤器管道相连，底部和废 液缓存罐侧面管道相连；电动伺服绕管器和废液缓存罐底部通过电磁阀QF4管 道相连。电磁阀包括电磁阀QF1、电磁阀QF2、电磁阀QF3、电磁阀QF4、电磁 阀QF5、电磁阀QF6；电磁阀QF1-6工作压力为25公斤。针形取样器前端带有牙外螺纹，便于和带螺纹的针头紧密相连。
样品自动转移装置包括导轨、样品瓶、废物罐；针形取样器滑动连接在样 品自动转移装置导轨上，样品瓶和废物罐固定在同一托盘上，位于针形取样器 的下方。样品瓶为一般玻璃容器，容量为1至20ML；废物罐为不锈钢容器，用 于装储废弃的针形取样器。
取样管清洗干燥装置包括：减压阀、清洗液贮罐、外壁清洗干燥器；其中， 清洗液贮罐底部和高放废液贮罐通过管道相连，管道上安装有电磁阀QF5；清洗 液贮罐上端通过管道和外壁清洗干燥器上半部分相连，管道上连接有电磁阀 QF6；清洗液贮罐顶部和减压阀通过管道相连。
外壁清洗干燥器包括两部分，上部干燥装置，为中空圆台形，内表面有均 匀分布小孔；下部清洗装置，为锥形中空，内表面有均匀分布小孔。清洗液贮 罐体积为6至10L，上方为圆柱形，下方为锥形，整体为不锈钢密闭装置。废液 缓存罐12内部插有液位控制器，液位控制器用于检测液位，并自动控制取样泵 的启停。
整体装置采用PLC进行自动控制，包括逻辑控制，安全控制，伺服轴控制， 电磁阀控制，信号采集。
附图说明
图1高放废液自动取样装置图
图2取样装置原理图
图3样品自动转移取样装置图
图中：1、减压阀；2、清洗液贮罐；3、电磁阀QF6；4、电磁阀QF5；5、 样品自动转移装置；6、针形取样器；7、外壁清洗干燥器；8、电动伺服绕管器； 9、液位控制器；10、高放废液贮罐；11、电磁阀QF4；12、废液缓存罐；13、 样品瓶；14、废物罐；15、电磁阀QF3；16、缓冲罐；17、真空表；18、电磁 阀QF1；19、电磁阀QF2；20、高效过滤器；21、真空泵；22、样品自动转移装置导轨。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对发明进行详细描述：
如图1所示，本发明为一种高放废液自动取样装置，包括取样装置、样品 自动转移装置、取样管清洗干燥装置。本发明通过电动伺服滚轮绕管器完成取 样管道的自动投放，依靠该系统形成的真空作用，把高放废液从高放废液储罐 抽取到液体缓存罐；然后利用样品自动转移装置通过控制针形取样器的抽取行 程，以达到定量的方法，将废液从液体缓存罐抽取，利用PLC控制伺服电机移 动位置后注射入样品瓶；样品自动转移装置最后将装有样品的样品瓶以及针形 取样器推送进样品转运容器；在完成取样后，利用清洗液储罐里的稀硝酸和外 壁清洗器对被污染的设备内部和外部的管路进行清洗和干燥，最大限度的降低 高放取样装置的污染水平，同时也使装置达到重复利用的目的；所有的控制和 操作由可编程逻辑控制器PLC构成，实现取样过程和清洗过程的自动控制，从 开启真空泵到样品进入样品转运容器以及取样完成后对装置整个清洗过程都是 远距离通过电脑操作，不需要人靠近和操作高放取样装置，大幅度提高了高放 取样工作的安全性。
具体实施步骤如下：
一、取样装置取样：
如图2，取样装置主要包括真空泵21、高效过滤器20、缓冲罐16、废液缓 存罐12、电磁阀、电动伺服绕管器8、针形取样器6。取样装置的功能是把贮存 在地下的高放废液贮罐里的液体抽取到废液缓存罐中。
1、PP四氟电磁阀：DN4，M8×1,零泄漏，密封好，电磁阀均选用常闭型。
2、真空表：远距离显示缓冲罐的真空度和压力，测量范围-1kg/cm2～ 2kg/cm2，不锈钢材质。
3、真空泵21作用：形成真空的动力源，开启真空泵后，取样模块里形成真 空，把存在地下的高放废液贮罐里的液体抽取到储液罐中。
4、高效过滤器20作用：对放射性物质起到过滤和吸附作用，保证真空泵不 受到污染。
5、缓冲罐16作用：对装置形成真空起缓冲作用，使取样过程平稳可控。电 磁阀作用：起到对管线的通断作用。
6、液位控制器9：控制液体缓存罐的液位，以控制废液量。废液缓存罐12 内部插有液位控制器9，当液位到达要求值时，液位控制器9通电，警示灯点亮， 取样泵停止工作。
7、电动伺服绕管器8：把聚四氟乙烯取样管绕在电动伺服绕管器8的圆盘 上，通过伺服电机驱动减速机，减速机再滚轮转动，取样管分为两段，用旋转 接头连接，这样通过伺服控制器控制伺服电机的正反转，把取样管下放到所需 取样的贮罐，取样完成后并回收。
二、样品自动转移装置：
如图3，样品自动转移装置包括导轨、样品瓶、废物罐。
利用伺服电机把针形取样器6插入废液缓存罐12，真空泵21已把液体抽到 废液缓存罐12内,在电脑上输入要抽取的样品量，电动伺服绕管器8控制针形 取样器的抽取行程，待抽取了样品后，利用电动伺服绕管器8拔出针形取样器。 利用另一个伺服电机把针形取样器从A点移动到B点，同样用伺服电机把针形 取样器插入样品瓶13，把样品注射到样品瓶，完成注射后，拔出针形取样器， 把针形取样器移动到废物罐14处，利用气缸控制，把针形取样器推出掉落到废 物罐。样品瓶13和废物罐14是固定在一个托盘上的，用电磁力将样品瓶13和 废物罐14同时推入样品自动转移装置外的铅屏蔽储存盒内，关闭铅屏蔽储存盒，送到实验室，取样部分就此完成。
二、取样管清洗干燥装置。
为达到降低放射污染水平，减少人员受照的取样目的，取样装置会在取样 完成后对取样管道的内外壁进行自动清洗，清洗主要由取样管外壁清洗及取样 管内部清洗两部分构成。取样管内部清洗主要通过压空吹扫及清洗液完成。完 成取样后，先由压空进行吹扫，打开电磁阀QF2和QF4，压空经过减压阀1，电 磁阀QF2、缓冲罐16、废液缓存罐12，把缓冲罐16里的废液吹回高放废液储罐 10，吹完之后，由压空提供动力将清洗液由缓冲罐16前端打入，流经缓冲罐16、 废液缓存罐12及所经取样管，最终流入高放废液罐10内，完成内壁清洗。
在取样完成后，取样管需要回收，回收是通过电动伺服绕管器来实现的， 取样管的同时，由压空提供动力产生压力将清洗液贮罐2里的清洗液压入外壁 清洗干燥器7，对取样管外壁进行喷淋清洗，清洗液顺取样管流入罐内，外壁清 洗干燥器7与外壁清洗器相连接，外壁干燥器在外壁清洗器的后端，在清洗外 壁的同时，利用外壁干燥器进行压空吹扫，把管壁外的清洗是附着在取样管外 壁的清洗残夜吹扫进罐内，使取样管变得干燥，同时降低辐射水平。
6自动控制
PLC是整个控制系统的核心，主要进行逻辑控制，安全控制，伺服轴控制， 电磁阀控制，信号采集等。本系统采用的西门子1500系列PLC，，其主要结构沿 用S7-400系列，采用Step7软件对PLC编程。
优点：
本装置通过远程自动化控制实现了高放废液的取样，首先对设备进行功能 分区，确定不同功能区的主要任务，在功能分区的基础上进行远程PLC控制设计， 最后通过伺服电机实现精准定位控制。
1、功能分区：从总装图可以看出，本装置根据放射性强度的高低，分成了 三个区域，一方面有利于检修和更换部件，另一方面依据不同区域的特点，采 取不同的屏蔽措施，防止交叉污染。
2、远距离：自动取样装置从电动伺服绕管器8下放管道开始，待取样管下 放到废液贮罐既定位置后，开启真空泵21抽吸，样品抽到液体缓存罐12中、利 用针形取样器6自动定量取样、移动、弃针，然后自动送至装置外的铅屏蔽容器 内，以及装置的清洗过程都可以远距离操作，避免人员直接或间接接触放射性， 与传统的取样方式相比较，取样工作人员能够避免辐射，且取样效率也大幅度 提高，同时该取样装置还可以重复利用，能节约大量的人力物力，是高放废液 取样的重大突破。
3、定位：通过电动伺服绕管器，可以精确控制管道的下放长度，使取样更 具有代表性。
操作流程：
保证压空正常、电源正常，验证取样装置功能正常后，将取样装置回到初 始位；将所有电磁阀处于关闭状态。清洗液罐加清洗液准备好；启动取样装置， 依次安装针形取样器、放置好废物罐和样品瓶，把针形取样器、废物罐和样品 瓶运行至既定的位置后停止；启动电动伺服绕管器转动，带动取样管下降到高 放废液贮罐里的取样位置后，停止电动伺服绕管器电机，打开电磁阀QF4、QF7， 将取样管内料液压出，然后关闭电磁阀QF4、QF7；打开电磁阀QF1、QF4、启动 真空泵，当液体缓冲罐的液体达到液位控制器位置时，液位控制器发出联锁信 号停止真空泵、然后关闭电磁阀QF1、QF4；液位控制器发出的联锁信号触发样 品自动转移流程，针形取样器开始自动插入废液缓存罐，按照计算机输入的取 样量进行定量取样；然后拔出针形取样器，使针形取样器移动到样品瓶上部， 针形取样器自动插入样品瓶，并将样品注入样品瓶，然后拔出针形取样器并移 动到废物罐上部，把利用气缸控制把针形取样器丢弃于废物罐，然后取样装置 自动将样品瓶和废物罐送至取样装置外的铅屏蔽容器内直到取样完成；打开电 磁阀QF4、QF7将废液缓存罐里多余的废液压回废液储罐后，关闭电磁阀QF4、QF7； 电动滚轮运动回收取样管，同时打开电磁阀QF2、QF3、QF4、QF5，对取样管线 的内外壁进行清洗和干燥，回收到位后延时一定时间，待取样管充分干燥后， 关闭电磁阀QF2、QF3、QF4、QF5；所有的取样工作就此完成。
以上的所有操作均有计算机远程完成。
Claims (10)
1.一种高放废液自动取样装置，包括取样装置、样品自动转移装置(5)、取样管清洗干燥装置，其特征在于：所述的取样装置包括真空泵(21)、高效过滤器(20)、缓冲罐(16)、废液缓存罐(12)、电磁阀、电动伺服绕管器(8)、针形取样器(6)；真空泵(21)和高效过滤器(20)通过管道连接；缓冲罐(16)外接真空表(17),上部通过电磁阀QF1(18)和高效过滤器(20)管道相连，底部和废液缓存罐(12)侧面管道相连；电动伺服绕管器(8)和废液缓存罐(12)底部通过电磁阀QF4(11)管道相连。
2.如权利要求1所述的一种高放废液自动取样装置，其特征在于：所述的电磁阀包括电磁阀QF1(18)、电磁阀QF2(19)、电磁阀QF3(15)、电磁阀QF4(11)、电磁阀QF5(4)、电磁阀QF6(3)；电磁阀QF1-6工作压力为25公斤。
3.如权利要求1所述的一种高放废液自动取样装置，其特征在于：所述的样品自动转移装置(5)包括：样品自动转移装置导轨(22)、样品瓶(13)、废物罐(14)；针形取样器(6)滑动连接在样品自动转移装置导轨(22)上，样品瓶(13)和废物罐(14)固定在同一托盘上，位于针形取样器(6)的下方。
4.如权利要求3所述的一种高放废液自动取样装置，其特征在于：所述的样品瓶(13)为一般玻璃容器，容量为1至20ML；废物罐(14)为不锈钢容器，用于装储废弃的针形取样器(6)。
5.如权利要求2所述的一种高放废液自动取样装置，其特征在于：所述的取样管清洗干燥装置包括：减压阀(1)、清洗液贮罐(2)、外壁清洗干燥器(7)；其中，清洗液贮罐(2)底部和高放废液贮罐(10)通过管道相连，管道上安装有电磁阀QF5(4)；清洗液贮罐(2)上端通过管道和外壁清洗干燥器(7)上半部分相连，管道上连接有电磁阀QF6(3)；清洗液贮罐(2)顶部和减压阀(1)通过管道相连。
6.如权利要求5所述的一种高放废液自动取样装置，其特征在于：所述的外壁清洗干燥器(7)包括两部分，上部干燥装置，为中空圆台形，内表面有均匀分布小孔；下部清洗装置，为锥形中空，内表面有均匀分布小孔。
7.如权利要求5所述的一种高放废液自动取样装置，其特征在于：所述的清洗液贮罐(2)体积为6至10L，上方为圆柱形，下方为锥形，整体为不锈钢密闭装置。
8.如权利要求1所述的一种高放废液自动取样装置，其特征在于：所述的针形取样器(6)前端带有牙外螺纹，便于和带螺纹的针头紧密相连。
9.如权利要求1所述的一种高放废液自动取样装置，其特征在于：所述的废液缓存罐(12)内部插有液位控制器(9)，液位控制器(9)用于检测液位，并自动控制取样泵的启停。
10.如权利要求1所述的一种高放废液自动取样装置，其特征在于：对所述的整体装置采用PLC进行自动控制，包括逻辑控制，安全控制，伺服轴控制，电磁阀控制，信号采集。
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