在核废料处理过程中测量尾气的质量流量

MICROMOTIONWHITEPAPER高准技术白皮书作者:CURTISST.MICHAEL,INEEL公司在核废料处理过程中测量尾气的质量流量摘要IdahoNationalEngineeringandEnvironmentalLaboratory(INEEL)发明了一种技术来试验两种能源部｡门推广的，新式核废料处理方法测量处理过程中的尾气流量对于评估过程是否成功而言是至关重要的，这也是满足监督机构的要求的｡基础指标但是，在测量尾气的过程中涉及到三个特殊困难：尾气工况条件是一半真空(大约9psia)尾气的温度是变化不定的尾气的分子组成是变化不定的在这样的状况下，只有科氏质量测量技术才能有效地测｡量尾气的流量只有高准的科氏质量流量计才能提供足｡够的测量精度来满足这类应用的需求新的DOE处理方法INEEL在一个位于南爱达荷州的890平方英里的美国政府保留地中运营着8｡个主要设施从20世纪50年代至90年代，INEEL的主要任务之一就是接收，储｡存和再处理使用过的核燃料使用过的核燃料从核反应堆送至INEEL，在核反应堆处，这些使用过的核燃料被保存在地下｡储槽中得以冷却然后这些废核燃料用酸浸｡并经过一个三级分离过程自1962年起，从分离过程中得到的液体提取废料经过锻烧工艺使其变为烘干的粉末—这样可以更稳定地储存—然后将这些粉末状废｡料放置在不锈钢的储罐中这种工艺在1992｡被停用了在1998年以前，液体的｡废料被彻底地锻烧但是，其他来自工厂正常运行的液态废料和来自去污净化过程的废料-也被称为含碱废料(SBW)｡一直在产生SBW与提取出的废料溶液有很大的不同，｡不能用传统的锻烧工艺进行处理自20世纪90年代初期，能源部门(DOE)一直在研究用于有效处理SBW｡的方案可以理解公众和政府部门对于INEEL的处理放射性废｡料方式所给予的强烈关注在改变环保法规，技术要求和行政管理等方面为DOE采用新的处理核废料技术的｡行为带来很多额外的挑战实行任何新的工艺都会面临｡技术和法规方面的风险为了最大程度地控制风险，DOE同时推进了两种处理SBW的方法:蒸汽重整更新锻烧工艺蒸汽重整图1说明了蒸汽重整工艺流程。来自罐区的SBW进入到混合罐中，在混合罐中，所有必须的添加剂在重整工艺开始之前｡与核废料进行混合混合的废料在一个还原性环境中(缺氧富碳)｡进入到一个流化床进行蒸汽重整从重整装置顶部出来的尾气含有一些颗粒，经过一个旋风分离器和一个洗涤塔进行分离，余气被送入至一个热｡氧化器中去除所有的碳氢化合物然后，气体经过HEPA｡过滤器和汞去除工艺，从排出管排出图1：蒸汽重整工艺高准技术白皮书第2页（共4页）更新的锻烧工艺图2说明了更新的锻烧工艺。更新的锻烧工艺与蒸汽重｡整工艺很类似具体区别包括:需要充足的添加剂（在混合罐中）来处理SBW中多余的碱。反应器是一个使用煤油为燃料的锻烧流化床。在反应器中的富氧环境会产生很多的氮氧化物(NOx)，必须｡在尾气中去除这类氮氧化物｡尾气处理是一个多级工艺过程首先，去除NOx，在中｡间阶段净化尾气最后工艺段是用氧化剂去除所有残留在尾气中的毒素。图2：更新的锻烧工艺尾气的测量｡在这些系统的两端，流量计都是必须配备的在进口端，流量计测量氧气的质量流量，使用氧气流量计，操作员｡可以调节正确的还原或氧化气雾在出口端，流量计测｡量物料平衡贯穿工艺过程的物料平衡对于评估废料处｡理系统而言是一个关键性的测量以测量尾气质量流量为基础的质量平衡测量可以使得操作员了解工艺是怎样运行的—这些元素是怎样进出系统的—因此他们可｡以调整工艺以更好地运转从公众审核和法规要求的立｡场而言，这点也是非常重要的公众和环境机构希望知道处理工艺是否有效，安全并且对环境的负面影响程度｡最小所以对尾气进行的精确质量流量测量，是绝对必｡要的但是，在如何获得精确的尾气测量方面，存在很多困难，譬如:尾气是高温且有腐蚀性的，必须要考虑到材料的选择｡和流量计的设计因数在流出反应器之前，尾气的精确成分一般是不知道的。INEEL试验工厂INEEL建造了一个试验工厂来示范运行DOE推行的｡新型处理方法在设计处理系统的时候，考虑到两种流量测试技术：科氏｡质量流量计和孔板差压流量计孔板差压流量计考虑采用孔板流量计的主要原因是压差式流量计被广泛｡地了解，使用和接受孔板流量计可以提供相对简单的测量，这些测量可以非常容易地被整合入任何控制系统｡中｡但是，有很多在这类应用中不采用孔板流量计的理由应用的设计目的是测量整个工艺过程的物料平衡，安装｡孔板流量计得到精确质量测量被证明是有困难的为达到一个很好的精确水平，孔板流量计的安装要求非常特殊的管道，会有很｡高的压损此外，孔板流量计要求分离式的温度和压力测量，和已知的空气组分来计算质量｡流量将两个额外的仪表安装到管道上是很不方便的，｡但不是一件不可能的事但是，提前知道尾气的组分却｡不是很容易能实现的在使用孔板流量计测试的过程中，INEEL人员使用连续｡放射监视设备来确定尾气的组分但是，这样测定的质｡量流量无法用于实现物料平衡放射监视仪表需要经常进行标定，当用于典型尾气测定时，｡被证明是不可靠的此外，在测试结束后确定计算的精度是一项烦琐的工作，每次运行需要占用大约每个统计员40小时的时间，在使用孔板流｡量计的成本中增加了相当可观的费用高准科氏质量流量计尽管INEEL工程师不是很熟悉高准科氏质量流量计，但他们不会遇到如孔板流量计一样的问题。科氏质量流量计直接测量质量，不会因尾气中压力，温度，或者组分｡改变而带来影响。无需额外的仪表和放射监视设备科氏质量流量计的all-in-one方案带给用户的更进一步的受益在于仪表的精度是持续可测量的—尾气温度或者组分可以有很大的变化但是这种变化不会影响科氏质量流量计的质量流量精度。在核废料处理过程中测量尾气的质量流量第3页（共4页）总结科氏质量流量计是唯一能够在半真空工况下，精确测量组分不断发生变｡化的尾气质量的测量技术由高准科氏质量流量计提供的持续一致的高精度测量在INEEL试验工厂项目中展示了独特的适应性以满足能源部处理SBW｡的需求并给环境带来最小的影响此外，高准科氏质量流量计为INEEL节省使用孔板流量计时所需的40小时/每统计员/每次运行。如果每个统计员的人工成本为$50/小时，使用高准质量流量计所需要的费用仅为3到4｡次运行高准技术白皮书第4页（共4页）在核废料处理过程中测量尾气的质量流量WP-00854©2005.MicroMotion,Inc.Allrightsreserved.高准支持PlantWeb基于现场结构，以规模化方式使用具､有开放性互操作性的装置和系统来构建未来的过程解｡决方案本文的出版仅以提供信息为目的，本文力求叙述精准，但无论是明确地还是隐含地，都不能把｡本文的内容作为依据与凭证来分析这里所提及的产品的使用和适用性我们保留在任何不作｡通知的情况下修改或改进设计或规格的权利艾默生过程控制有限公司上海市浦东新区新金桥路1277号邮编：201206电话：86-21-38954788传真：86-21-58994410中国流量中心：800-8201996（免费）传真：86-21-58344476北京办事处北京市朝阳区雅宝路10号凯威大厦十三层邮编：100020电话：86-10-58211188传真：86-10-58211100广州办事处广州市东风中路410-41号健力宝大厦2107室邮编：510030电话：86-20-83486098传真：86-20-83486137乌鲁木齐办事处乌鲁木齐市西北路39号银都大厦605室邮编：830000电话：86-991-4580605传真：86-991-4527551西安办事处西安市长乐西路8号金花饭店351室邮编：710032电话：86-29-83255563传真：86-29-83255076