一种多功能单管式吹气液位测量装置，包括吹气系统、水冷测量杆和控制系统。吹气系统由气源、减压阀、流量计和导气管组成，水冷测量杆由进水腔、出水腔、水冷内管、水冷外管、末端导气口和进出水管路组成，控制系统由压力变送器、可编程控制器和触摸屏组成。水冷测量杆下端采用倒喇叭口设计，在保证有足够冷却效果的前提下，防止冷壳太厚导致末端导气口被堵住。水冷测量杆采用高温冷却水冷却，可大大减少熔体以上的气相成分冷凝，进而有效降低气相腐蚀，确保液位测量装置可以长期可靠工作。同时，在扩熔和加料期间，吹气液位测量装置还可用于玻璃液的鼓泡器，有助于提高冷坩埚的扩熔和熔料效率，减少贵金属沉积。减少贵金属沉积。减少贵金属沉积。
【技术实现步骤摘要】
多功能单管式吹气液位测量装置和使用方法
[0001]本专利技术涉及核废料玻璃固化领域，具体涉及一种用于玻璃熔体液位测量和鼓泡装置的多功能单管式吹气液位测量装置和使用方法。
技术介绍
[0002]在冷坩埚玻璃固化工程化应用中，玻璃固化为间歇式加料和漏料过程，需要对熔融玻璃的温度和液位进行准确测量，为固化过程的顺利进行提供依据。其中熔融玻璃的液位监测和控制是玻璃固化技术的难点之一。核废料玻璃在高温时具有强的腐蚀性，包括气相、液相腐蚀，它们会对液位计的材料选择和冷却方式提出很高的要求。同时，冷坩埚玻璃固化过程中，通常使用底部通气鼓泡，结合顶部水冷机械搅拌，来提高璃的熔料和均化效率，防止贵金属沉积。但水冷机械搅拌机械结构设计复杂，增加了坩埚顶部结构的装配难度。不仅如此，搅拌桨金属材料易受高温玻璃的气相和液相侵蚀，可靠性较差。
[0003]玻璃液位监测技术主要有高频探针液位计、铃铛式液位计和空气吹扫压差液位计。其中，空气吹扫压差液位计又称吹气液位计。吹气液位计分为单管式和双管式，双管式在玻璃固化领域的应用最为常见。在焦耳加热炉中应用中，液位计材质通常为Inconel 690，没有水冷结构，材料不可避免受到放射性玻璃的气相和液相侵蚀，寿命相对较短。冷坩埚结构紧凑，操作空间小，双管式液位计应用受限。
[0004]法国的核燃料公司和原子能委员会(CEA)公开了一种测量液体熔池高度的测量杆(CN1474936A)，该测量杆在通气管内外部通有20℃的冷却水，使得测量杆可以在冷壳保护下工作，但在这种温度的冷却水冷却下，接触玻璃液的部分，测量杆有几毫米的冷壳保护，腐蚀相对较小；但是，由于温差的作用，来自玻璃液上方的气相成分很容易在测量杆上冷凝，长时间工作后容易加剧测量杆材料的腐蚀；同时，测量杆的下端出气口位置为直孔结构，在冷却水的冷却下，出气口很容易被玻璃冷壳堵住(鼓泡流量很小)，最终导致液位监测功能失效；此外，该专利技术并没有明确给出具体测量液位的方法。
[0005]国内的台嘉玻璃纤维有限公司公开了一种玻璃窑炉液位变化检测装置及方法(CN111928921A)，该检测装置包括吹气装置、压差变送器、吹气管路、探针以及液位变化判断单元。液位测量探针为单管式，结构相对简单实用，测量结果可靠。但该专利技术没有明确探针的材质，四周没有水冷结构，只有通过微量的吹气冷却，无法缓解放射性核废料玻璃的高温气相和液相腐蚀。同时，其液位值变化主要通过不同测量时间内的压力差获得，没有说明如何得到实际玻璃液位。
技术实现思路
[0006]为克服现有吹气液位计的不足，本专利技术公开了一种可同时用于腐蚀性玻璃液位测量和顶部鼓泡器的多功能单管式吹气液位测量装置，启动和熔料时可替代机械搅拌完成玻璃液的均化，防止贵金属沉积，其他工艺过程时用于液位测量，其应用领域包括但不限于焦耳加热陶瓷熔炉和冷坩埚感应加热熔炉。
[0007]本专利技术的技术解决方案如下：
[0008]一种多功能单管式吹气液位测量装置，其特点在于该装置包括吹气系统、水冷测量杆和控制系统，所述的吹气系统由依次相连的气源的进气口、减压阀、流量计和导气管组成，所述的水冷测量杆由进水腔、出水腔、水冷内管、水冷外管、末端导气口、进水管路和出水管路组成，所述的水冷内管的一端与所述的进水腔相通并包围在所述的导气管外，所述的水冷外管的上端与所述的出水腔相连通，所述的水冷外管并包围在所述的水冷内管外，所述的水冷外管的下端与所述的水冷内管相通，所述的末端导气口为紧贴水冷测量杆的下端紧密焊接的金属结构，呈倒喇叭形，所述的进水腔和出水腔分别与所述的进水管路、出水管路相通，所述的控制系统由依次的触摸屏、可编程控制器和压力变送器组成，所述的导气管的输入端与所述的流量计相连，所述的压力变送器的输出端与所述的导气管相连，所述的导气管的另一端通过所述的水冷测量杆与所述的末端导气口固定相连，所述的水冷测量杆直接插入所述的玻璃液内，所述的压力变送器的外径控制在10mm以内。
[0009]所述的出水腔的容积大于进水腔10～30％，最佳为20％。
[0010]所述的水冷测量杆的水冷内管、水冷外管为冷却水流经的通道，材质为不锈钢304、316或690合金，冷却水由所述的进水腔、导气管与水冷内管之间的腔体内流入，经所述的水冷内管的下端流入所述的水冷外管与水冷内管之间的腔体，最后经过所述的出水腔、出水管路流出所述的水冷测量杆。
[0011]所述的水冷外管的外径一般不超过40mm，最佳为30mm以内。
[0012]所述末端导气口的下端的喇叭口的角度为20～60
°
，最佳为20～30
°
，所述的末端导气口的高度为10～40mm，最佳为20～30mm，所述末端导气口的材质为690合金、不锈钢316或不锈钢310S，最佳为690合金。
[0013]所述的高温冷却水的进水水温为60～80℃，最佳为70～80℃。
[0014]所述的气源为压缩空气、氮气或氩气，根据工艺要求选择气体种类，需要弱还原气氛或者惰性气氛时，优选氮气或氩气，需要氧化气氛时优选压缩空气。
[0015]所述多功能单管式吹气液位测量装置，在扩熔和加料期间，液位测量装置的功能切换为玻璃液的鼓泡器，用于提高玻璃液的均化效率，减少贵金属沉积。
[0016]上述多功能单管式吹气液位测量装置的使用方法，包括如下步骤：
[0017]1)开启冷却水开关，确保水冷测量杆的水流量在0.1～0.6m3/h，进、出水压力差≥0.2MPa；
[0018]2)打开气源，调整所述的减压阀使压力维持在0.15～0.25MPa；
[0019]3)打开所述的气体流量计，鼓泡扩熔和熔料期间，气体流量范围设定在100～200L/h，液位测量期间，气体流量范围设定在50～100L/h；
[0020]4)在所述的冷坩埚内装好足够启动的玻璃，完成引燃后，将所述的水冷测量杆降至玻璃液面以下，并使其末端导气口的下沿维持在离底部未熔化玻璃2～5cm，进行鼓泡扩熔；
[0021]5)玻璃液完成扩熔后，将水冷测量杆降至离所述的冷坩埚的埚底3～6cm，开始加料并进行鼓泡熔料；
[0022]6)完成熔料后，降低鼓泡流量至设定范围，进行液位测量，通过专用高温相机监测玻璃液面鼓泡速率，待鼓泡个数维持在每秒1～2个泡时，液位测量装置硬件部分投入工作；
[0023]7)所述的可编程控制器采集冷坩埚上部的压力和所述的压力变送器读取的压力信号，经过滤波处理后，根据预设程序计算出玻璃熔体的实时液位，达到上限液位后，开始漏料；
[0024]8)达到下限液位时，停止漏料，开始新一轮加料流程，提高鼓泡流量至设定范围，此时，液位测量装置的功能自动切换为鼓泡器。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026](1)本水冷测量杆的下端采用倒喇叭口设计，在保证有足够冷却效果的同时，防止冷壳太厚导致末端导气口被堵住；
[0027](2)本水冷测量杆采用高温冷却水冷却，相比常温冷却水，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多功能单管式吹气液位测量装置，其特征在于该装置包括吹气系统、水冷测量杆(6)和控制系统，所述的吹气系统由依次相连的气源(1)、减压阀(2)、流量计(3)和导气管(5)组成，所述的水冷测量杆(6)、进水腔(11)、出水腔(12)、水冷内管(13)、水冷外管(14)、末端导气口(15)、进水管路(16)和出水管路(16
’
)组成，所述的水冷内管(13)的一端与所述的进水腔(11)相通并包围在所述的导气管(5)外，所述的水冷外管(14)的上端与所述的出水腔(12)相连通，所述的水冷外管(14)包围在所述的水冷内管(13)外，且所述的水冷外管(14)的下端与所述的水冷内管(13)相通，所述的末端导气口(15)为紧贴水冷测量杆(6)的下端的金属结构，呈倒喇叭形，所述的进水腔(11)和出水腔(12)分别与所述的进水管路(16)、出水管路(16
’
)相通，所述的控制系统由依次的触摸屏(18)、可编程控制器(17)和压力变送器(4)组成，所述的导气管(5)的输入端与所述的流量计(3)的出口端相连，所述的压力变送器(4)的输出端与所述的导气管(5)相连，所述的导气管(5)的另一端与所述的水冷测量杆(6)的末端导气口(15)相连，所述的水冷测量杆(6)插入在玻璃液(10)内。2.根据权利要求1所述的多功能单管式吹气液位测量装置，其特征在于，所述的出水腔(12)的容积大于进水腔(11)10～30％，最佳为20％，所述的导气管(5)的外径控制在10mm以内。3.根据权利要求1所述的多功能单管式吹气液位测量装置，其特征在于，所述的水冷内管(13)、水冷外管(14)为冷却水流经的通道，材质为不锈钢304、316或690合金，冷却水由所述的进水腔(11)、导气管(5)与水冷内管(13)之间的腔体内流入，经所述的水冷内管(13)的下端流入所述的水冷外管(14)与水冷内管(13)之间的腔体，最后经过所述的出水腔(12)和出水管路(16
’
)流出。4.根据权利要求1所述的多功能单管式吹气液位测量装置，其特征在于，所述的水冷外管(14)的外径一般不超过40mm，最佳为30mm以内。5.根据权利要求1所述的多功能单管式吹气液位测量装置，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：裴广庆，陈树彬，凡思军，唐景平，钱敏，邹兆松，薛天锋，胡丽丽，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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