CN212154737U

CN212154737U - 一种地浸采铀抽注液闭路循环系统控制装置

Info

Publication number: CN212154737U
Application number: CN201922453394.7U
Authority: CN
Inventors: 赵海军; 牛奔; 盖家进; 王艺; 王如意; 姚光怀; 徐奇; 郑文娟; 王飞; 杨敬; 李鹏; 张欢
Original assignee: China Nuclear Inner Mongolia Mining Co ltd
Current assignee: China Nuclear Inner Mongolia Mining Co ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-12-15
Anticipated expiration: 2029-12-30

Abstract

本发明主要应用于采铀领域，具体涉及一种地浸采铀抽注液闭路循环系统控制装置。对于常规的自动化控制设备，主要是针对单一设备或某段过程控制。其整体的联锁控制不足，不能完全实现全流程自动控制。对于闭路循环系统而言，中间某一个环节出现问题，会引起整个系统的连锁反应，管理难度很大。本装置包括：井场，水冶厂，自动化控制室三个区域，所述的井场中，抽孔依次连接交频器、电磁流量计，注孔依次连接电磁流量计、远传压力表和氧气电磁阀。本系统中的五个子系统实现自动化监测、记录、调节、报警等功能，并通过两两联动，实现五大子系统联动互锁，最终形成一整套完整的抽注液闭路循环系统自动化联动控制。

Description

一种地浸采铀抽注液闭路循环系统控制装置

技术领域

本发明主要应用于采铀领域，具体涉及一种地浸采铀抽注液闭路循环系统控制装置。

背景技术

地浸采铀是集采、选、冶于一体化的砂岩型铀矿床开采方法；CO₂+O₂地浸采铀浸出工艺是一种“安全、环保、高效”的环境友好型开采技术，于2014年12 月获得了“国家科学技术进步二等奖”，并受到习总书记的亲自表彰；CO₂+O₂地浸采铀闭路循环系统在美国地浸采铀矿山应用较为广泛，在我国尚处于摸索阶段。纳岭沟铀矿床于2015年开始采用闭路循环系统，并成为我国首例成功安全稳定运行闭路循环抽注液系统的铀矿山。

CO₂+O₂地浸采铀闭路循环系统较常规的开放式系统具有提高土地利用率、降低建设周期、节约建设及运行成本、提高能源利用率、改善作业场所环境、提高吸附系统运行的安全性、有效缓解树脂板结等优势。但由于闭路循环系统运行采用人工操作，且控制点、调节点分散管理难度大。特别是对突发状况的应急处理上，存在较大的弊端和安全环保风险。

对于常规的自动化控制设备，主要是针对单一设备或某段过程控制。其整体的联锁控制不足，不能完全实现全流程自动控制。对于闭路循环系统而言，中间某一个环节出现问题，会引起整个系统的连锁反应，管理难度很大。特别是对突发状况的应急处理上，存在较大的弊端和安全环保风险。

发明内容

1.目的

目前自动化的应用已经普及到各个行业领域，一些先进的行业领域已经达到智能化，同类其他开路系统的铀矿山已基本实现自动化，效果良好。为进一步提高地浸采铀闭路循环系统运行的稳定性，降低试验运行风险和安全环保风险，在现有抽注液闭路循环系统的基础上，通过增加部分自动化控制，使现有系统中的五个子系统实现自动化监测、记录、调节、报警等功能，并通过两两联动，实现五大子系统联动互锁，最终形成一整套完整的抽注液闭路循环系统自动化联动控制。

2.技术方案

本发明以压力控制为主，流量控制为辅的自动化参数控制系统。以原液泵为例：当控制系统处于自动方式时，原液泵变频器根据原液泵出口压力变化进行自动PID调节，当原液泵出口压力大于当前设定值时，变频器自动降低频率，当原液泵出口压力小于当前设定值时，变频器自动增加频率。当原液管路的压力或者流量超限，引起管路晃动时，系统会自动降低原液泵的频率，降低水流速度，达到稳定管路的效果。

一种地浸采铀抽注液闭路循环系统控制装置，包括：井场，水冶厂，自动化控制室三个区域，所述的井场中，抽孔依次连接交频器、电磁流量计A，注孔依次连接电磁流量计A、远传压力表和氧气电磁阀。

所述的水冶厂包括远传压差计，过滤器，一备一用交频器，电动应急阀门，远传压力表，二氧化碳电磁阀和电磁流量计B；抽孔和远传压差计、过滤器依次相连；过滤器串联一备一用交频器，该线路共有相同的两组，此为第一组；一备一用交频器依次串联连接远传压力表、二氧化碳电磁阀、电磁流量计B和吸附塔；吸附塔串联另一组过滤器和一备一用交频器，一备一用交频器另一端连接远传压力表；电磁应急阀并联在第二组过滤器的一端和一备一用交频器的一端。

所述的井场和水冶厂均由PLC控制柜控制，PLC控制柜通过通讯光纤连接到自动化控制室。

3.效果

建立了一整套抽注液闭路循环系统自动化联动控制系统，实现纳岭沟地浸采铀试验井场和水冶厂自动联动控制，保证了闭路循环系统安全稳定运行，减少了试验运行风险。

降低劳动强度：井场和水冶厂全部运行参数全部集中到自动化控制室，并自动采集，减少了工作人员和工作强度，节约了劳动时间；

节约能源：自动化联动充分利用了闭路循环系统本身的流量、压力，使系统处于最佳的运行效率内，提高了能源利用率；

其他自控目标：

(1)实现井场抽注液流量实时值、累积值的自动监测和记录；

(2)抽液孔潜水泵远程监控和保护；

(3)注液主管压力的远程监测与报警；

(4)集控室氧气浓度超限报警；

(5)原液流量和压力的远程监测和原液泵变频器的远程监控；

(6)注液流量和压力的远程监测和注液泵变频器的远程监控；

(7)水冶厂进塔流量实时值、累积值的远程监测和记录；

(8)通过算法实现集液泵变频器和井场集控室抽液变频器联动控制，进而实现抽注流量的基本平衡；

(9)根据压力和流量变化，自动对原液泵变频器和注液泵变频器频率进行调节，实现管路振动保护；通过原液泵变频器、注液泵变频器频率上限下限设置，有效控制管路振动，避免系统不停自修整。

(10)该自动化系统作为闭环系统试验的平台，通过对监控归档数据的分析、比较，为闭环系统性能优化提供数据支持。

附图说明

图1自动化联动控制建立技术方案图

图中：1.PLC控制柜，2.氧气浓度报警器，3.氧气电磁阀，4.电磁流量计 A，5.交频器，6.远传压力表，7.远传压差计，8.过滤器，9.一备一用交频器， 10.电磁应急阀门，11.二氧化碳电磁阀，12.电磁流量计B。

具体实施方式

地浸采铀抽注液闭路循环系统自动化联动控制系统包括地浸井场和水冶两部分。在现有闭路循环系统的基础上，通过管路改造，加装仪器仪表、自动化控制设备等，各分布站之间采用现场总线联网，各站之间采用工业以太网互联，站与站链接采用光纤网络。通过完善检测设备和执行机构，增加PLC控制系统软硬件，实现各工序工艺参数的自动采集、监测、调节、记录和预警等功能；通过PLC控制软件实现抽液系统、集液系统、吸附系统、注液系统和注液分配系统五大子系统联动互锁。同时，系统根据实时监测的各控制点的系统压力为调整依据，以各流量监测点的实时流量为辅助，实现系统自动运行，系统压力、流量持续稳定。

如图1所示，自动化控制主要通过PLC、winCC、AI模块；来实现自动控制功能。如通过PLC柜AI模块采集现场电磁流量计A4和电磁流量计B12的电流信号，通过PLC算法和程序，采用485通讯上传至上位机。上位机通过winCC 软件组态、编程，实现流量的在线监测和记录，并参与生产过程控制调节。通过对变频器编程，PLC柜内PLC编程，上位机编程，实现对变频器的监测，记录、调节和报警功能的。通过对变频器编程，定义变频器启动、停止、状态等变量。通过AI模块采集变频器运行数据，通过AO模块对变频器发出指令，实现对变频器的监测和调节的。通过上位机编程实现对变频器的数据记录和报警功能。

1、对部分管路进行改造，使其符合自动化自动化运行的需要；

2、在管路上加装自动化控制设备，如压力传感器、氧气电磁阀3、二氧化碳电磁阀11、氧气浓度监测报警器2等；

3、将全部自动化控制设备及电磁流量计A4和电磁流量计B12等各自接入水冶厂和井场的PLC控制柜中；

4、建设自动化控制室，建设操作站/工程师站；

5、架设通讯光纤，将两组PLC控制柜接入自动化控制室自动化联动控制电脑系统中；

6、编写自动化控制程序；

流量的监测和记录：通过PLC控制柜1的AI模块采集现场电磁流量计A4 和电磁流量计B12的4-20ma的电流信号，通过PLC算法和程序，采用485通讯上传至上位机。上位机通过winCC软件组态、编程，实现流量的在线监测和记录，并参与生产过程控制调节。

压力的监测和记录：通过PLC控制柜1的AI模块采集现场电磁流量计A4 和电磁流量计B12的4-20ma的电流信号，通过PLC算法和程序，采用485通讯上传至上位机。上位机通过winCC软件组态、编程，实现压力的在线监测和记录，并参与生产过程控制调节。

变频器的监测和记录：集控室变频器信息采集主要是通过485通讯实现的。通过对变频器编程，PLC柜内PLC编程，上位机编程，实现对变频器的监测，记录、调节和报警功能的。水冶厂变频器采用现场总线接线方式。通过对变频器编程，定义变频器启动、停止、状态等变量。通过AI模块采集变频器运行数据，通过AO模块对变频器发出指令，实现对变频器的监测和调节的。通过上位机编程实现对变频器的数据记录和报警功能。

联动控制：该自动控制系统以压力(原液主管道压力、注液主管道压力) 控制为主，流量控制为辅的自动化参数控制系统。

原液泵与进塔压力的自动PID调节：当控制系统处于自动方式时，原液泵变频器根据原液泵出口压力变化进行自动PID调节，当原液泵出口压力大于当前设定值(SP)时，变频器自动降低频率，当原液泵出口压力小于当前设定值 (SP)时，变频器自动增加频率。当原液管路的压力或者流量超限，引起管路晃动时，系统会自动降低原液泵的频率，降低水流速度，达到稳定管路的效果。

原液泵故障自动切换：当原液泵发生故障时，变频器会自动报警，启动保护。并将故障信号传至PLC内，PLC按照程序设定指令，完成故障变频器的停车，同时启动备用变频器、备用泵投入使用，无缝切换时间控制在1分钟内。

应急阀与原液泵出口压力联动控制：为了使原液管路的压力不超出管路上限，又能保证系统的稳定性，自控系统引入了应急阀。在自动控制方式下，阀门根据原液泵出口压力自动打开或者关闭阀门，当原液泵出口压力大于 0.45Mpa时，应急阀自动打开，当原液泵出口压力小于0.38时，应急阀自动关闭。自动开压力值和自动关压力值可以根据工艺工况要求自行设定。

当控制系统处于自动方式时，注液泵变频器根据注液泵出口压力自动控制，当注液泵出口压力大于当前设定值(SP)时，变频器自动降低频率，当注液泵出口压力小于当前设定值(SP)时，变频器自动增加频率。同样当注液管路的压力或者流量超限时，引起管路晃动，系统会自动降低注液泵的频率，降低水流速度，达到稳定管路的效果。

注液泵故障自动切换：当注液泵发生故障时，变频器会自动报警，启动保护。并将故障信号传至PLC内，PLC按照程序设定指令，完成故障变频器的停车，同时启动备用变频器、备用泵投入使用，无缝切换时间控制在1分钟内。

抽液系统与集液系统的联动控制：

当变频器发生故障时(如2台故障)，我们首先会对原液泵和注液泵变频器降频率(0.5HZ)，使水流速度瞬间降速，消除因为抽液泵故障减少的抽液量的影响，同时对原液泵和注液泵降低控制目标值(原液目标由原来的0.42Mpa 降为0.36Mpa,注液目标由原来的1.15Mpa降为1.07Mpa)，从而达到系统稳定性。考虑到可能多台抽液泵的故障，我们分别对应降低不同的目标值。

正常运行中管路突发振动的处理：

当原液泵出口压力或者注液泵出口压力超出振动上下限(如原液压力 <0.31or>0.41Mpa)，并且在一段时间内(如30s)还没有消除，我们就会对变频器降频率(预先设定的降频率值，如0.3HZ)，使泵转速降低，让管路系统水流速度降低，气体在管路里流动速度也会降低，这样就可以大大降低水管路的振动现象，从而达到稳定的效果。同样，当原液泵出口流量或者注液泵出口流量出现振荡超限时段时，我们也对变频器采取同样的措施，达到水管路系统的稳定性。

二氧化碳阀与原液泵注液泵、通断电联动控制：

自动状态下，当系统运行时，需要通入二氧化碳气体，此时二氧化碳阀门需要打开，当原液泵和注液泵系统都停止或停电时，二氧化碳阀门自动关断。

注液系统与氧气阀联动控制：

自动状态下，当系统运行时，需要通入氧气，此时氧气阀门打开，当停电时，氧气阀门自动关断。

7、系统调试运行，直到稳定运行；

8、优化控制参数。

9、系统根据实时监测的各控制点的系统压力为调整依据，以各流量监测点的实时流量为辅助，实现了系统自动运行，且系统压力、流量持续稳定。

Claims

1.一种地浸采铀抽注液闭路循环系统控制装置，包括：井场，水冶厂，自动化控制室三个区域，其特征在于：所述的井场中，抽孔依次连接交频器(5)、电磁流量计A(4)，注孔依次连接电磁流量计A(4)、远传压力表(6)和氧气电磁阀(3)。

2.如权利要求1所述的一种地浸采铀抽注液闭路循环系统控制装置，其特征在于：所述的水冶厂包括远传压差计(7)，过滤器(8)，一备一用交频器(9)，电磁应急阀门(10)，远传压力表(6)，二氧化碳电磁阀(11)和电磁流量计B(12)；抽孔和远传压差计(7)、过滤器(8)依次相连；过滤器(8)串联一备一用交频器(9)，该线路共有相同的两组，此为第一组；一备一用交频器(9)依次串联连接远传压力表(6)、二氧化碳电磁阀(11)、电磁流量计B(12)和吸附塔；吸附塔串联另一组过滤器(8)和一备一用交频器(9)，一备一用交频器(9)另一端连接远传压力表(6)；电磁应急阀门(10)并联在第二组过滤器(8)的一端和一备一用交频器(9)的一端。

3.如权利要求1所述的一种地浸采铀抽注液闭路循环系统控制装置，其特征在于：所述的井场和水冶厂均由PLC控制柜(1)控制，PLC控制柜(1)通过通讯光纤连接到自动化控制室。