[0001] 本发明属于核化工技术领域，具体涉及一种新型自动化取样系统及其使用的工艺方法。

[0002] 随着核工业的发展，核化工技术领域内各种新的工艺方法和工艺技术也在不断的革新和进步。自动取样工艺作为一种高效、经济的生产工艺技术，在核燃料制备及乏燃料后处理等多个专业技术领域中具有广泛的应用前景。

[0003] 由于核化工样品取样量小、放射性高、多余样必须返回等苛刻要求，当前各核化工生产线运行过程中取样操作往往采用人工通过取样阀进行取样，取样过程耗时长、人工需求量大，精准、高效的自动化取样工艺亟需得到广泛应用。

[0004] 由于核化工生产过程中主要操作物料为铀、钚等强放射性介质，容易对人体和环境产生辐射危害及各类潜在危害。为尽可能降低放射性风险及危害，满足辐射防护要求，目前人工取样过程通常在密闭的箱室内进行，并通过手套孔进行人工取样相关操作，人工操作虽然可以实现样品取样，但也存在如下缺点和不足：其一是人工取样增加了操作人员在强辐射环境中暴露的风险和时间；其二是手套箱和手套孔的尺寸及空间不利于人工取样操作，同时也增加了放射性废液在手套箱内泄漏的风险，其三是人工取样增加了无效工作时间，降低了生产效率，限制了产能的提升，其四是人工取样不利于生产过程的自动化管理和系统集成控制。

[0005] 同时，随着先进自动化、智能化技术的不断发展和应用，各行业自动化需求也愈加强烈，而这也是目前核化工技术领域面临的凸出问题，工艺系统的自动化程度低，许多工艺过程均是通过人工操作进行实现。

[0052] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

[0053] 下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

[0054] 在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

[0055] 在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

[0056] 实施例1

[0057] 本实施例提供一种新型自动化取样系统，包括：

[0058] 取样端部件，设置于取样点处；

[0059] 取样管道，与取样端部件连接；

[0060] 自动取样组合装置，其入口端与取样管道连接，自动取样组合装置用于通过取样管道进行取样；

[0061] 清洗装置，通过第一管道与自动取样组合装置连接，第一管道上设置有第一阀门组件，清洗装置用于向自动取样组合装置提供清洗液；

[0062] 压空装置，通过第二管道与自动取样组合装置连接，第二管道上设置有第二阀门组件，压空装置用于向自动取样组合装置提供压缩空气；

[0063] 真空装置，通过第三管道与自动取样组合装置连接，第三管道上设置有第三阀门组件，真空装置用于对自动取样组合装置抽真空；

[0064] 取样接收器，通过第四管道与自动取样组合装置连接，取样接收器用于接收取样；

[0065] 控制装置，分别用于控制第一阀门组件、第二阀门组件、第三阀门组件。

[0066] 本实施例还提供一种使用上述的新型自动化取样系统的工艺方法，包括以下步骤：

[0067] 自动取样过程：当需要进行取样操作时，控制装置通过控制第三阀门组件的启闭，使得真空装置为自动取样组合装置提供真空，取样到自动取样结合装置内；

[0068] 自动样品收集过程：当进行样品收集时，控制装置通过控制第二阀门组件打开，使得压空装置为自动取样结合装置提供正压，将自动取样结合装置内样品输送到取样接收器。

[0069] 本实施例中的新型自动化取样系统及其使用的工艺方法，针对现有人工取样或半自动取样方法的不足，集成了工艺系统以及控制系统，利用压力梯度实现了取样过程的自动化，极大的降低了操作人员的辐照风险，提高了系统的自动化水平和工作效率。同时，该工艺方法对多余样品进行返回原系统复用，实现了放射性废物的最小化管理和人员防护的最优化。通过远程控制和操作实现了放射性液体物料取样过程的自动化，极大的降低了工作人员的辐照风险和危害，同时提高了系统的安全水平和工作效率。

[0070] 实施例2

[0071] 如图1～9所示，本实施例提供一种新型自动化取样系统，包括：

[0072] 取样端部件，设置于取样点处；

[0073] 取样管道2，与取样端部件连接；

[0074] 自动取样组合装置3，其入口端与取样管道2连接，自动取样组合装置3用于通过取样管道2进行取样；

[0075] 清洗装置4，通过第一管道5与自动取样组合装置3连接，第一管道5上设置有第一阀门组件13，清洗装置4用于向自动取样组合装置3提供清洗液；

[0076] 压空装置6，通过第二管道7与自动取样组合装置3连接，第二管道7上设置有第二阀门组件14，压空装置6用于向自动取样组合装置3提供压缩空气；

[0077] 真空装置8，通过第三管道9与自动取样组合装置3连接，第三管道9上设置有第三阀门组件15，真空装置8用于对自动取样组合装置3抽真空；

[0078] 取样接收器10，通过第四管道11与自动取样组合装置3连接，取样接收器10用于接收取样；

[0079] 控制装置，分别用于控制第一阀门组件13、第二阀门组件14、第三阀门组件15的启闭及开度。

[0080] 优选的是，所述的新型自动化取样系统，还包括废液装置16，取样接收器10包括换向开关17、取样接收端18，取样接收端18通过第四管道11与自动取样组合装置3连接，换向开关17设置于第四管道11上，取样接收端18位于换向开关17下游，换向开关17通过第五管道19与取样管道2连接，换向开关17通过第六管道20与废液装置16连接，废液装置16用于接收废液，控制装置还用于分别控制换向开关17分别与取样接收端18、取样管道2、废液装置16连通。

[0081] 取样接收器10中换向开关17与取样接收端18可分开设置，也可合并设置，具体根据取样工况进行确定。取样接收器10中电动阀可用机械开关或多通阀来实现，节省空间和控制点数。取样接收器10可多个进行集成，实现多个取样点取样集成控制。

[0082] 如图8示，换向开关17包括第二接口板21、换向仓32，第二接口板21不动，连接对应管线，通过换向仓32旋转选择性接通第二接口板21连接的不同管线，换向仓32旋转可通过伺服电机进行驱动，旋转过程中要实现换向仓32和第二接口板21动密封，该结构为换向开关17的一种机械开关组合方式。

[0083] 换向开关17通过电动阀门或自动机械开关等实现来自自动取样组合装置3的管线处理断开、返回原系统(原取样点)、去废液装置16或去取样接收端18的不同选择；取样接收端18实现与取样瓶31的对接和样品在取样瓶31中的收集。

[0084] 真空装置8、压空装置6和清洗装置4为自动取样系统的辅助装置。辅助装置根据取样点条件情况，可单独设置，也可利用原设施进行相应的压力调整。

[0085] 优选的是，所述的新型自动化取样系统，还包括质量流量控制器22，质量流量控制器22设置于第二管道7上，质量流量控制器22位于第二阀门组件14下游，控制装置还用于通过控制质量流量控制器22来控制流量。

[0086] 优选的是，自动取样组合装置3包括取样仓23和缓冲仓24，取样仓23与缓冲仓24通过第七管道25连接，第七管道25上设置有第四阀门组件26，取样仓23通过取样管道2与取样端部件连接，缓冲仓24通过第一管道5与清洗装置4连接，缓冲仓24通过第二管道7与压空装置6连接，缓冲仓24通过第三管道9与真空装置8连接，取样仓23通过第四管道11与取样接收器10连接，控制装置还用于控制第四阀门组件26启闭及开度。

[0087] 取样时，缓冲仓24给取样仓23提供负压动力，利用负压梯度实现液体取样，缓冲仓24体积比取样仓23体积相同或略小，避免样品进入自动取样组合装置3后端；多余样品返回时，利用正压梯度实现样品返回；系统清洗时，利用正压清洗液清洗取样系统和管线。

[0088] 自动取样组合装置3中缓冲仓24可与取样仓23合并，自动取样结合装置中单向阀、电动阀可用机械开关实现，节省空间和控制点数。如图9所示，自动取样结合装置可多个进行集成，实现多个取样点取样集成控制，即多取样点集成组合的新型自动化取样系统。

[0089] 如图6示，自动取样结合装置还包括第一接口板27，第一接口板27、取样仓23不动，分别连接对应管线，通过缓冲仓24旋转选择性接通第一接口板27连接的不同管线，缓冲仓24旋转可通过伺服电机进行驱动，旋转过程中要实现取样仓23和缓冲仓24动密封，该结构为自动取样结合装置的一种机械开关组合方式。

[0090] 取样时，通过相应管道上的阀门组件(电动阀门或自动机械开关等)实现真空装置8、缓冲仓24、取样仓23之间的连通或断开操作，通过真空装置8实现取样系统取样的动力来源，真空装置8真空度应不低于50kPa；多余样品返回时，通过相应管道上的阀门组件(电动阀门或自动机械开关等)实现压空装置6、缓冲仓24、取样仓23之间的连通或断开操作，通过压空装置6实现样品返回的动力来源，压空装置6压力应可选0～200kPa，根据取样系统管道阻力可进行适应性调节；系统清洗时，通过相应管道上的阀门组件(电动阀门或自动机械开关等)实现清洗装置4、缓冲仓24、取样仓23之间的连通或断开操作，通过清洗装置4压力实现样品清洗的动力来源。

[0091] 优选的是，取样端部件包括管道取样端部件1和/或容器取样端部件28，管道取样端部件1取样口插入取样点的待取样管道29部件内部的深度为待取样管道29直径的1/5～1/3，容器取样端部件28取样口插入取样点的待取样容器30的距待取样容器30底部10mm～
100mm处。取样端部件接入取样点，管道取样端部件1嵌入取样点的待取样管道29部件，两端连接方式可选择焊接、螺纹连接、法兰连接、卡箍连接等方式。容器取样端部件28利用设备备用口或预留专用取样口接入待取样容器30，连接方式可选择焊接、螺纹连接、法兰连接、卡箍连接等方式。

[0092] 优选的是，取样管道2管径为φ0.4～φ10。根据取样量和取样距离确定合适的取样管道2管径。取样管道2，管道材质尽量选择不锈钢材质，管道压力等级应不低于取样设备或管道，根据取样量和取样距离确定合适的管径。

[0093] 优选的是，所述的新型自动化取样系统还包括压力检测装置12、报警装置，压力检测装置12设置于第二管道7和/或第三管道9上，当压力检测装置12检测到的压力值超过预设压力值时，将检测到的压力值发送给控制装置，控制装置控制报警装置报警。

[0094] 取样端部件出口与取样管道2一端连通，取样管道2另一端与自动取样组合装置3进口连通，自动取样组合装置3出口与取样接收器10连通，取样接收器10返液口与取样管连通，形成一个完整的取样循环系统。

[0095] 本实施例中的控制装置具备自动控制的功能，可对整个取样过程进行有效控制。

[0096] 本实施例中的系统集成可实现关键设备进行集成放置(如自动取样组合装置3、取样接收器10)，节省空间，提供操作、检修便利性。

[0097] 本实施例还提供一种使用上述的新型自动化取样系统的工艺方法，包括以下步骤：

[0098] 自动取样过程：当需要进行取样操作时，控制装置通过控制第三阀门组件15的启闭，使得真空装置8为自动取样组合装置3提供真空，取样到自动取样结合装置内；

[0099] 自动样品收集过程：当进行样品收集时，控制装置通过控制第二阀门组件14打开，使得压空装置6为自动取样结合装置提供正压，将自动取样结合装置内样品输送到取样接收器10。

[0100] 优选的是，所述步骤当需要进行取样操作时，控制装置通过控制第三阀门组件15的启闭，使得真空装置8为自动取样组合装置3提供真空，取样到自动取样结合装置内具体为：

[0101] 当需要进行取样操作时，控制装置控制第三阀门组件15开启，真空装置8与自动取样组合装置3中缓冲仓24连通，控制装置控制第四阀门组件26关闭，此时取样仓23与缓冲仓24断开；缓冲仓24达到预设真空度后，控制装置控制第三阀门组件15关闭，缓冲仓24与真空装置8断开，控制装置控制第四阀门组件26开启，缓冲仓24与取样仓23连通，利用缓冲仓24负压将样品抽吸至取样仓23内。全过程通过控制装置自动化控制。

[0102] 优选的是，所述的使用上述的新型自动化取样系统的工艺方法，还包括以下步骤：

[0103] 自动样品收集过程中，将自动取样结合装置内样品输送到取样接收器10时，控制装置控制换向开关17与取样接收端18连通，样品进入取样接收端18，实现样品取样。

[0104] 优选的是，所述的使用上述的新型自动化取样系统的工艺方法，还包括以下步骤：

[0105] 自动样品收集过程中压空装置6为自动取样结合装置提供正压时，控制装置控制质量流量控制器22使得压空装置6提供的压空流量在第一预设正压。第一预设正压为微正压，第一预设正压为0～10kPa。

[0106] 如图1～9所示，对自动样品收集过程进行说明：当进行样品收集时，控制装置通过控制第二阀门组件14(电动阀门或自动机械开关)打开，实现压空装置6与自动取样结合装置的缓冲仓24连通，控制装置控制质量流量控制器22使得压空装置6提供的压空流量在第一预设正压状态(0～10kPa以内)，使取样仓23内样品进入取样接收器10，通过取样瓶31与取样接收端18自动对接，将取样接收器10内换向开关17与取样接收端18连通，实现样品取样。全过程通过控制装置自动化控制。

[0107] 优选的是，所述的使用上述的新型自动化取样系统的工艺方法，还包括以下步骤：

[0108] 残留样品自动返回过程：当进行系统残留样品返回时，控制装置通过控制第二阀门组件14(电动阀门或自动机械开关)打开，使得压空装置6为自取样接收器10提供正压，控制装置控制换向开关17与取样管道2连通，将取样接收器10中的残留样品在压空动力输送下通过取样管道2返回到取样点，原系统复用。具体的，控制装置控制质量流量控制器22使得压空装置6为自取样接收器10提供正压为第二预设正压，第二预设正压为0～200kPa，可根据取样管道2阻力进行适应性调节。全过程通过控制系统自动化控制。

[0109] 优选的是，所述的使用上述的新型自动化取样系统的工艺方法，还包括以下步骤：

[0110] 自动清洗过程：当进行系统自动清洗时，控制装置通过控制第二阀门组件14(电动阀门或自动机械开关)关闭、第一阀门组打开，使得自动取样结合装置的缓冲仓24与压空装置6断开、与清洗装置4联通，控制装置控制换向开关17(电动阀门或自动机械开关)与废液装置16连通，利用清洗装置4压力进行取样系统自动清洗，清洗液进入废液装置16。全过程通过控制系统自动化控制。

[0111] 可选地，控制装置还用于时间的控制，当取样、样品返回或系统清洗达到预设时间，控制装置自动关闭相关管道上的阀门组件(电动阀或机械开关)。

[0112] 可选地，控制装置还用于流量的控制，当压缩空气或清洗装置4的流量过大或过小时，控制装置自动调节相应管道上阀门组件(阀门)的开度。

[0113] 可选地，控制装置还用于压力的控制，当压缩空气的压力过大或过小时，控制装置自动调节相应管道上流量控制器的开度。

[0114] 可选地，控制装置还用于自动样品取样、样品收集、系统残留样品返回和系统自动清洗四个工艺过程的自动连锁控制。

[0115] 本实施例中的工艺方法可用于密封箱室内(手套箱、热室等)或开放环境下液体物料的自动取样，取样过程充分利用了压力梯度进行液体转移。

[0116] 本实施例中的工艺方法提高工艺过程的自动化水平，实现自动化生产和管理，替换了现有人工取样的方法，从而保护操作人员的安全和提高工艺系统的自动化水平。

[0117] 本实施例中的新型自动化取样系统包括工艺装置和控制装置，并对两者进行了集成。

[0118] 本实施例公开了一种使用新型自动化取样系统的工艺方法，该工艺方法包括自动样品取样、样品收集、系统残留样品返回和系统自动清洗等工艺过程；该工艺方法集成了高放射性流体物料取样、残留样品返回、系统自动清洗以及控制系统，同时该工艺方法可实现多个不同取样点取样系统集成，独立取样，相互间不污染。自动化取样系统包括工艺装置和控制装置，其中工艺装置包括取样端部件、取样管道2、自动取样组合装置3、取样接收器10、真空装置8、压空装置6、清洗装置4；控制装置兼具自动化控制和实时过程监测的功能，二者相互协作运行，通过压力梯度变化实现了放射性液体物料取样的自动化操作；该取样系统可实现多个不同取样点取样系统集成，不同的取样点独立同时取样，相互间不发生干扰；同时为避免取样系统污染，该工艺方法还设置了自动清洗系统。

[0119] 本实施例中的新型自动化取样系统及其使用的工艺方法，弥补了现有放射性液体物料人工取样或半自动取样方法的不足，集成了工艺系统以及控制系统，利用压力梯度实现了取样过程的自动化，极大的降低了操作人员的辐照风险，提高了系统的自动化水平和工作效率。同时，该工艺方法对多余样品进行返回原系统复用，实现了放射性废物的最小化管理和人员防护的最优化。通过远程控制和操作实现了放射性液体物料取样过程的自动化，极大的降低了工作人员的辐照风险和危害，同时提高了系统的安全水平和工作效率。

[0120] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。