制氫站 氫發生站流量計

金屬管浮子流量計測量氫流量，可測微小氫流量、含水氫流量、高壓氫流量，有就地指示型和智能遠傳型，具有指針顯示瞬時流量，液晶顯示瞬時、累計流量，標準4～20mA電流輸出，上、下限報警，HART協議輸出等多種功能。

主要特點：

●工作可靠，維護量少，使用壽命長
●1：10的較寬的量程比
●全金屬結構，堅固穩定，適合高溫、高壓、強腐蝕性介質
●防爆設計結構適合易燃、易爆危險場合
●新型磁耦合傳感器保證信號傳輸穩定可靠
●適合低流速小流量的介質流量的測量
●可加裝磁過濾器
●智能型可選現場瞬時和累積流量顯示
●可選二線制、電池供電方式
●可帶保溫、夾套設計

技術參數：

流量范圍：

流量計2：

高放廢液貯槽在線氫監測系統設計：

為了保證高放廢液貯槽內氫監測的可靠性,采取多重性的冗余監測方式,通過綜合分析氫監測原理和對監測方法的比較,結合實際工況,設計了一套抽氣取樣法的在線氫監測系統,其中氫監測儀表采用熱導式分析原理,并且為了保證測量的準確可靠,采取了相應的預處理措施,實現了惡劣工況的在線氫監測。

在合理利用和開發核能過程中,不可避免地會產生放射性廢液,這些廢液對環境構成了一定的潛在危害。高放廢液是指放射性比活度大于3.7×1010Bq/L的放射性廢液,它是在乏燃料后處理工藝流程中產生的,而且是危害性大、管理難、處理花費高的放射性廢液,因此其管理問題一直是世界各國乏燃料后處理領域關注的重大課題之一。

目前國內的高放廢液主要貯存在兩個核化工工廠的貯槽中,為了保證貯槽的設備安全,需要設置必要的監測和報警系統。由于高放廢液經過輻解、熱解和腐蝕能夠產生一定量的氫,為了防止氫爆炸對貯槽設備造成損壞,導致放射性廢液外泄,在高放廢液貯槽中設置在線氫監測系統非常重要。

1 氫測量原理

測量氫的方法多種多樣,可以分為離線測量和在線測量兩種方式。離線測量是通過人工采集樣氣后,對采集樣氣進行處理的方式,主要有爆炸法、吸收法等,但并不適用于工業現場的實時監測。在線測量是通過在線測量儀表對樣氣進行實時自動分析的方式,根據測量原理不同,主要有催化燃燒和熱導式分析方法。

本文中,筆者所設計的高放廢液貯槽在線氫監測系統選用的是當前常用的熱導式分析方法。

熱導率是指物質的導熱能力,在熱力學中,熱傳導能力的強弱用導熱系數來表示,不同物質具有不同的導熱能力。表1為在0℃時以空氣導熱系數為基準的一些氣體的相對導熱系數。可以看出,氫和氦氣的熱導率非常接近,如果背景氣體中不存在氦氣成分,那么氫的熱導率將遠大于背景氣中其他組分的熱導率,由此可實現氫的準確測量。

熱導式在線氣體分析儀是一種物理式氣體分析器,通過測定混合氣體的導熱系數,推算出其中某些組分的含量。但在實際應用中,由于直接測量氣體的熱導系數比較困難,通常將氣體導熱系數的變化轉化為電阻的變化,然后利用平衡電橋與不平衡電橋的方式來測定輸出電壓Uo,從而間接測量氣體的組分。

測量平衡電橋如圖1所示。

熱導式分析儀是一種結構簡單、性能穩定、價廉、技術上較為成熟的儀器,但是熱導式分析儀器對氣體的壓力波動、流量波動十分敏感,介質中的水汽、顆粒等雜質對測量影響較大,所以合理設計采樣預處理系統是用好熱導式分析儀器的關鍵。

2 監測系統設計要求

高放廢液貯槽在設計時出于安全考慮,一般都會設置備用貯槽。由于高放廢液貯槽內廢液因輻解會產生氫,并且其濃度將隨著時間的延長而逐漸累積,為避免氫積累達到其爆炸極限,產生爆炸危險,需向貯槽內通入一定量的壓縮空氣,對貯槽內高放廢液上方的氣相進行稀釋,稀釋的廢氣通過貯槽上方的呼排管道進入設備呼排系統,然后進行放射性過濾處理。

為保證人員安全,要求高放廢液貯槽內液面上方氣相處于微負壓狀態(約-500Pa),溫度約40℃。廢氣中含有放射性氣溶膠,空氣,揮發的氣體,NO、NO2等氮氧化物以及氫等多種復雜氣體。根據要求,貯槽內氫濃度應保持在2%以下,同時要求能夠輸出報警點,并啟動聯鎖風機。另外,氫監測裝置報警限值可以根據調試運行情況靈活設定。

氫的在線監測方法從技術實現角度分析,可以分為直接測量法和抽氣取樣法兩類。但由于直接測量法對于儀表的要求非常高,同時結合高放廢液貯槽的條件,設備內儀表的安裝和維護非常困難,因此對于高放廢液貯槽的氫監測采用抽氣取樣法。

氣體抽出式測量系統是將氫傳感器安裝在設備外,設備內氣體通過管路輸送到設備外。氣體樣品經過預處理后,送入分析儀器進行氫濃度分析,分析完畢后將樣品氣無泄漏地送回設備或者尾氣處理系統內。對于此方法,氣體的預處理和分析都在設備外完成,從而避開了設備內惡劣的環境條件,有利于氫傳感器的選型與應用。不僅如此,通過對氫傳感器及預處理流程的定期校準和維護,還能夠延長系統的壽命周期。

同時通過過濾、除濕等預處理以后,被測樣氣中的氫分子基本保持不變。因此,與設備內實際氫濃度相比,抽出式測量方式測得的氫體積濃度相比設備中的實際濃度偏高,保證了一定的安全裕量。

可見,抽氣取樣法避開了設備或貯槽內惡劣的環境條件,有利于氫在線監測系統的可靠運行,該方法可以滿足對氫傳感器和預處理流程的定期校準與維護,實現氫連續在線監測,延長系統的使用壽命,保證系統的可靠性和穩定性。

3 監測系統設計

筆者在設計過程中采用了抽取式的監測方法,其中氫傳感器是監測的核心部件,采用目前工業上廣泛應用的熱導式氫分析裝置。為了高放廢液貯存系統的安全性,綜合考慮到該測點的重要性,保證氫監測系統的可靠性,在設計中采用了多重性冗余方法,即為每個貯槽配置兩套在線氫監測系統,具體流程框圖如圖2所示。

系統自動完成對樣氣的放射性過濾、冷凝脫水、過濾和氣體分析過程,然后將預處理過程中產生的冷凝水和監測樣氣回收并進行排放處理。同時,考慮到現場取樣得到的氣體處于一個酸性環境中,所以系統內部與樣氣接觸的部件均需要采用防腐蝕材料。

筆者根據要求設計的在線氫監測系統工藝流程如圖3所示。

該氫監測系統包括取樣系統、預處理系統和信號處理系統。

3.1 取樣系統

由于高放廢液貯槽工況的特殊性,取樣點處為負壓狀態,為此取樣系統的取樣泵應能夠抵抗惡劣環境,適應長距離采樣,使抽氣量滿足測量要求。同時在取樣系統中安裝可調節的流量計,用來保證取樣氣體平穩、勻速通過熱導傳感器,以獲得更好的測量效果。同時流量計材料宜選擇抗腐蝕材料。

3.2 預處理系統

對于在線監測系統,在線分析儀器技術(即傳感器)是核心技術,而樣氣預處理技術則是關鍵技術。預處理系統的設計主要是考慮去除樣氣中對測量造成影響的雜質因素,比如灰塵、水汽等。文中氫在線監測預處理系統中考慮的環節主要包括過濾放射性氣溶膠、冷凝水蒸氣和流量調節。

3.2.1 過濾放射性氣溶膠

系統通過取樣得到的樣氣來自高放廢液貯槽,因此其中含有一定量的放射性氣溶膠,此種工況需要考慮后期運行維護劑量對人體健康的影響和射線對系統中電子元器件的影響。

目前對于去除氣體中的,主要采用過濾器方式。使用快速連接方式,更換下來的過濾裝置直接密封,避免外泄,操作便捷快速,減少人員放射性劑量的吸收。

3.2.2 冷凝水蒸氣

樣氣先經過室溫冷卻脫水,經過第1級冷凝脫水后,在取樣泵的帶動下,大部分樣氣通過另一個旁路將樣氣放空進入排氣管路回到貯槽,需要測量的樣氣則進入第2進行脫水處理。

待測樣氣進入到壓縮機冷凝脫水的冷凝腔中,冷凝腔內5～8℃左右的低溫將工藝樣氣的露點控制在5～8℃以內。露點的降低必將產生一定量的水分,起到冷凝脫水的作用。

第1級和第2級脫水產生的冷凝水可能含有少量,因此不能隨意排放到外界,只能通過自身配備的排水泵排回到氣體返回氣路中,隨同抽取樣氣一同回到貯槽內。

經過以上預處理步驟的工藝樣氣,在通過精密過濾濾除樣氣中的殘存細小微粒后,即得到符合要求的待測氣體。

3.2.3 流量調節

為了保證氫傳感器測量的精度,需要在樣氣進入氫傳感器之前將其流量穩定在0.5L/min。該環節的控制主要是采用樣氣流量計,通過調節流量計針型閥來獲得穩定流量的樣氣,而后進入分析傳感器。

3.3 信號處理系統

氫傳感器是在線分析系統的核心部分。要求傳感器應能在電子噪聲、射頻干擾和振動的現場環境中運行,且不降低系統性能,得到的電信號通過線路傳輸到安全區域的控制箱內進行報警和中轉傳遞,形成報警信號和進入DCS系統的標準4～20mA(DC)信號。

氫分析儀表在運行一段時間后會產生信號的偏移,造成測量誤差,因此需要定期對儀表進行標定,采用零點氣和標準氣分別進行標定,兩者通過閥門切換。

4 結束語

高放廢液貯存系統的在線氫監測系統在設計過程中對高放廢液貯槽的實際運行工況、氫監測要求和安全性方面進行了充分考慮,避免了對后續元件和氣體管路的污染,實現了在惡劣工況下對氫的在線監測,為高放廢液貯存系統的良好穩定運行提供了保障。