淺析中低放廢液處理設施的檢測技術

李 睿，湯鳳娜

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

中低放廢液處理是核化工項目的重要環節，其運行狀態直接關系到整個核化工項目運行的安全性和經濟性。中低放廢液處理設施的任務是接收、處理核化工項目主工藝廠房及三廢廠房檢修期間產生的中低放廢液（酸性中放廢液、堿性中放廢液和低放廢液）、主工藝開停車產生的中低放廢液（酸性中放廢液和酸性低放廢液）、工藝正常運行期間產生的中低放廢液，以及非工藝低放廢液等放射性廢液。

1 需求分析

對儀控系統有檢測控制要求的工藝包括主工藝、給排水、暖通、壓空等，為了更好地滿足檢測控制要求，儀表專業是在相關工藝有測控要求的系統上開展設計工作的。

中低放廢液處理設施需要檢測熱工參數的主要工藝設備有：蒸發器、各類貯槽、儲罐、地坑、各類泵、蒸汽噴射泵、壓空噴射器、泡罩塔、洗滌塔、過濾器、冷凝器、冷卻器、預熱器、換熱器等。工藝要求對相應設備的液位、界面、密度、壓力（壓差、負壓）、流量、溫度、有害氣體濃度等參量進行檢測，實現就地顯示或控制室集中顯示、聯鎖、調節和超限報警。

主工藝主要檢測要求見表1。

表1 主工藝主要檢測要求Table 1 Main testing requirements of the main process

暖通系統檢測要求見表2。

表2 暖通系統檢測要求Table 2 HVAC system testing requirements

給排水系統檢測要求見表3。

表3 給排水系統檢測要求Table 3 Testing requirements for water supply and drainage systems

壓空系統檢測要求見表4。

表4 給排水系統檢測要求Table 4 Testing requirements for water supply and drainage system

2 設計原則

中低放廢液處理設施的儀表設計遵循國家核安全相關規定和EJ/T 939-2014《核燃料后處理廠建（構）筑物、系統和部件的分級準則》等標準或準則。

根據工藝參數所處的輻射區域，儀表檢測可分為紅區內放射性介質參數檢測和紅區外非放射性介質參數檢測兩大類。對于紅區內檢測儀表，以免檢修為原則，在設計上盡量采用非接觸式測量手段，避免選用與放射性介質直接接觸的桿式儀表。對于無法滿足上述原則的特殊情況，必須選用直接接觸放射性的一次儀表時，也需在設計上采取防護手段或隔離措施，盡量避免對儀表關鍵部件的直接照射，如采用耐輻照或分體安裝形式等。對于紅區外檢測儀表，一般執行民用化工工程設計原則。

安全級檢測參數選用滿足相應放化安全級要求的儀表，為非智能化傳統模擬量儀表，且對每個安全級測點，均采用了檢測儀表冗余設置的方案，以確保獲取參數的可靠性。

為提高檢測系統的可靠性，減少儀表維修人員在維修過程中所受的輻照劑量，在中低放廢液處理設施儀表選型中，對需直接檢修和維護場所的測量儀表，采用智能型檢測儀表為原則，實現遠距離、智能型維修和維護，提高系統的可維護性和可用性。

3 儀表設計

3.1 檢測方案概述

儀表的檢測方案和選型依據EJ/T 999-1996《核燃料后處理廠自控儀表工程設計規定》和HG/T 20507-2014《自動化儀表選型設計規范》。

紅區內放射性介質的液位、溫度等參數檢測采用非接觸式測量手段；紅區內放射性強度較高介質壓力、壓差等參數采用接觸式測量方法。紅區外非放射性介質參數檢測方案按民用化工工程設計，采用接觸式測量方法。

3.2 儀表選型

儀表選型的原則是選用可靠性高、壽命長、精度高、安裝和檢修方便，對工作環境要求不高的儀表。根據不同的工藝條件和使用環境要求，遵循輻射防護原則，遵循安全第一的理念。

液位、界面、密度檢測的儀表選型見表5。

表5 液位、界面、密度檢測的儀表選型Table 5 Instrument selection for liquid level, interface and density detection

壓力、差壓檢測的儀表選型見表6。

表6 壓力、差壓檢測的儀表選型Table 6 Instrument selection for pressure and differential pressure detection

溫度檢測的儀表選型見表7。

表7 溫度檢測的儀表選型Table 7 Instrument selection for temperature detection

流量檢測的儀表選型見表8。

表8 流量檢測的儀表選型Table 8 Instrument selection for flow detection

分析類的儀表選型，如甲醛濃度選用甲醛分析儀。

4 儀表的安裝布置

4.1 儀表的安裝布置原則

儀表的安裝布置應依據GB 50093-2013《自動化儀表工程施工及質量驗收規范》的要求。

中低放廢液處理設施設計中大量采用了吹氣儀表，為了安裝、調試、檢修方便，便于各種管纜（電纜、氣管等）敷設，吹氣儀表采用了集中布置方案，集中布置在安裝檢修大廳和儀表間。工藝主要檢測儀表集中安裝布置在安裝檢修大廳和儀表間。

中低放廢液處理設施中沒有設置紅橙區排風廊，因此過濾器壓差等檢測儀表不采用集中布置的方案。暖通檢測儀表主要布置在紅橙區排風系統過濾器廊、安裝檢修大廳等。

儀表布置安裝方案充分考慮了后期調試、運行等各階段的人員輻照問題，在布置安裝時遵循以下幾點：

1）設備室或熱室等劑量高的房間，采用非接觸式方式，通過管線將儀表引至設備室外進行儀表布置和安裝。

2）儀表集中布置安裝時，在滿足檢測功能和檢測效果的前提下，力求整體美觀、整潔。

3）儀表布置安裝位置應不影響人員和設備通行。

4.2 儀表的安裝方式

在儀表布置安裝時，根據不同儀表類型采用了不同的安裝方式，具體如下：

1）溫度儀表

一體化鉑熱電阻溫度變送器用于檢測接收槽、冷凝器、加熱器、凝結水槽、風機、送風管、蒸汽干管非放射性介質溫度，通過增加的儀表安裝螺紋接頭，采用螺紋連接。對于管道安裝時，需要根據管徑的不同，需要考慮增加擴徑管。

熱電阻、鉑熱電阻為泵和風機軸溫測量儀表，屬于設備自帶儀表。

2）壓力、差壓儀表

壓力、壓差檢測儀表類型包括：壓力、差壓變送器、全不銹鋼隔膜壓力表、全不銹鋼壓力表。

壓力、差壓變送器安裝方式分為管裝和墻裝兩類，根據所帶支架和安裝位置確定具體安裝方式。

就地壓力儀表是各類泵出口壓力就地檢測，安裝在手操工藝閥門附近，介質流速穩定，并便于觀察的地方。

3）液位儀表

液位檢測儀表類型包括：吹氣裝置配差壓變送器、電容式液位計、雷達物位儀、浮球液位儀表、遠傳磁翻板液位計儀表。

吹氣儀表測量液位，主要用于設備室液位測點場合，將檢測儀表安裝于設備室或熱室外部，吹氣管從吹氣儀表穿墻弧形套管引至設備內液位檢測點處，通過壓空吹氣儀表管向設備內吹氣，進行非接觸式測量。安裝于外部的吹氣裝置和差壓變送器進行墻裝或在支架橫梁安裝。

電容式、雷達、磁翻板液位計等桿式液位計儀表用于非放介質，貯槽已預留儀表管接口，使用儀表帶安裝法蘭和附件直接將儀表安裝于設備接口即可。

4）流量儀表

流量檢測儀表包括：渦街流量計、渦輪流量計、電磁流量計、金屬管浮子流量計、熱導式質量流量計、節流式流量計。

渦街流量計用于壓空管道、蒸發器、蒸汽管道、風機、廢液貯槽等設備的流量測量，與管道一體安裝。

渦輪流量計用于去離子水的液體流量測量，與管道一體安裝。

電磁流量計用于測量各類化學介質的流量，與管道一體安裝。

金屬管浮子流量計用于壓空噴射器、壓空管道等設備的介質流量檢測，與管道一體安裝。

熱導式質量流量計用于通風系統的排風流量檢測，由于廠房布置等因素，在流量測量時，直管段難以完全滿足流量計在保證精度下的安裝要求，此問題可在后期調試的標定時進行一定程度的彌補。

5）調節閥

工藝系統調節閥均為氣動單座薄膜調節閥，其余系統的調節閥為各工藝選型的電動調節閥，安裝可根據各工藝或廠家提供文件進行安裝。

5 儀表檢修

中低放廢液處理設施內在橙區、綠區和白區分別設置了儀表檢修間，用于對應分區儀表的檢修維護任務。考慮到放射性的影響問題，因此安裝于中低放廢液處理設施內的儀表檢修執行分區檢修方案。對于紅、橙區內儀表貫徹不檢修，少檢修和快檢修原則。

紅區內發生故障的儀表或設備部件，建議不進行檢修直接更換新設備，而換下的故障儀表或部件按固體廢物處理。

橙區內發生故障后的儀表，清洗去污后沒有超過劑量允許值，可將儀表送橙區儀表維修間進行檢修。若污染嚴重超過劑量允許值的儀表，應更換新的儀表設備，原故障儀表按固體廢物處置。

綠區內發生故障的儀表擦洗后，送綠區儀表維修間進行檢修。

白區內發生故障的儀表可直接送白區儀表檢修間對儀表進行檢修。

6 智能儀表的管理

中低放廢液處理設施采用現場總線控制系統，非安全級控制系統大量使用了現場總線技術，對于智能儀控設備，只要此類設備有總線型信號的國產化設備，就按照總線型設備進行選型。過程控制站和操作站之間形成了自底而上的數字化網絡，提升了過程信號精度，同時引入了各種必要的信息，實現了現場儀控設備調整、維護和診斷的遠程化、計算機化，提升了數字化水平，最大程度改善了傳統數字化系統儀控設備模擬傳輸帶來傳輸信息單一化（僅能傳輸過程數據）的情況。

為了提高測控水平，依據中低放廢液處理設施的工藝特點，盡量選用現場總線儀表或帶HART 協議的半智能化模擬量儀表。智能化儀表具有檢測、運算和診斷功能，可實現儀表故障的預測或判斷，從而提高了系統的可靠性和安全性。因此，在儀控設備選型上以智能型儀表為主。

中低放廢液處理設施的儀表設備大部分為數字化現場總線傳輸儀表，未采用數字化傳輸的儀表有吹氣裝置（不直接輸出電氣信號）、分析儀和渦輪流量計。氣動調節閥全部采用現場總線智能閥門定位器，數字化占比100%。

總體上，95%以上的非安全級儀控設備實現了信號傳輸數字化。

為了充分發揮智能型設備的信息功能，提高控制水平，及時快速地實現設備的預測性維護管理，減輕放射性廠房儀修人員在現場的巡檢工作量，提高生產效率，設計并建立工廠儀控設備資源管理系統。

該系統將智能設備獨立于控制系統之外進行管理，儀控人員可對設備進行遠程組態管理、調試、診斷、標定等維護工作，并對自動維護系統設備數據庫進行管理，實現設備故障自診斷、預診斷、監控設備運行狀態及相關參數的歷史趨勢記錄等功能，從根本上改變了現場設備的人工管理模式。設備的故障報警信息直接由儀修人員在儀表工程師室內通過工程師站系統監控，既方便了設備的維護和維修，又不妨礙工藝的生產運行。

設備管理系統與非安全級控制系統共用網絡，該系統是由安裝在現場的儀表和控制設備通過總線將其測量及控制信息、運行狀態信息等傳送到設備管理服務器及監控計算機，通過服務器內設備管理系統軟件完成對設備的管理。

中低放廢液處理設施使用現場總線控制系統構架的非安全級系統，大部分儀控智能設備均為基金會現場總線（簡稱為FF）協議，被總線接口卡接收，進而通過通信模塊傳入非安全級控制系統過程控制網。

設備管理系統將維護信息通過過程控制網傳入三廢區控制室時，被設備管理服務器接收、存儲并處理，該服務器通過非安全級控制系統過程信息網為設備管理客戶端（設備管理站）提供服務，位于三廢區控制室附近的儀表工程室內設有的工作站。該站管理、配置位于非安全級控制系統的各智能設備，例如，修改變送器量程、零點，變送器當前狀態診斷，建立校驗計劃定期開展回路校驗，追溯歷史組態、故障、校驗等記錄。

7 結論

中低放廢液處理設施的檢測技術較好地滿足了工藝及公用系統的檢測和控制要求，在整個設計過程中遵循輻射防護原則，執行安全第一的理念。對于儀控設備的選型原則，設計時考慮選用了安全可靠，技術成熟先進，后期維護簡單方便。同時，選用智能化儀表和智能儀表管理系統是未來自動化領域的大勢所趨，對于類似相關工程設計具有一定的指導和借鑒意義。