CN113252231A - 一种静压测量装置、树脂颗粒分层液位测量装置及方法 - Google Patents

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王雷
江易蔚
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Abstract

本发明公开了一种静压测量装置、分层液位测量装置及方法，探头套筒的顶端与引出管底端可拆卸连接；探头套筒的顶端设有探头密封板；探头密封板、柔性密封套和探头套筒围成密封腔室，密封腔室内安装有压力测量传感器；压力测量传感器的外壁与柔性密封套的内壁之间的环形空间内设有柔性密封环；引出管内用于安装探头引出线，探头引出线与压力测量传感器电连接。本发明目的在于解决不透明、放射性固液混合贮存分层液位测量的难题；本发明提供的装置利于在现场对废树脂储存罐内的树脂存储体积和总液位进行实时测量，而且测量高效、安全、可靠。

Description

一种静压测量装置、树脂颗粒分层液位测量装置及方法
技术领域
本发明涉及核工业检测技术领域，具体涉及一种静压测量装置、树脂颗粒分层液位测量装置及方法。
背景技术
在核工业领域常常会用到树脂作为水系统的净化处理介质，树脂颗粒在到达使用寿命后需要排放到废树脂储存罐进行暂存，以备后续处理及转运。
贮存在废树脂储存罐中的树脂颗粒经过静置后，会出现颗粒沉降、固液分层。掌握废树脂储存罐中的固液体积比例对于废树脂的后处理是必要的。由于废树脂储存罐具有不透明、带放射性等特点，传统的浮球测量方法对固液分界面及总液位的实时测量难度较大、故障率较高、准确度低，因此需要采用其他方法实现液位的实时测量。
发明内容
本发明提供了解决上述问题的一种静压测量装置、树脂颗粒分层液位测量装置及方法，目的在于解决不透明、放射性固液混合贮存分层液位测量的难题；本发明提供的装置能够在现场对废树脂储存罐内的树脂存储体积和总液位进行实时测量，而且测量高效、安全、可靠。
本发明通过下述技术方案实现：
一种静压测量装置，包括压力测量传感器和探头引出线，其特征在于，还包括引出管探头套筒、柔性密封环和柔性密封套；所述探头套筒的顶端与引出管底端可拆卸连接；所述探头套筒的顶端设有探头密封板；压力测量传感器的外壁套设有柔性密封环；柔性密封套通过柔性密封环膨胀压紧固定在探头套筒内壁上，柔性密封套为杯形；探头密封板、柔性密封套和探头套筒围成密封腔室，所述密封腔室内安装有压力测量传感器；所述引出管内用于安装探头引出线，探头引出线与压力测量传感器电连接。
现有技术中，由于废树脂储存罐具有不透明、带放射性等特点，传统测量方法对固液分界面及总液位的实时测量难度较大、故障率较高、准确度低，因此需要采用其他方法实现液位的实时测量。
本发明提供了一种静压测量装置，通过设计外部刚性保护结构(引出管和探头套筒)以及内部柔性保护结构(柔性密封套和柔性密封环)保护压力测量传感器，使得压力测量传感器可直接置于不透明、放射性废树脂储存罐内底部，测量储存罐内底部静压，测量效率高，且无需工作人员直接接触放射性污染物。测量时，先将该静压装置的引出管底端及探头套筒伸入储罐内，保障引出管的顶端位于储存罐外，使位于储存罐内的探头引出线全部包覆在引出管内，同时还需使探头套筒的底端与储存罐底部测量位置，杯形柔性密封套底面能够直接接触液体，储存罐内底部压力通过柔性密封套传递至探头，探头检测到静压信号后，通过探头引线输出至储存罐外部。此处的探头是指静压测量装置。
在测量结束后，在维护期间无树脂排入储存罐时，将探头的引出管拔出储存罐，可直接对引出管进行冲洗去污；拆下探头套筒及探头进行整体更换，并检测探头信号通讯是否正常；回装探头引出管，检查引出管密封情况。
进一步优选，所述压力测量传感器的轴向、密封柔性密封套的轴向和探头套筒的轴向三者同向；压力测量传感器的外壁与柔性密封套的内壁之间的环形空间内设有多个柔性密封环，多个柔性密封环沿压力测量传感器的轴向分布，每个柔性密封环的内环侧壁与压力测量传感器的外壁密封接触，每个柔性密封环的外环侧壁与柔性密封套内壁密封接触。
为了保护探头、实现探头准确测压，避免废树脂颗粒及废液与探头直接接触，造成探头放射性腐蚀、机械损坏等情况发生，本发明更优选的设计柔性密封套，在压力测量传感器的外壁与柔性密封套的内壁之间的环形空间内设置多个柔性密封环，优选多个柔性密封环沿压力测量传感器的轴向等间距均匀分布，对压力探头轴向和径向起到全方位保护、固定作用。进一步优选，所述探头套筒的顶端与引出管底端通过连接件密封连接，所述连接件包括螺纹结构和密封圈。
本发明优选设计探头套筒与引出管之间螺纹可拆卸连接，结构简单，方便拆卸，更换、清洗和检修探头、探头套筒；并通过密封圈进一步密封连接。
进一步优选，所述引出管的底端端面上设有引出管密封板，引出管密封板上设有电极；探头套筒顶端的探头密封板上设有簧片触点，压力测量传感器与簧片触点电连接；所述电极的一端用于与探头引出线电连接；探头套筒的顶端与引出管底端连接后，簧片触点的另一端与电极接触导通。
本发明设计探头套筒和引出管可拆卸连接，方便拆卸，更换、清洗和检修探头、探头套筒；但是在便于拆卸的同时，还要保障引出管内的探头引出线与探头能够有效的导通连接，引出本发明优选设计在引出管的引出管密封板上设置电极，在探头套筒的探头密封板上设置簧片触点，在探头套筒与引出管对接过程中，簧片触点自由端先与电极接触，随着探头套筒与引出管对接，簧片触点被压缩，从而保障探头引出线与探头能够有效的导通连接，而且对于探头套筒和引出管直接的可拆卸连接结构的配合精度要求大大降低，利于简化结构、降低制造、安装及维护成本。
进一步优选，所述电极包括环形电极以及设于环形电极中部的中心电极；所述压力测量传感器与簧片触点连接；所述簧片触点与环形电极和中心电极连接。
进一步优选，所述探头套筒的底端口设有管端滤网。
本发明设计管段滤网，主要用于保护探头，允许液体通过，阻止废树脂颗粒进入探头套管内。根据探头布置位置，可以灵活考虑探头采用底面密封、侧面开窗并安装滤网等设计，利用液体同一位置各向压强相同的特性实现静压测量。
一种树脂颗粒分层液位测量装置，包括液位计和上述的一种静压测量装置；所述液位计用于测量并输出储存罐内液面上部空腔的高度；所述静压测量装置用于测量并输出储存罐内底部静压；所述引出管的底端伸入储存罐内，保障探头套筒置于储存罐内测量位置，如储存罐底部或其他适宜位置。
本发明提供的树脂颗粒分层液位测量装置，有效地解决了在现场对放射性废树脂储存罐固液分层面液位连续在线测量的难题，充分考虑了旧树脂储存罐改造施工可行性和设备维护难度，整个使用过程无人工操作，测量过程安全、可靠。
进一步优选，还包括运算器和显示器；所述液位计和静压测量装置的信号输出端均与运算器的输入端连接；所述运算器用于接收储存罐液内液面上部空腔的高度、储存罐内底部静压，并结合储存罐结构参数及内容物性能参数，计算获得固体沉降部分的厚度和液体部分的厚度；所述运算器的信号输出端与显示器连接，显示器用于显示运算器运算结果。
一种树脂颗粒分层液位测量方法，采用了上述的一种静压测量装置、或采用了上述的一种树脂颗粒分层液位测量装置，包括以下步骤：
S1.在储存罐内的顶部安装液位计，在储存罐内的底部安装静压测量装置；
S2.将废树脂输入储存罐内，静置分层；
S3.通过液位计测量并输出储存罐内液面上部空腔的高度；
S5.通过静压测量装置测量并输出储存罐内底部静压；
S6.接收储存罐内液面上部空腔的高度、储存罐内底部静压，并结合储存罐结构参数及内容物性能参数，计算获得固体沉降部分的厚度和液体部分的厚度；
计算公式为：
Figure BDA0003069020050000031
h0＝h1+h2+h3··················公式2
公式1中，h1为树脂层厚度；h0为储存罐内部总高度；h3为超声液位计测得的储存罐内液面上部空腔的高度；ρ1为湿树脂沉积物平均密度；ρ2为液体部分密度；P1为探头测得压强；g为当地重力加速度。
公式2中，h0为储存罐内部总高度；h1为树脂层厚度；h2为液体部分厚度；h3为超声液位计3测得的储存罐内液面上部空腔的高度。
所述储存罐结构参数包括储存罐内部直径、高度、体积；所述内容物性能参数包括固体沉降部分的平均密度，液体部分的密度。
本发明提供的方法，有效地解决了在现场对放射性废树脂储存罐固液分层面液位连续在线测量的难题，充分考虑了旧树脂储存罐改造施工可行性和设备维护难度，整个使用过程无人工操作，测量过程安全、可靠。
在树脂颗粒在沉降后，考虑同一处核设施在运行期间使用的树脂规格型号、使用情境、报废条件有统一标准，因此固体沉降部分可以视作密度均匀稳定的固体，在本测量装置部署前，可以通过取样测量获取。此外，液体部分密度、容器内部尺寸也可以通过前期测量得到。
测量时，为了保障最佳测量精度，需要在加注树脂后静置一段时间，否则计算结果中的固液分界线高度为等效固液分界面高度，与静置后的分界面高度会有一定差异。
进一步优选，步骤S6中，所述液位计将测量获得的储存罐内液面上部空腔的高度信息输出至运算器，静压测量装置测量获得的储存罐内底部静压输出至运算器；所述运算器计算获得固体沉降部分的厚度和液体部分的厚度，并输出总液位值与分界面液位值。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明能够实时测量废树脂储存罐等不透明、放射性固液混合贮存容器的固液分界面高度及总液位高度；
2、本发明在测量过程无人体直接接触，没有机械可动结构，固有安全性高，检测安全、高效、可靠；
3、本发明充分考虑了新旧设施的布置施工难度，旧设施的改造施工难度小、成本低，维护、检修方便；
4、本发明充分考虑了单探头失效的情况，可以根据需要，通过“一管多头”的布置方式避免单设备故障造成的测量失效。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的测量装置总图；
图2为本发明的静压测量装置局部放大图。
附图中标记及对应的零部件名称：1-储存罐，2-引出管，3-液位计，4-水，5-输入管，6-树脂，7-排放管，8-静压测量装置，9-管端滤网；10-连接件，11-探头引出线，12-中心电极，13-簧片触点，14-环形电极，15-探头套筒，16-压力测量传感器，17-柔性密封套，18-柔性密封环；A-运算器，B显示器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种静压测量装置，包括压力测量传感器16和探头引出线11，还包括引出管2、探头套筒15、柔性密封环18和柔性密封套17；
探头套筒15和引出管2都是圆管结构，探头套筒15的顶端与引出管2底端可拆卸连接；优选设计探头套筒15的顶端与引出管2底端通过连接件10密封连接，连接件10即采用螺纹结构和密封圈，以实现探头套筒15与引出管2螺纹密封连接。
探头套筒15的顶端端口处全覆盖探头密封板；压力测量传感器16的外壁套设有柔性密封环18；柔性密封套17通过柔性密封环18膨胀压紧固定在探头套筒15内壁上，柔性密封套17为杯形；探头密封板、柔性密封套17和探头套筒15围成密封腔室，所述密封腔室内安装有压力测量传感器16。引出管2内用于安装探头引出线11，探头引出线11与压力测量传感器16电连接。
压力测量传感器16的轴向、密封柔性密封套17的轴向和探头套筒15的轴向三者同向；压力测量传感器16的外壁与柔性密封套17的内壁之间的环形空间内设有多个柔性密封环18，多个柔性密封环18沿压力测量传感器16的轴向等间距均匀分布，每个柔性密封环18的内环侧壁与压力测量传感器16的外壁密封接触，每个柔性密封环18的外环侧壁与柔性密封套17内壁密封接触。
引出管2的底端端口上全覆盖引出管密封板，引出管密封板上设有电极；探头套筒15顶端的探头密封板上设有簧片触点13，压力测量传感器16与簧片触点电连接；电极的一端用于与探头引出线11电连接；探头套筒15的顶端与引出管2底端连接后，簧片触点13的另一端与电极接触导通。优选设计，电极包括环形电极14以及设于环形电极14中部的中心电极12；所述压力测量传感器16与簧片触点13连接，簧片触点13与环形电极14和中心电极12接触导电。
探头套筒15的底端口全覆盖设有管端滤网9。
实施例2
本实施例提供了一种树脂颗粒分层液位测量装置，其特征在于，包括液位计3、运算器和显示器和实施例1提供的一种静压测量装置；液位计3用于测量并输出储存罐内液面上部空腔的高度；静压测量装置用于测量并输出储存罐内底部静压；引出管2的底端伸入储存罐内，保障探头套筒15置于储存罐内底部。
液位计3和静压测量装置的信号输出端均与运算器的输入端连接；运算器用于接收储存罐内液面上部空腔的高度、储存罐内底部静压，并结合储存罐结构参数及内容物性能参数，计算获得固体沉降部分的厚度和液体部分的厚度；
运算器的信号输出端与显示器连接，显示器用于显示运算器运算结果。
实施例3
本实施例提供了一种树脂颗粒分层液位测量方法，采用了实施例2提供的一种树脂颗粒分层液位测量装置，具体操作步骤如下所示：
S1.在储存罐内的顶部安装液位计，在储存罐内的底部安装静压测量装置；
S2.将废树脂输入储存罐内，静置分层；
S3.通过液位计测量并输出储存罐内液面上部空腔的高度；
S5.通过静压测量装置测量并输出储存罐内底部静压；
S6.接收储存罐内液面上部空腔的高度、储存罐内底部静压，并结合储存罐结构参数及内容物性能参数，计算获得固体沉降部分的厚度和液体部分的厚度；
所述储存罐结构参数包括储存罐内部直径、高度、体积；所述内容物性能参数包括固体沉降部分的平均密度，液体部分的密度。
进一步优选设计步骤S6中，所述液位计将测量获得的储存罐内液面上部空腔的高度信息输出至运算器，静压测量装置测量获得的储存罐内底部静压输出至运算器；所述运算器计算获得固体沉降部分的厚度和液体部分的厚度，并输出总液位值与分界面液位值。
此外，在测量结束后：确认维护期间无树脂排入储存罐，将探头引出管拔出储存罐；对引出管进行冲洗去污；拆下探头套筒及探头进行整体更换，并检测探头信号通讯是否正常；回装探头引出管，检查引出管密封情况。
计算公式为：
Figure BDA0003069020050000061
h0＝h1+h2+h3···················公式2
公式1中，h1为树脂层厚度；h0为储存罐内部总高度；h3为超声液位计测得的储存罐内液面上部空腔的高度；ρ1为湿树脂沉积物平均密度；ρ2为液体部分密度；P1为探头测得压强；g为当地重力加速度。
公式2中，h0为储存罐内部总高度；h1为树脂层厚度；h2为液体部分厚度；h3为超声液位计3测得的储存罐内液面上部空腔的高度。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静压测量装置，包括压力测量传感器(16)和探头引出线(11)，其特征在于，还包括引出管(2)、探头套筒(15)、柔性密封环(18)和柔性密封套(17)；
所述探头套筒(15)的顶端与引出管(2)底端可拆卸连接；
所述探头套筒(15)的顶端设有探头密封板；压力测量传感器(16)的外壁套设有柔性密封环(18)；柔性密封套(17)通过柔性密封环(18)膨胀压紧固定在探头套筒(15)内壁上；柔性密封套(17)为杯形；探头密封板、柔性密封套(17)和探头套筒(15)围成密封腔室，所述密封腔室内安装有压力测量传感器(16)；
所述引出管(2)内用于安装探头引出线(11)，探头引出线(11)与压力测量传感器(16)电连接。
2.根据权利要求2所述的一种静压测量装置，其特征在于，所述压力测量传感器(16)的轴向、密封柔性密封套(17)的轴向和探头套筒(15)的轴向三者同向；压力测量传感器(16)的外壁与柔性密封套(17)的内壁之间的环形空间内设有多个柔性密封环(18)，多个柔性密封环(18)沿压力测量传感器(16)的轴向分布，每个柔性密封环(18)的内环侧壁与压力测量传感器(16)的外壁密封接触，每个柔性密封环(18)的外环侧壁与柔性密封套(17)内壁密封接触。
3.根据权利要求2所述的一种静压测量装置，其特征在于，所述探头套筒(15)的顶端与引出管(2)底端通过连接件(10)密封连接，所述连接件(10)包括螺纹结构和密封圈。
4.根据权利要求2所述的一种静压测量装置，其特征在于，所述引出管(2)的底端端面上设有引出管密封板，引出管密封板上设有电极；
探头套筒(15)顶端的探头密封板上设有簧片触点(13)，压力测量传感器(16)与簧片触点电连接；
所述电极的一端用于与探头引出线(11)电连接；探头套筒(15)的顶端与引出管(2)底端连接后，簧片触点(13)的另一端与电极接触导通。
5.根据权利要求4所述的一种静压测量装置，其特征在于，所述电极包括环形电极(14)以及设于环形电极(14)中部的中心电极(12)；所述压力测量传感器(16)与簧片触点(13)连接；所述簧片触点(13)与环形电极(14)和中心电极(12)连接。
6.根据权利要求1所述的一种静压测量装置，其特征在于，所述探头套筒(15)的底端口设有管端滤网(9)。
7.一种树脂颗粒分层液位测量装置，其特征在于，包括液位计(3)和权利要求1至6任一项所述的一种静压测量装置；
所述液位计(3)用于测量并输出储存罐内液面上部空腔的高度；所述静压测量装置用于测量并输出储存罐内底部静压；所述引出管(2)的底端伸入储存罐内，保障探头套筒(15)置于储存罐内测量位置。
8.根据权利要求7所述的一种树脂颗粒分层液位测量装置，其特征在于，还包括运算器和显示器；所述液位计(3)和静压测量装置的信号输出端均与运算器的输入端连接；所述运算器用于接收储存罐内液面上部空腔的高度、储存罐内底部静压，并结合储存罐结构参数及内容物性能参数，计算获得固体沉降部分的厚度和液体部分的厚度；
所述运算器的信号输出端与显示器连接，显示器用于显示运算器运算结果。
9.一种树脂颗粒分层液位测量方法，采用了权利要求1至6任一项所述的一种静压测量装置、或采用了权利要求7或8所述的一种树脂颗粒分层液位测量装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在储存罐内的顶部安装液位计，在储存罐内的底部安装静压测量装置；
S2.将废树脂输入储存罐内，静置分层；
S3.通过液位计测量并输出储存罐内液面上部空腔的高度；
S5.通过静压测量装置测量并输出储存罐内底部静压；
S6.接收储存罐液内液面上部空腔的高度、储存罐内底部静压，并结合储存罐结构参数及内容物性能参数，计算获得固体沉降部分的厚度和液体部分的厚度；
所述储存罐结构参数包括储存罐内部直径、高度、体积；所述内容物性能参数包括固体沉降部分的平均密度，液体部分的密度。
10.根据权利要求9所述的一种树脂颗粒分层液位测量方法，其特征在于，步骤S6中，所述液位计将测量获得的储存罐液内液面上部空腔的高度输出至运算器，静压测量装置测量获得的储存罐内底部静压输出至运算器；所述运算器计算获得固体沉降部分的厚度和液体部分的厚度，并输出总液位值与分界面液位值。
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