Уровнемер для радиоактивных жидкостей
Изобретение относится к уровнемерам и может быть использовано для контроля уровня излучающих жидких сред в сменных емкостях, устанавливаемых на место заполнения посредством механизма их вертикального перемещения, в частности для контроля заполнения бидонов стеклоплавом на электрической печи остекловывания отходов радиохимического производства. Задача: повышение точности измерения уровня радиоактивных жидкостей за счет возможности проверки показаний уровнемера и, при необходимости, введения корректив в его градуировочную зависимость. Сущность: в уровнемер для радиоактивных жидкостей, содержащихся в емкости, включающий рабочий и компенсационный детекторы излучения, расположенные в находящемся вне емкости корпусе-коллиматоре, блок деления сигналов и регистрирующий блок, дополнительно введено весовое устройство, расположенное на механизме вертикального перемещения емкости. Технический результат: возможность контроля показаний уровнемера и, при необходимости, введения корректив в его градуировочную зависимость. 2 ил.
Изобретение относится к уровнемерам для измерения уровня жидкости путем измерения гамма-излучения и может быть использовано для контроля уровня излучающих жидких сред в сменных емкостях, устанавливаемых на место заполнения посредством механизма их перемещения, в частности для контроля заполнения бидонов стеклоплавом на электрической печи остекловывания отходов радиохимического производства.
Известен уровнемер для измерения уровня радиоактивных сред, основанный на использовании собственного гамма-излучения контролируемой среды (SU 1804593 A3, кл. G 01 F 23/28, 1987). Он содержит рабочий детектор излучения (РДИ), компенсационный детектор излучения (КДИ), расположенный ниже РДИ, блок деления (БД) сигналов РДИ и КДИ и регистрирующий блок (РБ).
Он имеет недостатки - не может быть отградуирован перед эксплуатацией и точность его показаний не может быть проверена в процессе эксплуатации.
Это объясняется тем, что для градуировки и контроля показаний необходимо дистанционно управляемое мерное оборудование и приготовление радиоактивного раствора, что требует больших материальных и трудовых затрат.
Прототипом заявленного устройства является уровнемер для радиоактивных жидкостей (RU 2227275 С2, кл. G 01 F 23/288, 2004), который может быть отградуирован перед эксплуатацией.
Этот уровнемер для радиоактивных жидкостей, содержащихся в емкости, включает рабочий и компенсационный детекторы излучения, блок деления сигналов и регистрирующий блок, расположенный вне емкости корпус-коллиматор, маломощный источник гамма-излучения, механизм калиброванного перемещения этого источника и измеритель мощности экспозиционной дозы гамма-излучения. В корпусе-коллиматоре при эксплуатации уровнемера устанавливаются только рабочий и компенсационный детекторы излучения, а при градуировке в корпус-коллиматор дополнительно устанавливается маломощный источник гамма-излучения, мощность экспозиционной дозы излучения которого на боковой поверхности емкости контролируется измерителем мощности экспозиционной дозы, и механизм калиброванного перемещения источника.
Он имеет недостаток - контроль его показаний не может быть осуществлен в процессе эксплуатации по той же причине, что указана выше для предыдущего уровнемера.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение возможности контроля показаний уровнемера и, при необходимости, введения корректив в его градуировочную зависимость.
Поставленная задача решается с помощью заявляемого уровнемера. Уровнемер для радиоактивных жидкостей (см. фиг.1), содержащихся в емкости (1), включающий рабочий (2) и компенсационный (3) детекторы излучения, расположенные в находящемся вне емкости корпусе-коллиматоре (4), блок деления сигналов (5) и регистрирующий блок (6), дополнительно содержит весовое устройство (7), расположенное на механизме вертикального перемещения емкости (8).
Существенным отличием технического решения является то, что уровнемер дополнительно снабжен весовым устройством, расположенным на механизме вертикального перемещения емкости.
Заявляемый уровнемер работает следующим образом.
Пустая емкость захватывается механизмом вертикального перемещения (МВП) (8), на котором расположено весовое устройство (7) уровнемера, опускается по специальному стволу-шахте в камеру розлива стеклоплава (КРС), где устанавливается в гнездо-фиксатор механизма горизонтального перемещения (МГП). После расцепления захвата МВП емкость посредством МГП устанавливается под сливное устройство электропечи. После заполнения емкость возвращается в исходную позицию в КРС, под ствол-шахту, захватывается МВП и поднимается из КРС для дальнейших операций. Во время опускания и подъема производится определение с помощью весового устройства уровнемера массы пустой (Мо) и заполненной (Мз) емкости. Показания весового устройства автоматически передаются в радиационно-безопасную зону.
Контроль заполнения емкости происходит следующим образом:
Корпус-коллиматор (4) обеспечивает прохождение излучения в место установки КДИ (3) только из сектора в нижней части емкости (1), который охватывает уровень заполнения емкости от нуля до H1, а в место установки РДИ (2) - прохождение излучения из сектора, который охватывает уровень от H1 до полного заполнения емкости.
При изменении уровня стеклоплава Н, поскольку РДИ перекрывает слой стеклоплава, равный АН, сигнал от него составит N1=К1·Р·ΔН, где К1 - коэффициент пропорциональности, зависящий от чувствительности РДИ, Р - удельная интенсивность излучения стеклоплава.
Сигнал от КДИ равен N2=К2·Р·Н1, где К2 - коэффициент пропорциональности, зависящий от чувствительности КДИ.
Сигналы от РДИ и КДИ поступают на БД (5), который формирует сигнал N3.
где К3=K1/(K2·H1) - коэффициент пропорциональности.
Таким образом, на выходе БД получаем сигнал, пропорциональный изменению уровня и не зависящий от удельной интенсивности излучения стеклоплава, который поступает на РБ (6). Это позволяет, отградуировав уровнемер, контролировать уровень заполнения при поступлении стеклоплава с различными значениями удельной интенсивности излучения.
Обозначим показания уровнемера после окончания заполнения Низм.
Далее для контроля показаний уровнемера Низм производится расчет уровня заполнения на основе измеренных значений Мо и Мз по формуле:
где Нрасч - расчетное значение уровня;
Vж - объем жидкости в емкости;
S - площадь горизонтального сечения полости емкости;
Мж - масса жидкости в емкости;
ρ - плотность жидкости.
Как видно из формулы (2), для расчета уровня кроме измеренных значений массы емкости до и после заполнения надо знать площадь горизонтального сечения полости емкости S и плотность жидкости ρ.
Сменные емкости изготавливаются по чертежам с требуемой точностью, и площадь S горизонтального сечения их полости рассчитывается из заданных размеров или непосредственно измеряется. Если емкость имеет цилиндрическую форму, то S=π·D2/4, где D - диаметр внутренней полости.
Плотность жидкости ρ определяется путем расчетов и исследований до использования уровнемера.
Состав стеклоплава на электрической печи остекловывания отходов радиохимического производства строго определен, причем масса радиоактивных включений пренебрежимо мала по сравнению с массой других компонентов и не влияет на плотность стеклоплава. Плотность стеклоплава определяется путем заполнения емкости стеклоплавом без радиоактивных включений, измерения массы емкости до и после заполнения, определения уровня заполнения непосредственным измерением после остывания и расчета по формуле:
где ρст - плотность стеклоплава;
Мз, Мо - соответственно масса емкости после и до заполнения;
V - объем стеклоплава в емкости;
S - площадь горизонтального сечения полости емкости;
h - уровень стеклоплава, определенный после его остывания мерительным инструментом.
Застывание стеклоплава начинается на поверхности у внутренней стенки бидона, где теплоотдача максимальна. По мере остывания происходит усадка стеклоплава от периферии к центру, что приводит к образованию вогнутого мениска, как показано на фиг.2. Естественно, что граница застывшего стеклоплава на внутренней поверхности бидона отображает искомый уровень, который был в жидкой фазе.
В случае обнаружения расхождений Низм и Нрасч производится проверка во всем диапазоне измерения путем неполного заполнения следующих емкостей. После выяснения причин расхождения при необходимости проводится корректировка градуировочной зависимости уровнемера.
Весовое устройство может поверяться. Для этого на контрольных весах в радиационно-безопасной обстановке готовятся контрольные грузы, которые потом взвешиваются на весовом устройстве.
Весовое устройство может быть построено на основе выпускаемого промышленностью датчика силоизмерительного тензорезисторного 1778 ДСТ1.0К АЖЕ2.320.005.
В качестве контрольных весов могут использоваться весы статического взвешивания КСС 300 S фирмы Mettler - Toledo AG.
Экспериментальная проверка предложенного уровнемера на электрической печи остекловывания отходов радиохимического производства показала, что данные показаний уровнемера и их проверки с помощью весового устройства из состава уровнемера совпадают с точностью до нескольких миллиметров при заданном регламентом уровне заполнения (760±100) мм.
Таким образом, весовое устройство, расположенное на механизме вертикального перемещения, позволяет контролировать показания уровнемера и при необходимости вводить коррективы в градуировочную зависимость, причем без дополнительного радиационного воздействия на персонал, изменения маршрута следования емкости, значительных усложнений аппаратуры и временных затрат.
Уровнемер для радиоактивных жидкостей, включающий рабочий и компенсационный детекторы излучения, расположенные в находящемся вне емкости корпусе-коллиматоре, блок деления сигналов и регистрирующий блок, отличающийся тем, что дополнительно содержит весовое устройство, расположенное на механизме перемещения емкости для обеспечения возможности контроля показаний уровнемера.
