CN218917359U

CN218917359U - 一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置

Info

Publication number: CN218917359U
Application number: CN202220713256.7U
Authority: CN
Inventors: 李万宏; 朱春杰
Original assignee: Shanghai Proton Heavy Ion Clinical Technology Research And Development Center; Shanghai Proton And Heavy Ion Hospital Co ltd
Current assignee: Shanghai Proton Heavy Ion Clinical Technology Research And Development Center; Shanghai Proton And Heavy Ion Hospital Co ltd
Priority date: 2022-03-26
Filing date: 2022-03-26
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2032-03-26

Abstract

本实用新型涉及粒子加速器循环水自动控制技术领域，具体公开了一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置，包括离子交换组件、加药组件、真空脱气组件、高纯水补水组件、设备参数监测组件；主要用于在线监控和调节粒子加速器密闭式循环水的水质，监控参数包括水质的腐蚀率、溶解氧、电导率和PH值，该监控装置包括腐蚀率、溶解氧、电导率和PH值的实时探测功能，以及离子交换功能、在线加药功能、真空脱气功能和高纯水自动补水功能，根据密闭式循环水对腐蚀率、溶解氧、电导率和PH值的不同要求，通过动态水质调节方法在线控制离子交换组件、加药组件、真空脱气组件和高纯水补水组件的运行和停止，使密闭式循环水的水质处于稳定状态。

Description

一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置

技术领域

本实用新型涉及粒子加速器循环水自动控制技术领域，具体为一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置。

背景技术

密闭式循环水系统是粒子加速设备冷却的重要辅助系统，在粒子加速器的粒子源、直线加速器、同步加速器、束流传输系统、射频系统内均需要用到密闭式循环水系统。通过循环水在密闭管道内循环运转，将粒子加速器器运行过程中产生的热量带走，保持温度控制在正常范围内。然而，伴随着循环水的长期运转，循环水质，包括电导率、溶解氧、PH值和腐蚀率等参数必然会发生变化。对于粒子加速器设备而言，循环水的水质参数有严格的要求，超出规范要求的水质及有可能影响粒子加速器的正常运行，甚至造成粒子加速器的严重损坏；因此，密闭式循环水的在线水质监测与控制显得十分重要。为了更好地实现密闭式循环水系统的循环水质的在线监测和自动控制，本实用新型提出了一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监测与控制装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置，包括离子交换组件、加药组件、真空脱气组件、高纯水补水组件、设备参数监测组件；所述设备参数监测组件包括安装在待检测装置的电导率探测器a、腐蚀率探测器、压强探测器a、溶解氧探测器、PH值探测器、压差调节阀、电导率探测器b、压强探测器b，上述组件用于实时探测系统内循环水的运行数据；其中，所述待检测装置上还设置有进水接口、出水接口，并通过进水接口、出水接口与循环水系统连接；所述进水接口、出水接口之间设置压差调节阀，压强探测器a、压强探测器b分别设置在压差调节阀的两端。

作为一种优选方案，所述离子交换组件包括离子交换循环水泵、离子交换调节阀、树脂交换桶、电导率探测器a、止回阀a，其中，树脂交换桶的进水口与离子交换循环水泵连接，离子交换循环水泵的进水口与待检测装置的出水口连接，树脂交换桶与离子交换循环水泵之间设置有离子交换调节阀；所述树脂交换桶的出水口与待检测装置的进水口连接，树脂交换桶与待检测装置之间安装有电导率探测器a、止回阀a。作为本实用新型的一种优选方案，所述加药组件包括药剂桶、药剂喷射泵、止回阀b，药剂桶通过药剂喷射泵与待检测装置连接，待检测装置与药剂喷射泵之间设置止回阀b。

作为一种优选方案，所述真空脱气组件包括真空脱气罐、排气阀、脱气流量调节阀、脱气循环水泵、止回阀c，其中，真空脱气罐上设置有排气阀，真空脱气罐的入口处与待检测装置之间安装有脱气流量调节阀，真空脱气罐的出口处通过脱气循环水泵连接待检测装置，脱气循环水泵与待检测装置之间安装有止回阀c。

作为一种优选方案，所述高纯水补水组件包括纯水补水阀、增压补水泵、压强探测器c、排水阀，待检测装置上设置有接排水口，接排水口上安装有排水阀，增压补水泵用于外接高纯水设备，增压补水泵的出水处安装有纯水补水阀和压强探测器c。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置，主要用于在线调节粒子加速器密闭式循环水的水质监控，监控参数主要包括水质的腐蚀率、溶解氧、电导率和PH值，该监控装置包括腐蚀率、溶解氧、电导率和PH值的实时探测功能，以及离子交换功能、在线加药功能、真空脱气功能和高纯水自动补水功能，根据密闭式循环水对腐蚀率、溶解氧、电导率和PH值的不同要求，通过一套动态水质调节方法在线控制离子交换相关部件、加药相关部件、真空脱气相关部件和高纯水补水相关部件的运行和停止，使密闭式循环水的水质处于稳定状态。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图中：1、离子交换循环水；2、离子交换调节阀；3、树脂交换桶；4、电导率探测器a；5、止回阀a；6、药剂桶；7、药剂喷射泵；8、止回阀b；9、真空脱气罐；10、排气阀；11、脱气流量调节阀；12、脱气循环水泵；13、止回阀c；14、腐蚀率探测器；15、压强探测器a；16、溶解氧探测器；17、PH值探测器；18、压差调节阀；19、电导率探测器b；20、压强探测器b；21、进水接口；22、出水接口；23、排水阀；24、纯水补水阀；25、增压补水泵；26、压强探测器c。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置，包括离子交换组件、加药组件、真空脱气组件、高纯水补水组件、设备参数监测组件；所述设备参数监测组件包括安装在待检测装置的电导率探测器a4、腐蚀率探测器14、压强探测器a15、溶解氧探测器16、PH值探测器17、压差调节阀18、电导率探测器b19、压强探测器b20，上述组件用于实时探测系统内循环水的运行数据；其中，所述待检测装置上还设置有进水接口21、出水接口22，并通过进水接口21、出水接口22与循环水系统连接；

所述进水接口21、出水接口22之间设置压差调节阀18，压强探测器a15、压强探测器b20分别设置在压差调节阀18的两端；在水质参数动态调节过程中，通过压强探测器a15和压强探测器b20实时探测压差调节阀门两端的压强数据，通过压差调节阀18开度的自动调节，维持进水接口21、出水接口22之间压差平衡，减少离子交换相关部件、加药相关部件、真空脱气相关部件在运行过程中产生的压强波动，维持循环水系统压强稳定。

其中，树脂交换桶3后设置电导率探测器a4，与循环水的电导率探测器b19进行数据对比，在电导率超过限值时判断树脂交换桶3内的树脂是否失效。

作为一种优选实施例，所述离子交换组件包括离子交换循环水泵1、离子交换调节阀2、树脂交换桶3、电导率探测器a4、止回阀a5，其中，树脂交换桶3的进水口与离子交换循环水泵1连接，离子交换循环水泵1的进水口与待检测装置的出水口连接，树脂交换桶3与离子交换循环水泵1之间设置有离子交换调节阀2；所述树脂交换桶3的出水口与待检测装置的进水口连接，树脂交换桶3与待检测装置之间安装有电导率探测器a4、止回阀a5。

作为一种优选实施例，所述加药组件包括药剂桶6、药剂喷射泵7、止回阀b8，药剂桶6通过药剂喷射泵7与待检测装置连接，待检测装置与药剂喷射泵7之间设置止回阀b8；药剂喷射泵7的启动和停止即实现加药相关部件的开启和关闭；止回阀b8的作用是防止水倒流。

作为一种优选实施例，所述真空脱气组件包括真空脱气罐9、排气阀10、脱气流量调节阀11、脱气循环水泵12、止回阀c13，其中，真空脱气罐9上设置有排气阀10，真空脱气罐9的入口处与待检测装置之间安装有脱气流量调节阀11，真空脱气罐9的出口处通过脱气循环水泵12连接待检测装置，脱气循环水泵12与待检测装置之间安装有止回阀c13；真空脱气相关部件的关闭方法是：脱气循环水泵12停止，然后关闭脱气流量调节阀11；止回阀c13的作用是防止水倒流。

作为一种优选实施例，所述高纯水补水组件包括纯水补水阀24、增压补水泵25、压强探测器c26、排水阀23，待检测装置上设置有接排水口，接排水口上安装有排水阀23，增压补水泵25用于外接高纯水设备，增压补水泵25的出水处安装有纯水补水阀24和压强探测器c26。

该监控装置可实现密闭式循环水的水质在线监测与控制，使得水质满足粒子加速器运行的水质要求。

该监控装置可根据电导率、溶解氧、PH值和腐蚀率等参数变化，自动调整装置内的离子交换相关部件、真空脱气相关部件、加药相关部件和高纯水补水相关部件的开启和停止，动态调节循环水水质数据。

该监控装置在对循环水水质调节过程中，装置的进出水端设置压强传感器，在装置的进出水端之间设置压差调节阀门，使得相关设备的运行和停止满足循环水正常运行的要求，不对循环水系统的压强造成影响。

本实用新型还提供了上述一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控方法，其特征在于：所述监控装置的启动以腐蚀率、溶解氧、电导率和PH值中的任意一种数据偏离为启动调节的条件，根据腐蚀率、溶解氧、电导率和PH值的监测数据，动态调节离子交换组件、加药组件和真空脱气组件和高纯水补水组件的工作模式，假设在某一时刻t，传感器探测到的腐蚀率数据记为CO(t)、溶解氧数据记为O2(t)、电导率数据记为CD(t)、PH值数据记为PH(t)，水质调节以腐蚀率、溶解氧、电导率和PH值中的任意一种数据偏离为启动相关水质调节部件的条件，调节方法包括：以电导率数据偏离为入口的调节方法、以PH数据偏离为入口的调节方法、以溶解氧数据偏离为入口的调节方法、以腐蚀率数据偏离为入口的调节方法。

其中，装置内部包含参数设定功能，可设定的参数包括：

(1)电导率参数：电导率上限：U_CD；电导率下限；L_CD；电导率最优值：P_CD。

(2)PH值参数：PH值上限：U_PH；PH值下限：L_PH；PH最优值：P_PH。

(3)溶解氧参数：溶解氧上限：U_O2；溶解氧最优值：P_O2。

(4)腐蚀率参数：腐蚀率上限：U_CO；腐蚀率最优值：P_CO。

作为一种优选实施例，以电导率数据偏离为入口的调节方法，包括如下两种情况：

情况一：当CD(t0)>U_CD时，调节方法如下：

时刻t0，如果CD(t0)>U_CD，则开启离子交换组件，通过离子交换组件将循环水电导率降低至电导率最优值P_CD，此时刻记为t1，关闭装置的离子交换组件；

t1时刻的PH值数据记为PH(t1)，蚀率数据CO(t1)；

如果PH(t1)∈(L_PH,U_PH)，且CO(t1)<U_CO，则装置停止运行；

如果PH(t1)<L_PH，开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂，至时刻t3，当PH(t1)＝L_PH时关闭加药组件；此时如果CO(t3)<U_CO，装置停止运行；如果CO(t3)>U_CO，继续开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂，直到时刻t4，CO(t4)<U_CO；

如果PH(t1)>U_PH，则高纯水补水组件，至时刻t3，当PH(t3)＝U_PH时关闭高纯水补水组件；

探t3时刻的蚀率数据CO(t3)，如果CO(t3)<U_CO，则装置停止运行；

如果CO(t3)>U_CO，开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂，直到时刻t4，CO(t4)<U_CO；

情况二：当CD(t0)<L_CD时，调节方法如下：

时刻t0，如果CD(t)<L_CD，则开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂；碱性药剂在提高PH值的同时，电导率提升；当循环水电导率升高至电导率的最优值P_CD时，此时的时刻记为t1，关闭加药组件；

t1时刻的PH值数据记为PH(t1)，腐蚀率数据为CO(t1)；

如果PH(t1)∈(L_PH,U_PH)，且CO(t1)<U_CO，则装置停止运行；

如果PH(t1)<L_PH，开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂至时刻t3，当PH(t1)＝L_PH时关闭加药组件；此时如果CO(t3)<U_CO，装置停止运行；如果CO(t3)>U_CO，继续开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂，直到时刻t4，CO(t4)<U_CO；

如果PH(t1)>U_PH，则开启高纯水补水组件至时刻t3，当PH(t3)＝U_PH时关闭高纯水补水组件；

探测t3时刻的蚀率数据CO(t3)，如果CO(t3)<U_CO，则装置停止运行；

如果CO(t3)>U_CO，开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂，直到时刻t4，CO(t4)<U_CO。

作为一种优选实施例，以PH数据偏离为入口的调节方法包括如下两种情况：

情况一：PH(t0)>U_PH时，调节方法如下：

时刻t0，如果PH(t0)>U_PH，则开启高纯水补水组件，向系统内注入高纯水的同时，采用微小流量的方式排出系统内的水，以降低PH值至最优PH值，即P_PH；此时刻记为t1，关闭高纯水补水组件；

t1时刻的电导率数据记为CD(t1)，腐蚀率数据CO(t1)；

如果CD(t1)∈(L_CD,U_CD)，且CO(t1)<U_CO，则装置停止运行；

如果CD(t1)>U_CD，则开启离子交换组件，通过离子交换组件将循环水电导率降低至U_CD，此时时刻记为t3，如果CO(t3)>U_CO，继续开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂，直到时刻t4，CO(t4)<U_CO；

如果CD(t1)<L_CD，则开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂使电导率升高至L_CD，直到时刻t3，如果CO(t3)>U_CO，继续开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂，直到时刻t4，CO(t4)<U_CO；

情况二：当PH(t0)<L_PH时，调节方法如下：

时刻t0，如果PH(t0)<L_PH，则开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂使电导率升高至最优PH值，即P_PH；此时刻记为t1，关闭加药组件；

t1时刻的电导率数据记为CD(t1)，腐蚀率数据CO(t1)；

如果CD(t1)∈(L_CD,U_CD)，且CO(t1)<U_CO，则装置停止运行；

如果CD(t1)<L_CD，则开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂使电导率升高至L_CD，直到时刻t3，如果CO(t3)>U_CO，继续开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂，直到时刻t4，CO(t4)<U_CO。

作为一种优选实施例，以溶解氧数据偏离为入口的调节方法如下：

时刻t0，如果O2(t0)>U_O2，则开启真空脱气组件，通过真空脱气方式降低循环水系统内的溶解氧至溶解氧最优值P_O2。此时刻记为t1，关闭真空脱气组件；

如果CD(t1)∈(L_CD,U_CD)，PH(t1)∈(L_PH,U_PH)，且CO(t1)<U_CO，则装置停止运行；

如果CD(t1)不在(L_CD,U_CD)范围内，则进入“第一类：以电导率数据偏离为入口的调节方法”；

如果PH(t1)不在(L_PH,U_PH)范围内，则进入“第二类：以PH数据偏离为入口的调节方法”；

如果CO(t1)>U_CO，开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂，直到时刻t2，CO(t2)<U_CO。

作为一种优选实施例，以腐蚀率数据偏离为入口的调节方法如下：

时刻t0，如果CO(t0)>U_CO，开启加药组件，向循环水系统内加注碱性药剂，直到到达腐蚀率最优值P_CO。此时刻记为t1，关闭加药组件。

如果CD(t1)∈(L_CD,U_CD)，PH(t1)∈(L_PH,U_PH)，且O2(t1)<U_O2，则装置停止运行；

如果CD(t1)不在(L_CD,U_CD)范围内，则通过“以电导率数据偏离为入口的调节方法”进行处理；

如果PH(t1)不在(L_PH,U_PH)范围内，则通过“以PH数据偏离为入口的调节方法”进行处理；

如果O2(t0)>U_O2，则通过“以溶解氧数据偏离为入口的调节方法”进行处理。

维持系统压强稳定的方法包括：

(1)装置的进出水端之间设置压差调节阀18，在水质参数动态调节过程中，通过实时探测压差调节阀18两端的压强数据，参考压强差调节阀门开度，维持压差平衡，减少离子交换相关部件、加药相关部件、真空脱气相关部件在运行过程中产生的压强波动，维持循环水系统压强稳定。

(2)在高纯水补水相关部件中的增压补水泵25的后端设置压强传感器26b，增压补水泵25采用变频水泵。在进行增压补水时，以略高于循环水内部循环水压强ΔP方式补水。其中，ΔP为循环水系统的压强波动限值。如果循环水系统内部压强为P，则增压补水的压强为P+ΔP。同时，在增压补水时，采用微小流量的方式排出循环水系统内的水，使系统内部的水压维持稳定。增压补水泵25连接高纯水系统或高纯水密闭式水箱,在增压补水的同时，排水阀23开启，以小流量方式排出循环水系统内的水。

值得注意的是：整个装置通过控制器对其实现控制，由于控制器为常用设备，属于现有成熟技术，在此不再赘述其电性连接关系以及具体的电路结构。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置，其特征在于：包括离子交换组件、加药组件、真空脱气组件、高纯水补水组件、设备参数监测组件；所述设备参数监测组件包括安装在待检测装置的电导率探测器a(4)、腐蚀率探测器(14)、压强探测器a(15)、溶解氧探测器(16)、PH值探测器(17)、压差调节阀(18)、电导率探测器b(19)、压强探测器b(20)，上述组件用于实时探测系统内循环水的运行数据；其中，所述待检测装置上还设置有进水接口(21)、出水接口(22)，并通过进水接口(21)、出水接口(22)与循环水系统连接；所述进水接口(21)、出水接口(22)之间设置压差调节阀(18)，压强探测器a(15)、压强探测器b(20)分别设置在压差调节阀(18)的两端。

2.根据权利要求1所述的一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置，其特征在于：所述离子交换组件包括离子交换循环水泵(1)、离子交换调节阀(2)、树脂交换桶(3)、电导率探测器a(4)、止回阀a(5)，其中，树脂交换桶(3)的进水口与离子交换循环水泵(1)连接，离子交换循环水泵(1)的进水口与待检测装置的出水口连接，树脂交换桶(3)与离子交换循环水泵(1)之间设置有离子交换调节阀(2)；所述树脂交换桶(3)的出水口与待检测装置的进水口连接，树脂交换桶(3)与待检测装置之间安装有电导率探测器a(4)、止回阀a(5)。

3.根据权利要求1所述的一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置，其特征在于：所述加药组件包括药剂桶(6)、药剂喷射泵(7)、止回阀b(8)，药剂桶(6)通过药剂喷射泵(7)与待检测装置连接，待检测装置与药剂喷射泵(7)之间设置止回阀b(8)。

4.根据权利要求1所述的一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置，其特征在于：所述真空脱气组件包括真空脱气罐(9)、排气阀(10)、脱气流量调节阀(11)、脱气循环水泵(12)、止回阀c(13)，其中，真空脱气罐(9)上设置有排气阀(10)，真空脱气罐(9)的入口处与待检测装置之间安装有脱气流量调节阀(11)，真空脱气罐(9)的出口处通过脱气循环水泵(12)连接待检测装置，脱气循环水泵(12)与待检测装置之间安装有止回阀c(13)。

5.根据权利要求1所述的一种粒子加速器密闭式循环水多维水质监控装置，其特征在于：所述高纯水补水组件包括纯水补水阀(24)、增压补水泵(25)、压强探测器c(26)、排水阀(23)，待检测装置上设置有接排水口，接排水口上安装有排水阀(23)，增压补水泵(25)用于外接高纯水设备，增压补水泵(25)的出水处安装有纯水补水阀(24)和压强探测器c(26)。