CN103063482B - 含氚废气排放监测自动取样系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含氚废气排放监测自动取样系统，属于辐射防护与环境保护技术领域。所述取样系统中的进气管接头通过气管依次连接流量调节阀、电磁阀、灰尘过滤器、质量流量计和压力表后与泵进气口连接，泵出气口通过排气管与排气管接头连接；全氚取样器的进气口和出气口通过软管分别连接集气管和排气管；自动控制单元的信号输入端外接烟囱流量监测PLC控制器，自动控制单元的信号输出端分别与全氚取样器、流量调节阀、电磁阀、质量流量计、压力表、泵连接。本发明取样控制精度小于一分钟，具有智能调控，实用性强，能够提高氚流出物零星排放、浓度差异大时的氚监测样品的代表性，减轻了流出物监测取样人员的劳动强度并提高工作效率。

Description

含氚废气排放监测自动取样系统

技术领域

本发明属于辐射防护与环境保护技术领域，具体涉及一种含氚废气排放监测自动取样系统，尤其是含氚尾气经烟囱外排时进行流出物源项监测的自动取样系统。适用于氚操作手套箱、二级包容系统、氚净化处理系统、核电站厂房等场所的含氚废气向环境排放源项监测的氚气及氚化水取样。

背景技术

目前，针对气载流出物中氚排放源项的监测主要有两种方式，一种是通过固定式氚监测仪进行在线测量，另一种是通过鼓泡收集或冷凝收集后实验室离线分析测量，前者使用范围和对象都非常有局限性，后者为国内外含氚废气排放监测的主要采用方式。由于气载流出物排行管道往往采用碳钢管，氚化水及氚气极易在其内表面吸附，而氚操作手套箱、二级包容系统、氚净化处理系统等氚尾气排放常采取由工作场所通排风系统的空气进行稀释排放，致使在排风系统运行与不运行时烟囱或排放管道内氚浓度相差1～2个数量级。按目前流出物监测无论是定期取样还是连续取样进行含氚废气排放监测的模式是不可行的，不能反映涉氚操作场所含氚废气排放的工况情况，其监测结果也不能真实客观反映工号的含氚废气排放源项。

发明内容

为了弥补目前含氚废气排放源项监测的定期取样或连续取样所涉及氚样品代表性问题的不足，本发明提供一种含氚废气排放监测自动取样系统，能够实现根据涉氚设施工号内含氚废气排放排放工况进行氚排放监测动态取样的自动控制。

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统是基于烟囱或排放管道内气体排放瞬时流量来实现对氚排放流出物取样系统运行状态的自动控制，含氚废气排放时主要通过取样柜内真空泵将烟囱内含氚废气抽取到到取样柜内形成取样回路后，全氚取样器通过从取样回路进行样品分流的方式来实现烟囱内含氚废气排放监测的代表性样品获取。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统，其特点是，所述自动取样系统包括设置在取样柜内的自动控制单元、全氚取样器、流量调节阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一灰尘过滤器、第二灰尘过滤器、质量流量计、压力表、泵I和泵II，还包括设置在取样柜外的进气管接头、吹扫管接头、排气管接头和泵III；其连接关系是，设置在取样柜外的进气管接头通过气管依次连接流量调节阀和第一电磁阀的一端，第一电磁阀的另一端通过三通分别与集气管、第二电磁阀、第三电磁阀连接；第二电磁阀通过气管与第一灰尘过滤器的一端连接，第三电磁阀通过气管与第二灰尘过滤器的一端连接；第一灰尘过滤器的另一端、第二灰尘过滤器的另一端分别与出气管一端连接，出气管上还依次连接有质量流量计和压力表；出气管的另一端通过软管分别与泵I、泵II中的进气口连接；泵I、泵II中的出气口分别通过软管与排气管连接，排气管与排气管接头连接。全氚取样器的进气口和出气口分别通过软管与集气管、排气管连接。泵III的出气口通过软管与吹扫管接头连接，吹扫管接头通过气管与第四电磁阀的一端连接；吹扫管的一端与第四电磁阀的另一端连接，吹扫管的另一端通过三通分别与流量调节阀、第一电磁阀间连接。

所述自动控制单元中的信号输入端通过电缆外接烟囱流量监测PLC控制器，自动控制单元的信号输出端通过控制信号线分别与全氚取样器、流量调节阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、质量流量计、压力表、泵I、泵II、泵III连接。

所述气管、集气管、出气管、排气管、吹扫管为Φ10的316L（EP）管。

所述压力表为真空压力表，防止取样回路发生堵塞情况下泵继续运行而引发故障问题。

所述泵I、泵II为真空泵，泵I与泵II以三小时为频率互相交替运行。

所述泵III为增压泵，抽取环境空气来对含氚废气取样气路进行吹扫，减少取样回路因长时间未运行氚在其管路内表面的吸附，能够降低流出物取样过程中氚的记忆效应。

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统中的自动控制单元信号输入端通过电缆接收烟囱上流量监测PLC控制器提供的0V或24V信号（当烟囱排风瞬时流量大于预定值，提供24V信号；当烟囱排风瞬时流量小于预定值，提供0V信号），并通过输出端控制信号线对取样柜内流量调节阀、电磁阀、质量流量计、压力表、泵的运行工况和状态参数进行控制与管理，实现烟囱气载物排放期间的流出物自动取样或烟囱气载物未排放时流出物自动停止取样。全氚取样器采用鼓泡式氚甄别取样，以乙二醇或蒸馏水做鼓泡容器收集液进行流出物氚的月连续取样。流量调节阀实时调节从烟囱内含氚废气取样的瞬时流量大小，确保取样柜中取样气体的瞬时流量控制在一定范围内。两个灰尘过滤器形成两个取样回路，压力表为真空压力表，自动控制单元能够通过取样回路压力监测反馈信息，切换两个回路交替运行能够有效防止取样回路发生堵塞情况下泵继续运行而引发故障问题。取样柜内两个泵可以交替运行，以提高远距离氚流出物样品获取的可靠性和稳定性。取样柜外的泵在其内的两个泵未运行期间，能够抽取环境空气来对取样柜气管、烟囱取样管道进行吹扫，减少氚在取样管路内表面的吸附，能够降低流出物取样过程中氚的记忆效应。

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统：弥补了目前含氚废气排放源项监测的定期取样或连续取样所涉及氚样品代表性问题的不足，针对不同时期和不同排放工况条件下的含氚废气排放浓度差异性，不仅提高了氚流出物在排放期间氚监测样品的获取代表性，既提高取样工作效率，也减轻了流出物取样人员的劳动强度。本发明完全满足针对氚操作手套箱、二级包容系统、氚净化处理系统及工作场所等含氚废气在排放期间氚排放源项监测样品的自动获取，为流出物氚监测增加了有效的途径，取样控制精度小于一分钟，具有智能调控，无人值守特点，实用性强。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图中：1.自动控制单元    2.控制信号线     3.电缆     4.流量调节阀     5.集气管     6.进气管接头     7.吹扫管接头     8.排气管接头     9.取样柜     10.出气管     11.排气管     12.吹扫管     13.第一灰尘过滤器     14.全氚取样器     15.第一电磁阀     16.第二电磁阀     17.第三电磁阀     18.第四电磁阀     19.第二灰尘过滤器     20.泵III    21.质量流量计     22.压力表     23.泵I    24.泵II。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

图1为本发明结构示意图。在图1中，本发明的含氚废气排放监测自动取样系统包括设置在取样柜9内的自动控制单元1、全氚取样器14、流量调节阀4、第一电磁阀15、第二电磁阀16、第三电磁阀17、第四电磁阀18、第一灰尘过滤器13、第二灰尘过滤器19、质量流量计21、压力表22、泵I23和泵II24，还包括设置在取样柜外的进气管接头6、吹扫管接头7、排气管接头8和泵III20；其连接关系是，设置在取样柜9外的进气管接头6通过气管依次连接流量调节阀4和第一电磁阀15的一端，第一电磁阀15的另一端通过三通分别与集气管5、第二电磁阀16、第三电磁阀17连接；第二电磁阀16通过气管与第一灰尘过滤器13的一端连接，第三电磁阀17通过气管与第二灰尘过滤器19的一端连接，第一灰尘过滤器13的另一端、第二灰尘过滤器19的另一端分别与出气管10的一端连接，出气管10上还依次连接有质量流量计21和压力表22。出气管10的另一端通过软管分别与泵I23、泵II24中的进气口连接；泵I23、泵II24中的出气口分别通过软管与排气管11连接，排气管11与排气管接头8连接；全氚取样器14的进气口和出气口分别通过软管与集气管5、排气管11连接。泵III20的出气口通过软管与吹扫管接头7连接，吹扫管接头7通过气管与第四电磁阀18的一端连接；吹扫管12的一端与第四电磁阀18的另一端连接，吹扫管12的另一端通过三通分别与流量调节阀4、第一电磁阀间15连接。

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统中自动控制单元1中的信号输入端通过电缆3外接烟囱流量监测PLC控制器，自动控制单元的信号输出端通过控制信号线2分别与全氚取样器14、流量调节阀4、第一电磁阀15、第二电磁阀16、第三电磁阀17、第四电磁阀18、质量流量计21、压力表22、泵I23、泵II24以及泵III20连接。图1中的控制信号线2用虚线表示。

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统中进气管接头6为取样柜9的烟囱含氚废气排放取样的进气端，与烟囱流出物氚取样管通过金属波纹管采取快卸接口连接，通过泵I23或泵II24抽取烟囱内含氚气体经气管、流量调节阀4、第一电磁阀15、第二电磁阀16或第三电磁阀17、第一灰尘过滤器13或第二灰尘过滤器19、质量流量计21、压力表22、泵I23或泵II24、排气管11后送回烟囱形成含氚废气代表性样品获取回路；气管、集气管、出气管、排气管、吹扫管均为Φ10的316L（EP）管。

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统中全氚取样器14采用HTO-催化氧化-HT的鼓泡式氚两级甄别取样，以乙二醇或蒸馏水做鼓泡容器收集液。为实现流出物氚的月连续取样，保证氚长期收集时有较高的取样效率，减少样品损失，将全氚取样器14取样流量控制在1L/min以内，通过集气管5在上述含氚废气代表性样品获取回路上分流氚监测样品来实现烟囱内含氚废气的获取，减轻全氚取样器14内气泵压力。

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统中自动控制单元1通过电缆3接收烟囱上流量监测PLC控制器提供的表明烟囱正在进行含氚废气排放的24V信号（当烟囱排风瞬时流量大于预定值，表明有含氚废气经烟囱向环境排放时提供24V信号）时，自动控制单元1通过控制信号线2首先关闭第四电磁阀18，然后开启第一电磁阀15、第二电磁阀16或第三电磁阀17，其次启动泵I23或泵II24，开启质量流量计21记录取样回路瞬时流量并反馈给自动控制单元1，并通过自动控制单元1控制流量调节阀4将含氚气体经过第一灰尘过滤器13或第二灰尘过滤器19的流量控制在20～30L/min范围持续两分钟后，自动控制单元1依次开启全氚取样器14的气泵、制冷单元和催化氧化炉，烟囱含氚废气中HTO蒸汽在前两个收集瓶中通过鼓泡的方法进行收集，剩下HT在催化炉中被氧化成氚化水蒸汽后，经后两个收集瓶中通过鼓泡进行收集来实现烟囱含氚废气氚监测样品获取。当烟囱含氚废气停止向环境排放时，自动控制单元1接收到0V信号（当烟囱排风瞬时流量小于预定值，表明放射性废气未向环境排放时提供0V信号），首先依次关闭全氚取样器14的催化氧化炉，制冷单元和气泵后，关闭泵I23或泵II24，关闭第一电磁阀15、第二电磁阀16或第三电磁阀17，全氚取样器14将取样累积流量和累积时间的信息反馈给自动控制单元1存储，即完成一次烟囱含氚废气排放期间的氚监测样品获取任务。

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统中自动控制单元1接收到0V或24V信号后，经一分钟延时判断并确认输入信号稳定，有效避免了因伪信号而引起取样状态控制的误判。

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统中流量调节阀4实时调节取样柜9从烟囱内含氚废气取样的流量，其特征是通过自动控制单元1根据质量流量计21实时监测管道瞬时流量的信号反馈控制流量调节阀4，将含氚气体经过第一灰尘过滤器13或第二灰尘过滤器19的瞬时流量控制在20～30L/min范围，有利于实现全氚取样器14从取样柜9的气体回路中获取分流出来的样品。

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统中压力表22为真空压力表，能够向自动控制单元1提供气体经过第一灰尘过滤器13或第二灰尘过滤器19的压力监测反馈信息，当第一灰尘过滤器13因长时间过滤灰尘后，取样回路压力达到-0.08MPa时，自动控制单元1通过控制信号线2首先开启第三电磁阀17，然后关闭第二电磁阀16，启动第二灰尘过滤器19，可有效避免因取样回路堵塞所引发的泵故障问题。第一灰尘过滤器13和第二灰尘过滤器19对从烟囱进入取样回路的含氚废气中微尘进行过滤，避免或减少其堵塞质量流量计21、压力表22、泵I23、泵II24。

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统中泵I23和泵II24为真空泵，在取样期间交替运行，当自动控制单元1判断流出物取样时间大于三小时后，自动控制单元1启动泵II24运行，同时终止泵I23运行，泵I23与泵II24通过自动控制单元1实现以三小时为频率互相交替运行的自动控制，以提高远距离流出物氚样品获取的可靠性和稳定性。

本发明的含氚废气排放监测自动取样系统中泵III20为增压泵，在取样柜未进行烟囱内含氚废气取样期间，通过自动控制单元1停止泵I23或泵II24工作，关闭第一电磁阀15，同时开启第四电磁阀18后启动泵III20抽取环境空气来对取样柜内气管、烟囱取样管道进行吹扫，减少取样管道因长时间未运行管道内氚在其表面的吸附，以降低流出物取样过程中氚的记忆效应。

本发明不限于该实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims (4)

1.一种含氚废气排放监测自动取样系统，其特征在于：所述自动取样系统包括设置在取样柜（9）内的自动控制单元（1）、全氚取样器（14）、流量调节阀（4）、第一电磁阀（15）、第二电磁阀（16）、第三电磁阀（17）、第四电磁阀（18）、第一灰尘过滤器（13）、第二灰尘过滤器（19）、质量流量计（21）、压力表（22）、泵I（23）和泵II（24），还包括设置在取样柜（9）外的进气管接头（6）、吹扫管接头（7）、排气管接头（8）和泵III（20）；其连接关系是，设置在取样柜（9）外的进气管接头（6）通过气管依次连接流量调节阀（4）和第一电磁阀（15）的一端，第一电磁阀（15）的另一端通过三通分别与集气管（5）、第二电磁阀（16）、第三电磁阀（17）连接；第二电磁阀（16）通过气管与第一灰尘过滤器（13）的一端连接，第三电磁阀（17）通过气管与第二灰尘过滤器（19）的一端连接；第一灰尘过滤器（13）的另一端、第二灰尘过滤器（19）的另一端分别与出气管（10）的一端连接，出气管（10）上还依次连接有质量流量计（21）、压力表（22）；出气管（10）的另一端通过软管分别与泵I（23）、泵II（24）中的进气口连接；泵I（23）、泵II（24）中的出气口分别通过软管与排气管（11）连接，排气管（11）与排气管接头（8）连接；全氚取样器（14）的进气口和出气口分别通过软管与集气管（5）、排气管（11）连接；泵III（20）的出气口通过软管与吹扫管接头（7）连接，吹扫管接头（7）通过气管与第四电磁阀（18）的一端连接；吹扫管（12）的一端与第四电磁阀（18）的另一端连接，吹扫管（12）的另一端通过三通分别与流量调节阀（4）、第一电磁阀间（15）连接；

所述的自动控制单元（1）通过电缆（3）接收烟囱上流量监测PLC控制器提供的表明烟囱正在进行含氚废气排放的24V信号时，自动控制单元（1）通过控制信号线（2）首先关闭第四电磁阀（18），然后开启第一电磁阀（15）、第二电磁阀（16）或第三电磁阀（17），其次启动泵I（23）或泵II（24），开启质量流量计（21）记录取样回路瞬时流量并反馈给自动控制单元（1），并通过自动控制单元（1）控制流量调节阀（4）将含氚气体经过第一灰尘过滤器（13）或第二灰尘过滤器（19）的流量控制在20～30L/min范围持续两分钟后，自动控制单元（1）依次开启全氚取样器（14）的气泵、制冷单元和催化氧化炉，烟囱含氚废气中HTO蒸汽在前两个收集瓶中通过鼓泡式进行收集，剩下HT在催化炉中被氧化成氚化水蒸汽后，经后两个收集瓶中通过鼓泡进行收集来实现烟囱含氚废气氚监测样品获取；

当自动控制单元（1）通过电缆（3）接收烟囱上流量监测PLC控制器提供的表明烟囱含氚废气停止向环境排放的0V信号时，自动控制单元（1）通过控制信号线（2）首先依次关闭全氚取样器（14）的催化氧化炉、制冷单元、气泵、泵I（23）或泵II（24）；然后关闭第一电磁阀（15）、第二电磁阀（16）或第三电磁阀（17）；全氚取样器（14）将取样累积流量和累积时间的信息反馈给自动控制单元（1）并进行存储。

2.根据权利要求1所述的含氚废气排放监测自动取样系统，其特征在于：所述压力表（22）为真空压力表。

3.根据权利要求1所述的含氚废气排放监测自动取样系统，其特征在于：所述泵I（23）、泵II（24）为真空泵。

4.根据权利要求1所述的含氚废气排放监测自动取样系统，其特征在于：所述泵III（20）为增压泵。