浅析中低放废液处理设施的检测技术

李 睿，汤凤娜

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

中低放废液处理是核化工项目的重要环节，其运行状态直接关系到整个核化工项目运行的安全性和经济性。中低放废液处理设施的任务是接收、处理核化工项目主工艺厂房及三废厂房检修期间产生的中低放废液（酸性中放废液、碱性中放废液和低放废液）、主工艺开停车产生的中低放废液（酸性中放废液和酸性低放废液）、工艺正常运行期间产生的中低放废液，以及非工艺低放废液等放射性废液。

1 需求分析

对仪控系统有检测控制要求的工艺包括主工艺、给排水、暖通、压空等，为了更好地满足检测控制要求，仪表专业是在相关工艺有测控要求的系统上开展设计工作的。

中低放废液处理设施需要检测热工参数的主要工艺设备有：蒸发器、各类贮槽、储罐、地坑、各类泵、蒸汽喷射泵、压空喷射器、泡罩塔、洗涤塔、过滤器、冷凝器、冷却器、预热器、换热器等。工艺要求对相应设备的液位、界面、密度、压力（压差、负压）、流量、温度、有害气体浓度等参量进行检测，实现就地显示或控制室集中显示、联锁、调节和超限报警。

主工艺主要检测要求见表1。

表1 主工艺主要检测要求Table 1 Main testing requirements of the main process

暖通系统检测要求见表2。

表2 暖通系统检测要求Table 2 HVAC system testing requirements

给排水系统检测要求见表3。

表3 给排水系统检测要求Table 3 Testing requirements for water supply and drainage systems

压空系统检测要求见表4。

表4 给排水系统检测要求Table 4 Testing requirements for water supply and drainage system

2 设计原则

中低放废液处理设施的仪表设计遵循国家核安全相关规定和EJ/T 939-2014《核燃料后处理厂建（构）筑物、系统和部件的分级准则》等标准或准则。

根据工艺参数所处的辐射区域，仪表检测可分为红区内放射性介质参数检测和红区外非放射性介质参数检测两大类。对于红区内检测仪表，以免检修为原则，在设计上尽量采用非接触式测量手段，避免选用与放射性介质直接接触的杆式仪表。对于无法满足上述原则的特殊情况，必须选用直接接触放射性的一次仪表时，也需在设计上采取防护手段或隔离措施，尽量避免对仪表关键部件的直接照射，如采用耐辐照或分体安装形式等。对于红区外检测仪表，一般执行民用化工工程设计原则。

安全级检测参数选用满足相应放化安全级要求的仪表，为非智能化传统模拟量仪表，且对每个安全级测点，均采用了检测仪表冗余设置的方案，以确保获取参数的可靠性。

为提高检测系统的可靠性，减少仪表维修人员在维修过程中所受的辐照剂量，在中低放废液处理设施仪表选型中，对需直接检修和维护场所的测量仪表，采用智能型检测仪表为原则，实现远距离、智能型维修和维护，提高系统的可维护性和可用性。

3 仪表设计

3.1 检测方案概述

仪表的检测方案和选型依据EJ/T 999-1996《核燃料后处理厂自控仪表工程设计规定》和HG/T 20507-2014《自动化仪表选型设计规范》。

红区内放射性介质的液位、温度等参数检测采用非接触式测量手段；红区内放射性强度较高介质压力、压差等参数采用接触式测量方法。红区外非放射性介质参数检测方案按民用化工工程设计，采用接触式测量方法。

3.2 仪表选型

仪表选型的原则是选用可靠性高、寿命长、精度高、安装和检修方便，对工作环境要求不高的仪表。根据不同的工艺条件和使用环境要求，遵循辐射防护原则，遵循安全第一的理念。

液位、界面、密度检测的仪表选型见表5。

表5 液位、界面、密度检测的仪表选型Table 5 Instrument selection for liquid level, interface and density detection

压力、差压检测的仪表选型见表6。

表6 压力、差压检测的仪表选型Table 6 Instrument selection for pressure and differential pressure detection

温度检测的仪表选型见表7。

表7 温度检测的仪表选型Table 7 Instrument selection for temperature detection

流量检测的仪表选型见表8。

表8 流量检测的仪表选型Table 8 Instrument selection for flow detection

分析类的仪表选型，如甲醛浓度选用甲醛分析仪。

4 仪表的安装布置

4.1 仪表的安装布置原则

仪表的安装布置应依据GB 50093-2013《自动化仪表工程施工及质量验收规范》的要求。

中低放废液处理设施设计中大量采用了吹气仪表，为了安装、调试、检修方便，便于各种管缆（电缆、气管等）敷设，吹气仪表采用了集中布置方案，集中布置在安装检修大厅和仪表间。工艺主要检测仪表集中安装布置在安装检修大厅和仪表间。

中低放废液处理设施中没有设置红橙区排风廊，因此过滤器压差等检测仪表不采用集中布置的方案。暖通检测仪表主要布置在红橙区排风系统过滤器廊、安装检修大厅等。

仪表布置安装方案充分考虑了后期调试、运行等各阶段的人员辐照问题，在布置安装时遵循以下几点：

1）设备室或热室等剂量高的房间，采用非接触式方式，通过管线将仪表引至设备室外进行仪表布置和安装。

2）仪表集中布置安装时，在满足检测功能和检测效果的前提下，力求整体美观、整洁。

3）仪表布置安装位置应不影响人员和设备通行。

4.2 仪表的安装方式

在仪表布置安装时，根据不同仪表类型采用了不同的安装方式，具体如下：

1）温度仪表

一体化铂热电阻温度变送器用于检测接收槽、冷凝器、加热器、凝结水槽、风机、送风管、蒸汽干管非放射性介质温度，通过增加的仪表安装螺纹接头，采用螺纹连接。对于管道安装时，需要根据管径的不同，需要考虑增加扩径管。

热电阻、铂热电阻为泵和风机轴温测量仪表，属于设备自带仪表。

2）压力、差压仪表

压力、压差检测仪表类型包括：压力、差压变送器、全不锈钢隔膜压力表、全不锈钢压力表。

压力、差压变送器安装方式分为管装和墙装两类，根据所带支架和安装位置确定具体安装方式。

就地压力仪表是各类泵出口压力就地检测，安装在手操工艺阀门附近，介质流速稳定，并便于观察的地方。

3）液位仪表

液位检测仪表类型包括：吹气装置配差压变送器、电容式液位计、雷达物位仪、浮球液位仪表、远传磁翻板液位计仪表。

吹气仪表测量液位，主要用于设备室液位测点场合，将检测仪表安装于设备室或热室外部，吹气管从吹气仪表穿墙弧形套管引至设备内液位检测点处，通过压空吹气仪表管向设备内吹气，进行非接触式测量。安装于外部的吹气装置和差压变送器进行墙装或在支架横梁安装。

电容式、雷达、磁翻板液位计等杆式液位计仪表用于非放介质，贮槽已预留仪表管接口，使用仪表带安装法兰和附件直接将仪表安装于设备接口即可。

4）流量仪表

流量检测仪表包括：涡街流量计、涡轮流量计、电磁流量计、金属管浮子流量计、热导式质量流量计、节流式流量计。

涡街流量计用于压空管道、蒸发器、蒸汽管道、风机、废液贮槽等设备的流量测量，与管道一体安装。

涡轮流量计用于去离子水的液体流量测量，与管道一体安装。

电磁流量计用于测量各类化学介质的流量，与管道一体安装。

金属管浮子流量计用于压空喷射器、压空管道等设备的介质流量检测，与管道一体安装。

热导式质量流量计用于通风系统的排风流量检测，由于厂房布置等因素，在流量测量时，直管段难以完全满足流量计在保证精度下的安装要求，此问题可在后期调试的标定时进行一定程度的弥补。

5）调节阀

工艺系统调节阀均为气动单座薄膜调节阀，其余系统的调节阀为各工艺选型的电动调节阀，安装可根据各工艺或厂家提供文件进行安装。

5 仪表检修

中低放废液处理设施内在橙区、绿区和白区分别设置了仪表检修间，用于对应分区仪表的检修维护任务。考虑到放射性的影响问题，因此安装于中低放废液处理设施内的仪表检修执行分区检修方案。对于红、橙区内仪表贯彻不检修，少检修和快检修原则。

红区内发生故障的仪表或设备部件，建议不进行检修直接更换新设备，而换下的故障仪表或部件按固体废物处理。

橙区内发生故障后的仪表，清洗去污后没有超过剂量允许值，可将仪表送橙区仪表维修间进行检修。若污染严重超过剂量允许值的仪表，应更换新的仪表设备，原故障仪表按固体废物处置。

绿区内发生故障的仪表擦洗后，送绿区仪表维修间进行检修。

白区内发生故障的仪表可直接送白区仪表检修间对仪表进行检修。

6 智能仪表的管理

中低放废液处理设施采用现场总线控制系统，非安全级控制系统大量使用了现场总线技术，对于智能仪控设备，只要此类设备有总线型信号的国产化设备，就按照总线型设备进行选型。过程控制站和操作站之间形成了自底而上的数字化网络，提升了过程信号精度，同时引入了各种必要的信息，实现了现场仪控设备调整、维护和诊断的远程化、计算机化，提升了数字化水平，最大程度改善了传统数字化系统仪控设备模拟传输带来传输信息单一化（仅能传输过程数据）的情况。

为了提高测控水平，依据中低放废液处理设施的工艺特点，尽量选用现场总线仪表或带HART 协议的半智能化模拟量仪表。智能化仪表具有检测、运算和诊断功能，可实现仪表故障的预测或判断，从而提高了系统的可靠性和安全性。因此，在仪控设备选型上以智能型仪表为主。

中低放废液处理设施的仪表设备大部分为数字化现场总线传输仪表，未采用数字化传输的仪表有吹气装置（不直接输出电气信号）、分析仪和涡轮流量计。气动调节阀全部采用现场总线智能阀门定位器，数字化占比100%。

总体上，95%以上的非安全级仪控设备实现了信号传输数字化。

为了充分发挥智能型设备的信息功能，提高控制水平，及时快速地实现设备的预测性维护管理，减轻放射性厂房仪修人员在现场的巡检工作量，提高生产效率，设计并建立工厂仪控设备资源管理系统。

该系统将智能设备独立于控制系统之外进行管理，仪控人员可对设备进行远程组态管理、调试、诊断、标定等维护工作，并对自动维护系统设备数据库进行管理，实现设备故障自诊断、预诊断、监控设备运行状态及相关参数的历史趋势记录等功能，从根本上改变了现场设备的人工管理模式。设备的故障报警信息直接由仪修人员在仪表工程师室内通过工程师站系统监控，既方便了设备的维护和维修，又不妨碍工艺的生产运行。

设备管理系统与非安全级控制系统共用网络，该系统是由安装在现场的仪表和控制设备通过总线将其测量及控制信息、运行状态信息等传送到设备管理服务器及监控计算机，通过服务器内设备管理系统软件完成对设备的管理。

中低放废液处理设施使用现场总线控制系统构架的非安全级系统，大部分仪控智能设备均为基金会现场总线（简称为FF）协议，被总线接口卡接收，进而通过通信模块传入非安全级控制系统过程控制网。

设备管理系统将维护信息通过过程控制网传入三废区控制室时，被设备管理服务器接收、存储并处理，该服务器通过非安全级控制系统过程信息网为设备管理客户端（设备管理站）提供服务，位于三废区控制室附近的仪表工程室内设有的工作站。该站管理、配置位于非安全级控制系统的各智能设备，例如，修改变送器量程、零点，变送器当前状态诊断，建立校验计划定期开展回路校验，追溯历史组态、故障、校验等记录。

7 结论

中低放废液处理设施的检测技术较好地满足了工艺及公用系统的检测和控制要求，在整个设计过程中遵循辐射防护原则，执行安全第一的理念。对于仪控设备的选型原则，设计时考虑选用了安全可靠，技术成熟先进，后期维护简单方便。同时，选用智能化仪表和智能仪表管理系统是未来自动化领域的大势所趋，对于类似相关工程设计具有一定的指导和借鉴意义。