CN102629493A - 气态甲基碘动态配送系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供气态甲基碘动态配送系统，包括小流量液体供给装置、液体汽化室、空气压缩机，小流量液体供给装置固定在支架上，小流量液体供给装置出口对准液体汽化室的入口设置，液体汽化室通过螺纹支撑杆和与之配合的可升降螺纹套管安装在底座上，液体汽化室角度可通过升降螺纹套管调节，液体汽化室下方开有空气吸入口，液体汽化室上方开有连接空气压缩机的孔，液体汽化室还安装电加热装置，空气压缩机连通用气环境。本发明能够实现小流量甲基碘液体的长时间连续稳定供给，保证系统出口甲基碘浓度稳定。空气压缩机的抽吸作用使液体汽化室始终处于负压状态，安全可靠，不会对环境和操作人员造成伤害。系统结构简单、性能可靠、易于实现。

Description

气态甲基碘动态配送系统
技术领域
本发明涉及的是化工、环境和医药领域，具体地说是一种低沸点液体的汽化配送装置。
背景技术
核电作为一种清洁高效的能源越来越受到人们的青睐，然而，核电事故造成的放射性危害时刻令人担忧。核电站安全壳是防止放射性产物释放到环境的最后一道屏障，在发生严重事故时，由于熔融堆芯与混凝土底板反应产生的不凝结气体的不断增加，安全壳内的压力会逐渐升高，最终可能会因超压而破坏安全壳的完整性，造成放射性物质的外泄。安全壳过滤排放系统采用主动卸压方式使安全壳内积聚的气体释放，降低安全壳内压力，从而使安全壳内压力不超过其承载限值，确保安全壳的完整性。同时为了防止排放气体对环境造成放射性危害，需要在安全壳过滤排放系统的卸压管线上安装过滤装置对排放气体中的放射性物质进行过滤，其中，一种重要的放射性物质就是甲基碘，对甲基碘的过滤效率是系统的关键，因此，需要通过实验模拟事故工况下系统对甲基碘的去除性能。
甲基碘是一种常温下为液态的低沸点有毒性化合物，反应堆发生严重事故时，产生的甲基碘以气态形式存在于安全壳内，由于安全壳容积巨大，生成的甲基碘一直处于较低的浓度水平；随着事故的进行，安全壳内压力逐渐升高，当压力高于理论限值0.45MPa时启动过滤排放系统二十四小时连续卸压，为了充分模拟事故工况，实验条件应与事故工况尽可能相近，因此，需要一套能够将低浓度气态甲基碘增压至一定值并长时间连续稳定送入压力环境的配送系统。目前常规的方法是使用高纯度氮气配制所需浓度的高压气态甲基碘并存储于压力钢瓶中，再由压力钢瓶送至用气环境，此方法获得的甲基碘气体浓度精确稳定，但存在较大不足：首先工序复杂，成本过高，不适合长时间连续使用；另外对于配送浓度变化频繁且变化幅度较大的使用工况，上述办法很难满足要求。在专利号为98201616.6中公开了一种便携式甲基碘气体发生装置，其特点是采用载气鼓泡法携带反应生成的甲基碘，安全可靠性好，但其携带的甲基碘主要以液态形式存在于载气中，且可携带浓度的范围有限，难以满足本实验要求。另外一种可实施途径就是利用甲基碘低沸点的物理特性，将液态甲基碘汽化后，经由一套配送系统将甲基碘气体送入实验回路。此方案的关键问题在于用于汽化的液态甲基碘小流量稳定供给和配送系统的长时间安全连续运行。为保证气态甲基碘配送浓度稳定，甲基碘的液态供给系统要求在不同供给流量尤其是小流量下能够长时间恒定，并且流量连续可调，一种用于解决上述问题相关领域的方法在专利号为86200978中进行公开，根据所述方法可以获得每分钟几毫升的稳定流量，然而，所述方法结构相对复杂，以计算机作为控制工具，并且需要电力驱动，期望获得一种结构简单、依靠非能动反馈调节达到小流量长时间稳定的液体供给装置。供给的液态甲基碘需要先被汽化，再由一套完整的配送系统根据不同的出口压力要求送入实验管道，如何满足在不同配送浓度要求下甲基碘液体的完全汽化以及如何确保配送系统的连续安全运行性能等问题还有待进一步研究。
发明内容
本发明的目的在于提供为安全壳过滤排放系统性能试验提供一种经济可靠、能够满足不同工况连续运行要求的气态甲基碘动态配送系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明气态甲基碘动态配送系统，其特征是：包括小流量液体供给装置、液体汽化室、空气压缩机，小流量液体供给装置固定在支架上，小流量液体供给装置出口对准液体汽化室的入口设置，液体汽化室通过螺纹支撑杆和与之配合的可升降螺纹套管安装在底座上，液体汽化室角度可通过升降螺纹套管调节，液体汽化室下方开有空气吸入口，液体汽化室上方开有连接空气压缩机的孔，液体汽化室还安装电加热装置，空气压缩机连通用气环境。
本发明还可以包括：
1、所述的小流量液体供给装置包括溶液供给室、溶液补给室、气液混合腔室、上导流管、下导流管、初始加液管，溶液供给室和溶液补给室为同心的圆柱形空腔，溶液补给室位于溶液供给室外部，溶液供给室和溶液补给室通过连通管连通，溶液供给室通过上导流管连接气液混合腔室，溶液补给室通过初始加液管连接气液混合腔室，气液混合腔室连接下导流管，下导流管连通出口，上导流管、初始加液管、下导流管上均安装流量调节阀。
2、所述的空气压缩机与用气环境中间加装三通阀，三通阀的一个出口连接废弃吸收装置。
3、所述的液体汽化室的空气吸入口安装过滤器。
4、还包括温度控制器，液体汽化室安装温控测点，所述的液体汽化室的电加热装置和温控测点连接温度控制器以控制液体汽化室温度。
本发明的优势在于：能够实现小流量甲基碘液体的长时间连续稳定供给，保证系统出口甲基碘浓度稳定。能够实现系统的长时间运行，满足多种浓度的气态甲基碘配送要求，且可在较大的范围内进行浓度调整。空气压缩机的抽吸作用使液体汽化室始终处于负压状态，安全可靠，不会对环境和操作人员造成伤害。能够完成不同出口压力环境的稳定配送。系统结构简单成本低、性能可靠、易于实现。
附图说明
图1为本发明的小流量液体供给装置的结构图；
图2为本发明的整体结构示意图；
图3为本发明的小流量液体供给装置的剖面图；
图4为本发明的小流量液体供给装置的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1～4，本发明包括一种将液态甲基碘汽化增压配送系统，主要由小流量液体供给装置1、支架2、液体汽化室6、过滤器7、底座8和实现气态甲基碘动态配送的配送回路组成。
上述小流量液体供给装置1由气液混合腔室1.6、溶液供给室1.3、溶液补给腔室1.4、虹吸管1.5以及上导流管1.8和下导流管1.9组成，目的在于保证小流量条件下液体的长时间稳定供给，由伯努利方程和连续性方程有：式中G为装置出口质量流量，A2为装置出口横截面积，ρ为工质密度，p1为溶液供给室1.3气空间压力，p0为环境压力，Δh为溶液供给室1.3液面与装置出口间的高度差，从上述公式可知对于单相工质想要获得稳定的出口质量流量，需要保证压力p1和高度差Δh恒定。装置运行过程中，随着液体从装置出口1.10的流出，气液混合腔室1.6内的液面逐渐下降，混合腔室气空间压力p2降低，上游溶液供给腔室1.3接收p2的变化信号后向下游供给液体保证气液混合腔室1.6内的液位和压力p2稳定，溶液供给室1.3向下游补液后其内部液位会逐渐下降，气空间压力p1逐渐减小，虹吸管1.5接收到压力p1的变化信号后会从溶液补给腔室1.4内吸取液体向溶液供给腔室1.3补液，保证其内部压力p1和液位恒定，从而实现装置出口1.10的流量稳定。上述汽液混合腔室1.6主要用于缓冲溶液供给腔室1.3内部的压力波动，提高整体装置的稳定性。
上述的液体汽化室6为一个密闭的局部可视电加热式液体汽化空间，能够保证进入其内的液态甲基碘吸热后完全汽化，汽化室内表面布置有折流板，一方面可以强化换热，加快甲基碘液体吸热汽化；另一方面折流板构成流体在装置内表面的折线流路，增加了流体与壁面的接触时间和接触面积，满足了更大浓度气体的配送要求。汽化室底部布置有电加热装置和温度监控测点，能够根据需要将温度调节并稳定在所需数值。液态甲基碘从液体进口通道3进入汽化室后沿内表面折流线路流动，流动过程中吸收电加热装置提供的热量而汽化，汽化后的甲基碘被自下而上逆流的空气携带离开，运行过程中液体汽化室6在空气压缩机12的抽吸作用下始终维持在负压状态，保证了操作人员和环境的安全。液体汽化室6的支撑结构为螺纹支撑杆4，其上套有可升降螺纹套管5，液体汽化室6固定在可升降螺纹套管5上，倾斜角度通过螺纹套管的升降进行调节，不同的倾斜角度对应甲基碘液体在汽化室内表面不同的流动速度。采用上述的折流板配合螺纹支撑杆结构以及电加热装置和温控装置能够满足浓度在较大范围内变化的气态甲基碘配送要求。
上述配送回路主要由空气压缩机12、压力调节阀15、气体流量计16、精密压力表17和整套系统的自动控制模块11组成，空气压缩机12将液体汽化室6内的甲基碘与空气混合气体抽吸、增压后经压力调节阀15和气体流量计16调整出口参数，并最终以精密压力表17的读数作为系统出口压力数值。为了满足不同的出口压力要求并实现系统的连续运行功能，空气压缩机12装配有多个机头，不同机头之间可以通过自动控制模块11进行自由组合和自动切换。
图1是小流量液体供给装置，图中溶液供给室1.3为圆柱形空腔，其上部开有加液口1.1，下部通过上导流管1.8与气液混合腔室1.6连通，上导流管1.8深入到气液混合腔室1.6的气空间，气液混合腔室1.6为一小直径的圆柱形腔室，下表面与下导流管1.9相连通，两侧的初始加液管1.7将其与溶液补给室1.4连通并兼具支撑作用，溶液补给室1.4是与溶液供给室1.3同心的环形腔室，两者之间由虹吸管1.5实现联通，虹吸管吸入口位于溶液补给室1.4液空间，出口位于溶液供给室1.3气空间。溶液供给室1.3的液位计1.15由溶液供给室外壁引出，贯穿溶液补给室1.4延伸到装置外部，可实时监测溶液供给室1.3内的液位；溶液补给室1.4的液位计1.14由补给室外壁引出，可实时监测溶液补给室1.4内的液位。装置的具体实施步骤依次为：关闭流量调节阀1.12，向溶液补给室1.4添加初始液体；关闭流量调节阀1.13，打开流量调节阀1.11，缓慢开启流量调节阀1.12向气液混合腔室1.6内加液，待液面接近图示位置附近时停止加液；关闭流量调节阀1.11，向溶液供给室1.3内加液，待液面接近图示位置附近时停止加液，用橡胶塞密封加液口1.1；开启流量调节阀1.11，气液混合腔室1.6内的液面会出现小幅上涨；系统稳定后缓慢开启流量调节阀1.13，调节流量至预定值，系统运行开始后，气液混合腔室1.6内的液面逐渐下降，气空间压力p2降低，上游溶液供给腔室1.3接收p2的变化信号后向下游供液保证气液混合腔室1.6内的液位和压力稳定，溶液供给室1.3向下游供液后其内部液位会逐渐下降，气空间压力p1逐渐减小，虹吸管1.5接收到压力p1的变化信号后会从溶液补给腔室1.4内吸液向溶液供给腔室1.3补液，保证其内部压力p1和液位恒定，从而实现装置出口1.10的流量稳定，出口流量调节由流量调节阀1.13控制，流量数值可通过计时取样称量等办法获得。长时间运行时要根据液位计1.15和1.14的读数情况定期向溶液补给室1.4内添加溶液。
图2所示为气态甲基碘动态配送系统，从上述小流量液体供给装置1供给的液态甲基碘从液体汽化室6的上顶部汽化室液体入口3进入汽化室腔体内，液体汽化室6是一个局部可视的密闭矩形空间，上表面有部分透明可视窗口，内表面焊有折流板，折流板的折流角度根据配送浓度要求进行选定。汽化室下方上表面有空气吸入口，空气与甲基碘混合气从上方被抽出，汽化室底板与内表面之间装有电加热装置和温控测点，整个汽化室支撑在可升降螺纹套管5上，可升降螺纹套管5是一个内螺纹的金属管，外壁沿周向焊接有多个支撑点，可升降螺纹套管5与螺纹支撑杆4之间为螺纹联接，螺纹套管的轴向位置在螺纹支撑杆4上连续可调。从汽化室出来的甲基碘气体首先经管道进入空气压缩机12，空气压缩机装配多个机头，不同机头13之间能够根据出口压力需要在自动控制模块11的控制下自由组合和自动切换。空气压缩机12对进入其内的甲基碘气体增压后由出口管道排出，经压力调节阀15和流量计16整定后送入用气环境。系统的具体实施步骤依次为：检查配送回路上的各阀处于全开状态，开启空气压缩机12；通过自动控制模块11设定液体汽化室6内腔室温度，开始预热；调节小流量液体供给装置1的出口流量，待液体汽化室6内腔室温度达到设定值，将供给液体接入汽化室液体入口3；系统初始配送的气体先接入废气吸收装置18，调节压力调节阀15、气体流量计16，观测精密压力表17，满足用气环境19的压力要求后将气路切换到用气环境19；运行过程中气体浓度需要改变时可直接通过调节小流量液体供给装置1上的流量调节阀1.13获得；系统运行结束时，首先关闭液体流量供给，然后将系统出口切换至废气吸收装置18，保持空气压缩机12持续运行一段时间，待系统内的甲基碘气体全部排空后关闭液体汽化室6的电加热装置和空气压缩机12电源。

Claims (9)

1.气态甲基碘动态配送系统，其特征是：包括小流量液体供给装置、液体汽化室、空气压缩机，小流量液体供给装置固定在支架上，小流量液体供给装置出口对准液体汽化室的入口设置，液体汽化室通过螺纹支撑杆和与之配合的可升降螺纹套管安装在底座上，液体汽化室角度可通过升降螺纹套管调节，液体汽化室下方开有空气吸入口，液体汽化室上方开有连接空气压缩机的孔，液体汽化室还安装电加热装置，空气压缩机连通用气环境。
2.根据权利要求1所述的气态甲基碘动态配送系统，其特征是：所述的小流量液体供给装置包括溶液供给室、溶液补给室、气液混合腔室、上导流管、下导流管、初始加液管，溶液供给室和溶液补给室为同心的圆柱形空腔，溶液补给室位于溶液供给室外部，溶液供给室和溶液补给室通过连通管连通，溶液供给室通过上导流管连接气液混合腔室，溶液补给室通过初始加液管连接气液混合腔室，气液混合腔室连接下导流管，下导流管连通出口，上导流管、初始加液管、下导流管上均安装流量调节阀。
3.根据权利要求1或2所述的气态甲基碘动态配送系统，其特征是：所述的空气压缩机与用气环境中间加装三通阀，三通阀的一个出口连接废弃吸收装置。
4.根据权利要求1或2所述的气态甲基碘动态配送系统，其特征是：所述的液体汽化室的空气吸入口安装过滤器。
5.根据权利要求3所述的气态甲基碘动态配送系统，其特征是：所述的液体汽化室的空气吸入口安装过滤器。
6.根据权利要求1或2所述的气态甲基碘动态配送系统，其特征是：还包括温度控制器，液体汽化室安装温控测点，所述的液体汽化室的电加热装置和温控测点连接温度控制器以控制液体汽化室温度。
7.根据权利要求3所述的气态甲基碘动态配送系统，其特征是：还包括温度控制器，液体汽化室安装温控测点，所述的液体汽化室的电加热装置和温控测点连接温度控制器以控制液体汽化室温度。
8.根据权利要求4所述的气态甲基碘动态配送系统，其特征是：还包括温度控制器，液体汽化室安装温控测点，所述的液体汽化室的电加热装置和温控测点连接温度控制器以控制液体汽化室温度。
9.根据权利要求5所述的气态甲基碘动态配送系统，其特征是：还包括温度控制器，液体汽化室安装温控测点，所述的液体汽化室的电加热装置和温控测点连接温度控制器以控制液体汽化室温度。
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