CN104166154B - 一种pig取样及监测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PIG取样及监测系统和方法，包括取样回路单元和放射性测量分析控制单元，取样回路单元包括气溶胶累积取样子单元和放射性气体累积取样子单元，气溶胶累积取样子单元包括过滤器；放射性气体累积取样子单元包括气体累积取样器和分子滤膜；放射性测量分析控制单元包括HPGe探测器、能谱分析仪和计算机。HPGe探测器同时对上述两个子单元的放射性进行测量，能谱分析仪对测量信息进行处理并给出放射性能谱信息，放射性能谱信息和取样回路单元的流量控制信息一并发送到计算机处理，得到气载流体各核素的活度浓度。本发明实现了对气载流体中PIG进行累积取样测量，提高了PIG中放射性核素测量的准确度，且具有较好的实时性。

Description

一种PIG取样及监测系统和方法
技术领域
本发明涉及放射性核素监测技术领域，具体涉及一种PIG取样及监测系统和方法。
背景技术
气溶胶(P)、碘(I)及惰性气体(G)统称为PIG。PIG中所含的放射性核素分为天然放射性核素和人工放射性核素。对于核电厂，人工放射性核素产生于反应堆中燃料元件的裂变和中子对所接触材料的活化；当燃料元件破损和一回路泄漏时，人工放射性物质可能进入反应堆大厅及相关的通风回路，这些人工放射性物质可以以气溶胶、气体的形式弥撒在反应堆大厅和通风回路中(其中放射性碘同时以气溶胶和气体两种方式存在)，通风回路经过处理净化通过烟囱排放到环境，部分未彻底处理净化的人工放射性物质仍以气溶胶和气体的形式通过烟囱排放到环境。通过对工艺管线PIG的监测，可以及时发现工艺设备设施的状况；通过对烟囱PIG的监测，可评估核设施对周围环境的影响。
传统PIG监测方案缺点为气溶胶样品中部分分子碘被吸附，碘样品中部分惰性气体被吸附，取样的代表性差。由于所监测的数据无核素识别能力，气溶胶的监测数据中，同时混淆天然放射性核素和分子碘的测量数据，所测量的数据偏大；碘测量数据中，部分分子碘被气溶胶吸附，所测数据偏小，但碘吸收体对惰性气体有吸附能力，所测数据又偏大，综合这些条件，无法判断放射性碘的测量数据是否偏大或偏小；对于惰性气体，所测数据偏小，并且经常无法获得数据(所测数据小于探测下限)。
由于传统PIG监测方案的局限性，如果测量数据异常，需要现场取样实验室分析测量，丧失了监测的实时性同时增加工作量及集体剂量。急需一种新的测量方法来取代传统的监测方案。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种PIG取样及监测系统和系统，实现对PIG的实时检测，提高PIG检测的准确性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种PIG取样及监测系统，包括取样回路单元和放射性测量分析控制单元，所述取样回路单元包括气溶胶累积取样子单元和放射性气体累积取样子单元，气溶胶累积取样子单元包括用于收集气溶胶的过滤器；放射性气体累积取样子单元设置在过滤器的下方，包括气体累积取样器和设置在气体累积取样器下部的分子滤膜；放射性测量分析控制单元包括用于对过滤器和气体累积取样器进行放射性测量的HPGe探测器，HPGe探测器与能谱分析仪连接，能谱分析仪与计算机连接。
进一步，如上所述的一种PIG取样及检测系统，所述的气溶胶累积取样子单元还包括气溶胶取样器，过滤器设置在气溶胶取样器的下方。
进一步，如上所述的一种PIG取样及监测系统，所述的气溶胶取样器为夹层容器，气载流体由气溶胶取样器入口流经夹层进入过滤器。
进一步，如上所述的一种PIG取样及监测系统，所述的过滤器为气溶胶滤纸。
进一步，如上所述的一种PIG取样及监测系统，所述的气溶胶累积取样子单元还包括用于固定气溶胶滤纸的滤纸支撑片、以及用于控制气溶胶滤纸移动的电机。
进一步，如上所述的一种PIG取样及监测系统，所述气体累积取样器为一底部内凹的圆柱体，HPGe探测器嵌入在圆柱体的底部内凹中。
再进一步，如上所述的一种PIG取样及监测系统，放射性测量分析控制单元还包括与HPGe探测器连接的电制冷设备。
更进一步，如上所述的一种PIG取样及监测系统，该系统还包括用于控制气载流体流动方向的取样管线回路，所述取样管线回路包括取样泵，取样泵通过取样管与分子滤膜下方连通，取样泵与分子滤膜连通的取样管上还设有质量流量计；取样泵和质量流量计均与计算机连接。
一种PIG取样及监测方法，包括以下步骤：
(1)气载流体进入气溶胶累积取样子单元，气载流体中的气溶胶沉积在过滤器中，过滤后的气体进气体累积取样器中；所述气载流体中包含PIG；
(2)过滤后的气体中的非放射性气体通过分子滤膜，放射性气体在气体累积取样器中累积；
(3)HPGe探测器对过滤器和气体累积取样器中的各放射性核素进行计数，并将计数数据发送到能谱分析仪中，得到各放射性核素的放射性能谱信息；
(4)将所述放射性能谱信息和取样回路单元的流量控制信息发送到计算机处理，得到气载流体中各放射性核素的活度浓度；所述流量控制信息包括气载流体在设定时间内的累积流量。
本发明的有益效果在于：本发明所述的系统和方法，通过将气溶胶和放射性气体进行分别取样，之后再通过HPGe探测器和能谱分析仪对样品进行数量及种类的分析，有效提高了PIG中放射性核素测量的准确度，且该系统和方法具有较好的实时性。
附图说明
图1为具体实施方式中一种PIG取样及监测系统的框架结构示意图；
图2为具体实施方式中一种PIG取样及监测方法的流程图；
图3为具体实施方式中一种PIG取样及监测系统的示意图；
图中：
10.气溶胶累积取样子单元；11.过滤器；12.气溶胶取样器；
13.滤纸支撑片；14.电机；
20.放射性气体累积取样子单元；21.气体累积取样器；22.分子滤膜；
30.放射性测量分析控制单元； 31.HPGe探测器； 32.能谱分析仪；
33.计算机；34.电制冷设备；35.就地处理单元；
40.取样管线回路；41.取样泵；42.质量流量计；
50.屏蔽体。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
图1和图3示出了本发明具体实施方式中一种PIG取样及监测系统的示意图，该系统主要包括取样回路单元和放射性测量分析控制单元30两大部分，取样回路单元包括气溶胶累积取样子单元10和放射性气体累积取样子单元20，气溶胶累积取样子单元10包括用于收集气溶胶的过滤器11；放射性气体累积取样子单元20设置在过滤器11的下方，包括气体累积取样器21和设置在气体累积取样器21下部的分子滤膜22；放射性测量分析控制单元30包括用于对过滤器11和气体累积取样器21进行放射性测量的HPGe探测器31，HPGe探测器31与能谱分析仪32连接，能谱分析仪32与计算机33连接。
其中，所述的气溶胶累积取样子单元10还包括气溶胶取样器12，过滤器11设置在气溶胶取样器12的下方。本实施方式中的气溶胶取样器12为一夹层容器，夹层容器内表面光滑，气载流体由气溶胶取样器12入口流经夹层进入过滤器11，过滤器11沉积气载流体中的气溶胶。本实施方式中的过滤器11为气溶胶滤纸。气溶胶累积取样子单元10还包括用于固定气溶胶滤纸的滤纸支撑片13、以及用于控制气溶胶滤纸移动的电机14。电机14按规定要求转动，移动气溶胶滤纸，气溶胶累积取样子单元10所用材料选用低本底材料。在实际安装时，可以将气溶胶滤纸绕在两端固定的轴上，但两轴可以转动；电机14通过转动一个轴，另一个轴从动，完成滤纸的更换，电机受控于计算机33。
本实施方式中的气体累积取样器21其形状为马林杯形，即一底部内凹的圆柱体，HPGe探测器31嵌入在圆柱体的底部内凹中，即内凹的形状与探测器外形匹配。本实施方式中马林杯形的上部中间外层开洞，气溶胶累积取样子单元10固定在洞上，分子滤膜22设置在马林杯形的下部。马林杯形内层材料采用低质量数材料，马林杯形夹层内表面光滑。所选用的分子滤膜22要求氧气、氮气易于通过此膜，氪、氙及有机碘难于通过此膜。
放射性测量分析控制单元30还包括与HPGe探测器31连接的电制冷设备34，以及用于接收电机14信息并给电机14提供电源的就地处理单元15，就地处理单元35与计算机33连接。通过电制冷设备34能够保证HPGe探测器31连续运行在低温状态，计算机33通过就地处理单元35控制电机14的转动，实现气溶胶滤纸的更换。
此外，本发明的PIG取样及监测系统还包括用于控制气载流体流动方向的取样管线回路40，取样管线回路40包括取样泵41，取样泵41通过取样管与分子滤膜22下方连通，取样泵41与分子滤膜22连通的取样管上还设有质量流量计42；取样泵41和质量流量计42均与计算机33连接，取样泵41自动抽出气载流体使被监测的气载流体沿指定的方向流动。在实际应用中，本系统的取样管线回路40还可以包括用于阀门、压力表43、压差表44等部件；取样管线回路40通过取样泵41实现气载流体由气溶胶取样器12入口流入，由气体累积取样器21下部设置的分子滤膜22流出，并能实现整个回路的吹扫；质量流量计42用于计算被取样气载流体的标准体积。如图3中所示的连接线路中，虚线表示的是电缆，实现为取样管线。
由于本发明适用于放射性物质的取样及监测，在溶胶累积取样子单元10和放射性气体累积取样子单元20的外围还设有屏蔽体50，如图3所示。
本实施方式中的HPGe探测器嵌入在气体累积取样器21的底部，用于监测马林杯形(气体累积取样器21)及气溶胶滤纸中的γ放射性物质，能谱分析仪32接收HPGe探测器31的信息并给HPGe探测器31提供电源；计算机33接收能谱分析仪32、就地处理单元35、取样泵41、质量流量计42等部件的信息，同时控制就地处理单元35、取样泵41、能谱分析仪32等部件的运行方式。
图2示出了基于图3中所示系统的一种PIG取样及监测方法的流程图，该方法主要包括以下步骤：
步骤S1：气载流体进入气溶胶累积取样子单元10，气载流体中的气溶胶沉积在过滤器11中，过滤后的气体进气体累积取样器21中；所述气载流体中包含PIG，即气溶胶P、碘I及惰性气体G；
步骤S2：过滤后的气体中的非放射性气体通过分子滤膜22，放射性气体在气体累积取样器21中累积；
步骤S3：HPGe探测器对过滤器11和气体累积取样器21中的各放射性核素进行计数，并将计数数据发送到能谱分析仪31中，得到各放射性核素的放射性能谱信息；；
步骤S4：将所述放射性能谱信息和取样回路单元的流量控制信息发送到计算机33处理，得到气载流体中各放射性核素的活度浓度。
其中，所述的取样回路单元的流量控制信息包括气载流体的流速与时间的对应关系、以及一段时间内(设定时间)的气载流体的累积流量等信息。能谱信息指被监测介质(本实施方式中的放射性核素)在被测量时，X轴为能量信息、Y轴为计数信息形成的曲线。能谱信息通过校准可以给出各放射性核素的活度，各放射性核素的活度除流量控制信息中的的累积流量即可获得“各放射性核素的活度浓度”。放射性核素活度及放射性核素活度浓度的上述获取计算方式为现有技术。
本实施方式中的计算机33处理根据放射性能谱信息和取样回路单元的流量控制信息处理得到放射性核素活度浓度外，还可以综合接收和处理各方的信息，如电机14的运转信息、取样泵41的运转信息等，并将处理结果进行存储、打印，同时将控制信息传送到相关设备，实现对相关设备的控制；
在取样及监测过程中，电制冷设备34，保证HPGe探测器31连续运行在低温状态；当取样泵41停止工作后，吹扫气体启动，设备转入维护状态；吹扫气体停止，电机转动，重新更换气溶胶滤纸，取样泵41启动，设备重新进入测量状态。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种PIG取样及监测系统，包括取样回路单元和放射性测量分析控制单元(30)，其特征在于：所述取样回路单元包括气溶胶累积取样子单元(10)和放射性气体累积取样子单元(20)，气溶胶累积取样子单元(10)包括用于收集气溶胶的过滤器(11)；放射性气体累积取样子单元(20)设置在过滤器(11)的下方，包括气体累积取样器(21)和设置在气体累积取样器(21)下部的分子滤膜(22)；放射性测量分析控制单元(30)包括用于对过滤器(11)和气体累积取样器(21)进行放射性测量的HPGe探测器(31)，HPGe探测器(31)与能谱分析仪(32)连接，能谱分析仪(32)与计算机(33)连接。
2.如权利要求1所述的一种PIG取样及监测系统，其特征在于：所述的气溶胶累积取样子单元(10)还包括气溶胶取样器(12)，过滤器(11)设置在气溶胶取样器(12)的下方。
3.如权利要求2所述的一种PIG取样及监测系统，其特征在于：所述的气溶胶取样器(12)为夹层容器，气载流体由气溶胶取样器(12)入口流经夹层进入过滤器(11)。
4.如权利要求1至3之一所述的一种PIG取样及监测系统，其特征在于：所述的过滤器(11)为气溶胶滤纸。
5.如权利要求4所述的一种PIG取样及监测系统，其特征在于：所述的气溶胶累积取样子单元(10)还包括用于固定气溶胶滤纸的滤纸支撑片(13)、以及用于控制气溶胶滤纸移动的电机(14)。
6.如权利要求1所述的一种PIG取样及监测系统，其特征在于：所述气体累积取样器(21)为一底部内凹的圆柱体，HPGe探测器(31)嵌入在圆柱体的底部内凹中。
7.如权利要求1所述的一种PIG取样及监测系统，其特征在于：放射性测量分析控制单元(30)还包括与HPGe探测器(31)连接的电制冷设备(34)。
8.如权利要求1所述的一种PIG取样及监测系统，其特征在于：该系统还包括用于控制气载流体流动方向的取样管线回路(40)，所述取样管线回路(40)包括取样泵(41)，取样泵(41)通过取样管与分子滤膜(22)下方连通，取样泵(41)与分子滤膜(22)连通的取样管上还设有质量流量计(42)；取样泵(41)和质量流量计(42)均与计算机(33)连接。
9.一种PIG取样及监测方法，包括以下步骤：
(1)气载流体进入气溶胶累积取样子单元(10)，气载流体中的气溶胶沉积在过滤器(11)中，过滤后的气体进气体累积取样器(21)中；所述气载流体中包含PIG；
(2)过滤后的气体中的非放射性气体通过分子滤膜(22)，放射性气体在气体累积取样器(21)中累积；
(3)HPGe探测器(31)对过滤器(11)和气体累积取样器(21)中的各放射性核素进行计数，并将计数数据发送到能谱分析仪(32)中，得到各放射性核素的放射性能谱信息；
(4)将所述放射性能谱信息和取样回路单元的流量控制信息发送到计算机(33)处理，得到气载流体中各放射性核素的活度浓度；所述流量控制信息包括气载流体在设定时间内的累积流量。
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