一种放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統及方法
2023-09-19 03:25:20
專利名稱：一种放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統及方法
技術領域：
本發明屬於輻射防護與環境保護技術領域，尤其是針對多個放射性操作場所或實驗大廳並涉及多個通排風系統的放射性廢氣(微塵氣溶膠、碘氣溶膠、氚等)集中排放監測過程中的氣載物自動取樣控制方法。
背景技術：
核設施、核裝置、生產線等放射性工作場所在正常和事故工況下涉及放射性氣載物向環境排放，為控制和評估其放射性氣載物對周圍環境及公眾產生的輻射影響，國標GB18871-2002對放射性場所產生的氣載物排入環境的源項是否滿足排放限值明確提出進行氣載流出物排放監測要求。目前，針對多個放射性場所建在同一廠址情況，依據環保部提出的四個統一中「統一進行流出物監測」的要求，氣載物排放通常採取同一場址內多個核設施(裝置)、生產線等放射性場所產生的廢氣由單煙 集中向環境排放，由於不同放射性場所存在氣載物放射性濃度及總量、通排風系統工作模式及排風量大小等差異，按目前通用的流出物監測無論是連續取樣還是定期取樣監測的模式是不可行的，如流出物監測不能反映各放射性場所氣載物排放工況情況，監測結果則不能真實、客觀反映煙囪對各放射性場所的氣載物排放源項。
發明內容
為了彌補目前氣載流出物的定期監測或連續監測所涉及氣載物取樣工況的不足，本發明提供一种放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統及方法，能夠實現根據放射性場所氣載物排放工況情況進行氣載流出物(微塵氣溶膠、碘氣溶膠)動態取樣或動態監測的自動控制。本發明解決其技術問題所採用的技術方案如下
本發明的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統，其特點是，所述自動控制系統包括設置氣載物排放管道上的排放流量監測傳感器和氣載物取樣頭，還包括氣載物取樣管道、尾氣排放管道、流量監測PLC控制器、自動控制單元、進氣管接頭、流量調節閥、電磁閥、取樣監測設備、質量流量計、壓力表、泵和排氣管接頭；其連接關係是，設置在氣載物排放管道上的氣載物取樣頭與氣載物取樣管道的一端連接，氣載物取樣管道的另一端通過金屬波紋管與進氣管接頭的一端連接，進氣管接頭的另一端通過氣管依次連接流量調節閥、電磁閥、取樣監測設備、質量流量計、壓力表、泵，泵通過氣管與排氣管接頭的一端連接，排氣管接頭的另一端通過金屬波紋管與尾氣排放管道連接，尾氣排放管道與氣載物排放管道連接；設置在氣載物排放管道上的排放流量監測傳感器通過電纜與流量監測PLC控制器的信號輸入端連接，流量監測PLC控制器的信號輸出端通過信號線與自動控制單元的信號輸入端連接。所述自動控制單元的信號輸出端通過信號控制線分別與流量調節閥、電磁閥、取樣監測設備、質量流量計、壓力表以及泵連接。
所述取樣監測設備為氣溶膠取樣裝置、碘取樣裝置、全氚取樣器、氣溶膠在線監測儀、碘在線監測儀、氚在線監測儀中的任意一種或兩種以上。所述壓力表為真空壓力表。所述泵為真空泵。所述氣管、氣載物取樣管道、尾氣排放管道為內徑Φ15的316L(EP)管。一种放射性氣載流出物排放監測的自動控制方法，依次包括如下步驟:
a.用戶在流量監測PLC控制器上預先設置流量閾值，設置的流量閾值應小於等於任意一個通排風系統運行時氣載物排放管道內的氣載物最小排放流量，設置的流量閾值應大於通排風系統未運行時氣載物排放管道內的氣載物最大排放流量；
b.用戶在自動控制單元上預先設置經過取樣監測設備的取樣流量；
c.當氣載物排放管道上的排放流量監測傳感器監測氣載流出物排放瞬時流量大於等於流量監測PLC控制器上預先設置的流量閾值時，流量監測PLC控制器向自動控制單元提供24V信號和氣載物排放管道內氣載流出物排放的瞬時流量；
d.自動控制單元根據流量監測PLC控制器提供的24V信號後，經一分鐘延遲，判斷出24V信號在一分鐘內未變化後，自動控制單元通過信號控制線依次首先開啟電磁閥、其次啟動取樣監測設備，然後開啟泵，最後開啟流量調節閥、質量流量計和壓力表，取樣監測設備實現氣載物排放管道內氣載流出物的取樣或監測；
e.質量流量計將經過取樣監測設備的氣體瞬時流量信息反饋給自動控制單元，自動控制單元預先設置的取樣流量與質量流量計監測的瞬時流量比較後，通過控制流量調節閥對取樣流量進行調節，確保質量流量計監測的瞬時流量與自動控制單元預先設置的取樣流量控制在5%的偏差範圍內；
f.當氣載物排放管道上的排放流量監測傳感器監測氣載流出物排放瞬時流量小於流量監測PLC控制器上預先設置的流量閾值時，流量監測PLC控制器向自動控制單元提供OV信號;
g.自動控制單元根據流量監測PLC控制器提供的OV信號後，經一分鐘延遲並判斷出OV信號在一分鐘內未變化後，自動控制單元通過信號控制線首先關閉取樣監測設備、其次關閉泵，然後關閉電磁閥，最後關閉流量調節閥、質量流量計和壓力表，取樣監測設備終止對氣載物排放管道內氣載流出物的取樣或監測。本發明的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統中的流量監測PLC控制器可實時顯示氣載物排放管道中氣載流出物的瞬時流量和累積流量，流量監測PLC控制器能夠設置輸出OV或24V信號的流量閾值，當氣載物排放管道內瞬時流量大於設定的流量閾值時，流量監測PLC控制器的信號輸出端能夠輸出24V信號，當氣載物排放管道內瞬時流量小於設定的流量閾值時，流量監測PLC控制器的信號輸出端能夠輸出OV信號。本發明的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統中的自動控制單元的信號輸入端通過信號線與流量監測PLC控制器的信號輸出端連接，自動控制單元能夠實時接收流量監測PLC控制器的信號輸出端提供的OV或24V信號，自動控制單元的信號輸出端通過信號控制線分別與流量調節閥、電磁閥、取樣監測設備、質量流量計、壓力表以及泵連接，對其運行工況和狀態參數進行控制和管理。本發明的放射性氣載流出物排放監測的自動控制方法中的氣載物排放管道上的排放流量監測傳感器監測氣載流出物排放瞬時流量大於(或小於)流量監測PLC控制器上預先設置的流量閾值(用戶設置)時，流量監測PLC控制器向自動控制單元提供24V (或OV)信號，自動控制單元根據其信號輸入端接收的24V (或0V)信號進行判斷後，通過信號控制線對電磁閥、取樣監測設備、泵等下達啟動(或停止)運行的控制信號。同時自動控制單元根據流量監測PLC控制器監測到氣載物排放管道內的氣載流出物排放瞬時流量，控制流量調節閥對氣管內流出物監測樣品的取樣流量進行動態調節，確保氣載物取樣頭對氣載物排放管道內氣載流出物樣品進行等速取樣。壓力表為真空壓力表，自動控制單元能夠通過氣管壓力監測反饋信息，能夠有效防止取樣管路發生堵塞情況下泵繼續運行而引發故障問題，進一步提高氣載流出物排放監測自動控制的可靠性和穩定性。本發明的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統及方法,彌補了目前氣載流出物的定期監測或連續監測所涉及氣載物取樣工況的不足，不僅提高了多個放射性操作場所或實驗大廳單獨或同時排放條件下氣載物排放源項差異大、零星排放時流出物排放監測的樣品代表性，而且也減輕了流出物監測取樣人員的勞動強度並提高工作效率。本發明能夠滿足針對多個實驗大廳在不同排放工況下的氣載物通過煙 或管道集中排放時放射性氣載流出物排放監測的自動控制，為放射性氣載流出物排放監測增加了有效的途徑，取樣或監測的自動控制精度小於一分鐘，具有智能調控，無人值守特點。
圖1為本發明的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統的結構示意 圖中1.載物排放管道2.排放流量監測傳感器 3.電纜 4.流量監測PLC控制
器 5.信號線 6.自動控制單元 7.信號控制線 8.氣載物取樣頭 9.氣載物取樣管道 10.進氣管接頭 11.流量調節閥12.電磁閥13.取樣監測設備14.質量流量計15.壓力表16.泵17.排氣管接頭18.尾氣排放管道。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1
圖1為本發明的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統的結構示意圖。在圖1中，本發明的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統包括設置氣載物排放管道I上的排放流量監測傳感器2和氣載物取樣頭8，還包括氣載物取樣管道9、尾氣排放管道18、流量監測PLC控制器4、自動控制單元6、進氣管接頭10、流量調節閥11、電磁閥12、取樣監測設備13、質量流量計14、壓力表15、泵16和排氣管接頭17 ;其連接關係是，設置在氣載物排放管道I上的氣載物取樣頭8與氣載物取樣管道9的一端連接，氣載物取樣管道9的另一端通過金屬波紋管與進氣管接頭10的一端連接，進氣管接頭10的另一端通過氣管依次連接流量調節閥11、電磁閥12、取樣監測設備13、質量流量計14、壓力表15、泵16，泵16通過氣管與排氣管接頭17的一端連接，排氣管接頭17的另一端通過金屬波紋管與尾氣排放管道18連接，尾氣排放管道18與氣載物排放管道I連接；設置在氣載物排放管道I上的排放流量監測傳感器2通過電纜3與流量監測PLC控制器4的信號輸入端連接，流量監測PLC控制器4的信號輸出端通過信號線5與自動控制單元6的信號輸入端連接。
本發明的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統中的自動控制單元6的信號輸出端通過信號控制線7分別與流量調節閥11、電磁閥12、取樣監測設備13、質量流量計14、壓力表15以及泵16連接。本發明的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統中的取樣監測設備13為氣溶膠取樣系統，壓力表15為真空壓力表，泵16為真空泵。圖1中排放流量監測傳感器2與流量監測PLC控制器4連接的電纜3用實線表示，流量監測PLC控制器4與自動控制單元6連接的信號線5用點劃線表示，自動控制單元6與接流量調節閥11、電磁閥12、取樣監測設備13、質量流量計14、壓力表15、泵16分別連接的信號控制線7用虛線表示。本發明中的排放流量監測傳感器2安裝在氣載物排放管道I上氣載流出物絮流處，流量監測PLC控制器4能夠通過電纜3實時獲取並顯示排放流量監測傳感器2對氣載物排放管道I中氣載流出物的瞬時流量和累積流量，流量監測PLC控制器4能夠設置輸出OV或24V信號的流量閾值，該流量閾值主要用於區分流出物排放是通排風系統還是自然通風所致排放流量的甄別，當氣載物排放管道I內瞬時流量大於設定的流量閾值時(表明實驗大廳有通排風系統在運行)，流量監測PLC控制器4的信號輸出端能夠輸出24V信號，當氣載物排放管道I內瞬時流量小於設定的流量閾值時(表明實驗大廳所有的通排風系統均未運行)，流量監測PLC控制器的信號輸出端能夠輸出OV信號。自動控制單元6能夠實時接收流量監測PLC控制器4的信號輸出端提供的OV或24V信號，自動控制單元6的信號輸出端通過信號控制線7分別與流量調節閥11、電磁閥12、取樣監測設備13、質量流量計14、壓力表15以及泵16連接，對其運行工況和狀態參數進行控制和管理。本發明中的氣載物取樣頭8為氣載物排放管道I內的氣載物取樣的進氣端，通過氣載物取樣管道9與進氣管接頭10採取金屬波紋管連接，通過泵16抽取氣載物排放管道I內放射性氣載物經流量調節閥11、電磁閥12、取樣監測設備13、質量流量計14、壓力表15後，取樣氣載物中放射性微塵氣溶膠、碘氣溶膠或含氚廢氣由取樣監測設備13進行在線監測或取樣，尾氣經排氣管接頭17採用金屬波紋管連接尾氣排放管道18後送回氣載物排放管道I中。本發明放射性氣載流出物排放監測的自動控制方法中，氣載物排放管道I上的排放流量監測傳感器2監測氣載流出物排放瞬時流量大於(或小於)流量監測PLC控制器4上預先設置的流量閾值(用戶設置)時，流量監測PLC控制器4向自動控制單元6提供24V (或0V)信號，自動控制單元6根據其信號輸入端接收的24V (或0V)信號進行判斷後，通過信號控制線7對電磁閥12、取樣監測設備13、泵16等下達啟動(或停止)運行的控制信號。同時自動控制單元6根據流量監測PLC控制器監測4到氣載物排放管道I內的瞬時流量，控制流量調節閥11對氣管內流出物監測樣品的取樣流量進行動態調節，確保氣載物取樣頭8對氣載物排放管道I內氣載流出物樣品進行等速取樣。本發明放射性氣載流出物排放監測的自動控制方法中的自動控制單元6接收到OV或24V信號後，經一分鐘延時判斷並確認輸入信號穩定，有效避免了因偽信號而引起取樣狀態控制的誤判。壓力表15為真空壓力表，自動控制單元6能夠通過氣管壓力監測反饋信息，氣管壓力達到-O. 08MPa時，泵16停止工作，啟動備用泵或通過自動控制單元6向用戶發出停機故障信息，能夠有效防止取樣管路發生堵塞情況下泵16繼續運行而引發故障問題，進一步提高放射性氣載流出物排放監測自動控制的可靠性和穩定性。實施例2
本實施例與實施例1的自動控制系統結構相同，不同之處是，所述的取樣監測設備為氣溶膠取樣裝置、全氚取樣器。實施例3
本實施例與實施例1的自動控制系統結構相同，不同之處是，所述的取樣監測設備為氣溶膠取樣裝置、碘取樣裝置、氣溶膠在線監測儀、碘在線監測儀。實施例4
本實施例與實施例1的自動控制系統結構相同，不同之處是，所述的取樣監測設備為全氚取樣器、氚在線監測儀。
權利要求
1.一种放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統，其特徵在於:所述自動控制系統包括設置氣載物排放管道(I)上的排放流量監測傳感器(2 )和氣載物取樣頭(8 )，還包括氣載物取樣管道(9)、尾氣排放管道(18)、流量監測PLC控制器(4)、自動控制單元(6)、進氣管接頭(10)、流量調節閥(11)、電磁閥(12)、取樣監測設備(13)、質量流量計(14)、壓力表(15)、泵(16)和排氣管接頭(17);其連接關係是，設置在氣載物排放管道(I)上的氣載物取樣頭(8 )與氣載物取樣管道(9 )的一端連接，氣載物取樣管道(9 )的另一端通過金屬波紋管與進氣管接頭(10)的一端連接，進氣管接頭(10)的另一端通過氣管依次連接流量調節閥(11)、電磁閥(12)、取樣監測設備(13)、質量流量計(14)、壓力表(15)、泵(16)，泵(16)通過氣管與排氣管接頭(17)的一端連接，排氣管接頭(17)的另一端通過金屬波紋管與尾氣排放管道(18)連接，尾氣排放管道(18)與氣載物排放管道(I)連接；設置在氣載物排放管道(I)上的排放流量監測傳感器(2 )通過電纜(3 )與流量監測PLC控制器(4 )的信號輸入端連接，流量監測PLC控制器(4 )的信號輸出端通過信號線(5 )與自動控制單元(6 )的信號輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統，其特徵在於:所述自動控制單元(6)的信號輸出端通過信號控制線(7)分別與流量調節閥(11)、電磁閥(12)、取樣監測設備(13)、質量流量計(14)、壓力表(15)以及泵(16)連接。
3.根據權利要求1所述的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統，其特徵在於:所述取樣監測設備(13)為氣溶膠取樣裝置、碘取樣裝置、全氚取樣器、氣溶膠在線監測儀、碘在線監測儀、氚在線監測儀中的任意一種或兩種以上。
4.根據權利要求1所述的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統，其特徵在於:所述壓力表(15)為真空壓力表。
5.根據權利要求1所述的放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統，其特徵在於:所述泵(16)為真空泵。
6.用於權利要求1所述的放射性氣載流出物排放監測的自動控制方法，依次包括如下步驟: a.用戶在流量監測PLC控制器(4)上預先設置流量閾值，設置的流量閾值應小於等於任意一個通排風系統運行時氣載物排放管道(I)內的氣載物最小排放流量，設置的流量閾值應大於通排風系統未運行時氣載物排放管道(I)內的氣載物最大排放流量； b.用戶在自動控制單元(6)上預先設置經過取樣監測設備(13)的取樣流量； c.當氣載物排放管道(I)上的排放流量監測傳感器(2)監測氣載流出物排放瞬時流量大於等於流量監測PLC控制器(4)上預先設置的流量閾值時，流量監測PLC控制器(4)向自動控制單元(6)提供24V信號和氣載物排放管道(I)內氣載流出物排放的瞬時流量； d.自動控制單元(6)根據流量監測PLC控制器(4)提供的24V信號後，經一分鐘延遲，判斷出24V信號在一分鐘內未變化後，自動控制單元(6)通過信號控制線(7)依次首先開啟電磁閥(12)、其次啟動取樣監測設備(13)，然後開啟泵(16)，最後開啟流量調節閥(11)、質量流量計(14)和壓力表(15)，取樣監測設備(13)實現氣載物排放管道(I)內氣載流出物的取樣或監測； e.質量流量計(14)將經過取樣監測設備(13)的氣體瞬時流量信息反饋給自動控制單元(6)，自動控制單元(6)預先設置的取樣流量與質量流量計(14)監測的瞬時流量比較後，通過控制流量調節閥(11)對取樣流量進行調節，確保質量流量計(14)監測的瞬時流量與自動控制單元(6)預先設置的取樣流量控制在5%的偏差範圍內； f.當氣載物排放管道(I)上的排放流量監測傳感器(2)監測氣載流出物排放瞬時流量小於流量監測PLC控制器(4)上預先設置的流量閾值時，流量監測PLC控制器(4)向自動控制單元(6)提供OV信號； g.自動控制單元(6)根據流量監測PLC控制器(4 )提供的OV信號後，經一分鐘延遲並判斷出OV信號在一分鐘內未變化後，自動控制單元(6)通過信號控制線(7)首先關閉取樣監測設備(13)、其次關閉泵(16)，然後關閉電磁閥(12)，最後關閉流量調節閥(11)、質量流量計(14)和壓力表(15)，取樣監測設備(13)終止對氣載物排放管道(I)內氣載流出物的取樣或監 測。
全文摘要
本發明公開了一种放射性氣載流出物排放監測的自動控制系統及方法。所述自動控制系統中的排放流量監測傳感器通過電纜與流量監測PLC控制器連接，流量監測PLC控制器通過信號線與自動控制單元連接，自動控制單元通過信號控制線分別與流量調節閥、電磁閥、取樣監測設備、質量流量計、壓力表、泵連接。氣載物取樣頭通過取樣管依次連接流量調節閥、電磁閥、取樣監測設備、質量流量計、壓力表和泵後與尾氣排放管連接。本發明的自動控制系統及方法能提高多個放射性操作場所單獨或同時排放條件下氣載物源項差異大、零星排放時流出物監測的樣品代表性，能減輕流出物監測的勞動強度、提高工作效率，具有穩定可靠，智能調控，無人值守特點。
文檔編號G05B19/05GK103076816SQ20131000472
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月8日 優先權日2013年1月8日
發明者周銀行, 郭洪波, 丁蘭嵐, 穆龍, 胥全敏, 輝永慶, 李群嶺, 林濤, 鄧義, 王和義 申請人:中國工程物理研究院核物理與化學研究所