制氢站 氢发生站流量计

制氢站 氢发生站流量计

金属管浮子流量计测量氢流量，可测微小氢流量、含水氢流量、高压氢流量，有就地指示型和智能远传型，具有指针显示瞬时流量，液晶显示瞬时、累计流量，标准4～20mA电流输出，上、下限报警，HART协议输出等多种功能。

主要特点：

●工作可靠，维护量少，使用寿命长
●1：10的较宽的量程比
●全金属结构，坚固稳定，适合高温、高压、强腐蚀性介质
●防爆设计结构适合易燃、易爆危险场合
●新型磁耦合传感器保证信号传输稳定可靠
●适合低流速小流量的介质流量的测量
●可加装磁过滤器
●智能型可选现场瞬时和累积流量显示
●可选二线制、电池供电方式
●可带保温、夹套设计

技术参数：

流量范围：

流量计2：

高放废液贮槽在线氢监测系统设计：

为了保证高放废液贮槽内氢监测的可靠性,采取多重性的冗余监测方式,通过综合分析氢监测原理和对监测方法的比较,结合实际工况,设计了一套抽气取样法的在线氢监测系统,其中氢监测仪表采用热导式分析原理,并且为了保证测量的准确可靠,采取了相应的预处理措施,实现了恶劣工况的在线氢监测。

在合理利用和开发核能过程中,不可避免地会产生放射性废液,这些废液对环境构成了一定的潜在危害。高放废液是指放射性比活度大于3.7×1010Bq/L的放射性废液,它是在乏燃料后处理工艺流程中产生的,而且是危害性大、管理难、处理花费高的放射性废液,因此其管理问题一直是世界各国乏燃料后处理领域关注的重大课题之一。

目前国内的高放废液主要贮存在两个核化工工厂的贮槽中,为了保证贮槽的设备安全,需要设置必要的监测和报警系统。由于高放废液经过辐解、热解和腐蚀能够产生一定量的氢,为了防止氢爆炸对贮槽设备造成损坏,导致放射性废液外泄,在高放废液贮槽中设置在线氢监测系统非常重要。

1 氢测量原理

测量氢的方法多种多样,可以分为离线测量和在线测量两种方式。离线测量是通过人工采集样气后,对采集样气进行处理的方式,主要有爆炸法、吸收法等,但并不适用于工业现场的实时监测。在线测量是通过在线测量仪表对样气进行实时自动分析的方式,根据测量原理不同,主要有催化燃烧和热导式分析方法。

本文中,笔者所设计的高放废液贮槽在线氢监测系统选用的是当前常用的热导式分析方法。

热导率是指物质的导热能力,在热力学中,热传导能力的强弱用导热系数来表示,不同物质具有不同的导热能力。表1为在0℃时以空气导热系数为基准的一些气体的相对导热系数。可以看出,氢和氦气的热导率非常接近,如果背景气体中不存在氦气成分,那么氢的热导率将远大于背景气中其他组分的热导率,由此可实现氢的准确测量。

热导式在线气体分析仪是一种物理式气体分析器,通过测定混合气体的导热系数,推算出其中某些组分的含量。但在实际应用中,由于直接测量气体的热导系数比较困难,通常将气体导热系数的变化转化为电阻的变化,然后利用平衡电桥与不平衡电桥的方式来测定输出电压Uo,从而间接测量气体的组分。

测量平衡电桥如图1所示。

热导式分析仪是一种结构简单、性能稳定、价廉、技术上较为成熟的仪器,但是热导式分析仪器对气体的压力波动、流量波动十分敏感,介质中的水汽、颗粒等杂质对测量影响较大,所以合理设计采样预处理系统是用好热导式分析仪器的关键。

2 监测系统设计要求

高放废液贮槽在设计时出于安全考虑,一般都会设置备用贮槽。由于高放废液贮槽内废液因辐解会产生氢,并且其浓度将随着时间的延长而逐渐累积,为避免氢积累达到其爆炸极限,产生爆炸危险,需向贮槽内通入一定量的压缩空气,对贮槽内高放废液上方的气相进行稀释,稀释的废气通过贮槽上方的呼排管道进入设备呼排系统,然后进行放射性过滤处理。

为保证人员安全,要求高放废液贮槽内液面上方气相处于微负压状态(约-500Pa),温度约40℃。废气中含有放射性气溶胶,空气,挥发的气体,NO、NO2等氮氧化物以及氢等多种复杂气体。根据要求,贮槽内氢浓度应保持在2%以下,同时要求能够输出报警点,并启动联锁风机。另外,氢监测装置报警限值可以根据调试运行情况灵活设定。

氢的在线监测方法从技术实现角度分析,可以分为直接测量法和抽气取样法两类。但由于直接测量法对于仪表的要求非常高,同时结合高放废液贮槽的条件,设备内仪表的安装和维护非常困难,因此对于高放废液贮槽的氢监测采用抽气取样法。

气体抽出式测量系统是将氢传感器安装在设备外,设备内气体通过管路输送到设备外。气体样品经过预处理后,送入分析仪器进行氢浓度分析,分析完毕后将样品气无泄漏地送回设备或者尾气处理系统内。对于此方法,气体的预处理和分析都在设备外完成,从而避开了设备内恶劣的环境条件,有利于氢传感器的选型与应用。不仅如此,通过对氢传感器及预处理流程的定期校准和维护,还能够延长系统的寿命周期。

同时通过过滤、除湿等预处理以后,被测样气中的氢分子基本保持不变。因此,与设备内实际氢浓度相比,抽出式测量方式测得的氢体积浓度相比设备中的实际浓度偏高,保证了一定的安全裕量。

可见,抽气取样法避开了设备或贮槽内恶劣的环境条件,有利于氢在线监测系统的可靠运行,该方法可以满足对氢传感器和预处理流程的定期校准与维护,实现氢连续在线监测,延长系统的使用寿命,保证系统的可靠性和稳定性。

3 监测系统设计

笔者在设计过程中采用了抽取式的监测方法,其中氢传感器是监测的核心部件,采用目前工业上广泛应用的热导式氢分析装置。为了高放废液贮存系统的安全性,综合考虑到该测点的重要性,保证氢监测系统的可靠性,在设计中采用了多重性冗余方法,即为每个贮槽配置两套在线氢监测系统,具体流程框图如图2所示。

系统自动完成对样气的放射性过滤、冷凝脱水、过滤和气体分析过程,然后将预处理过程中产生的冷凝水和监测样气回收并进行排放处理。同时,考虑到现场取样得到的气体处于一个酸性环境中,所以系统内部与样气接触的部件均需要采用防腐蚀材料。

笔者根据要求设计的在线氢监测系统工艺流程如图3所示。

该氢监测系统包括取样系统、预处理系统和信号处理系统。

3.1 取样系统

由于高放废液贮槽工况的特殊性,取样点处为负压状态,为此取样系统的取样泵应能够抵抗恶劣环境,适应长距离采样,使抽气量满足测量要求。同时在取样系统中安装可调节的流量计,用来保证取样气体平稳、匀速通过热导传感器,以获得更好的测量效果。同时流量计材料宜选择抗腐蚀材料。

3.2 预处理系统

对于在线监测系统,在线分析仪器技术(即传感器)是核心技术,而样气预处理技术则是关键技术。预处理系统的设计主要是考虑去除样气中对测量造成影响的杂质因素,比如灰尘、水汽等。文中氢在线监测预处理系统中考虑的环节主要包括过滤放射性气溶胶、冷凝水蒸气和流量调节。

3.2.1 过滤放射性气溶胶

系统通过取样得到的样气来自高放废液贮槽,因此其中含有一定量的放射性气溶胶,此种工况需要考虑后期运行维护剂量对人体健康的影响和射线对系统中电子元器件的影响。

目前对于去除气体中的,主要采用过滤器方式。使用快速连接方式,更换下来的过滤装置直接密封,避免外泄,操作便捷快速,减少人员放射性剂量的吸收。

3.2.2 冷凝水蒸气

样气先经过室温冷却脱水,经过第1级冷凝脱水后,在取样泵的带动下,大部分样气通过另一个旁路将样气放空进入排气管路回到贮槽,需要测量的样气则进入第2进行脱水处理。

待测样气进入到压缩机冷凝脱水的冷凝腔中,冷凝腔内5～8℃左右的低温将工艺样气的露点控制在5～8℃以内。露点的降低必将产生一定量的水分,起到冷凝脱水的作用。

第1级和第2级脱水产生的冷凝水可能含有少量,因此不能随意排放到外界,只能通过自身配备的排水泵排回到气体返回气路中,随同抽取样气一同回到贮槽内。

经过以上预处理步骤的工艺样气,在通过精密过滤滤除样气中的残存细小微粒后,即得到符合要求的待测气体。

3.2.3 流量调节

为了保证氢传感器测量的精度,需要在样气进入氢传感器之前将其流量稳定在0.5L/min。该环节的控制主要是采用样气流量计,通过调节流量计针型阀来获得稳定流量的样气,而后进入分析传感器。

3.3 信号处理系统

氢传感器是在线分析系统的核心部分。要求传感器应能在电子噪声、射频干扰和振动的现场环境中运行,且不降低系统性能,得到的电信号通过线路传输到安全区域的控制箱内进行报警和中转传递,形成报警信号和进入DCS系统的标准4～20mA(DC)信号。

氢分析仪表在运行一段时间后会产生信号的偏移,造成测量误差,因此需要定期对仪表进行标定,采用零点气和标准气分别进行标定,两者通过阀门切换。

4 结束语

高放废液贮存系统的在线氢监测系统在设计过程中对高放废液贮槽的实际运行工况、氢监测要求和安全性方面进行了充分考虑,避免了对后续元件和气体管路的污染,实现了在恶劣工况下对氢的在线监测,为高放废液贮存系统的良好稳定运行提供了保障。