CN104167233A

CN104167233A - 氚水收集装置

Info

Publication number: CN104167233A
Application number: CN201410263416.2A
Authority: CN
Inventors: 杨勇; 杜阳; 余卫国; 胥全敏; 蒋树斌; 成琼; 马俊格; 董兰
Original assignee: Institute of Nuclear Physics and Chemistry China Academy of Engineering Physics
Current assignee: Institute of Nuclear Physics and Chemistry China Academy of Engineering Physics
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2014-11-26

Abstract

本发明提供了一种氚水收集装置，所述装置中的真空增压泵、空气冷却盘管、冷阱冷却器、分子筛吸收器、液氮温度分子筛吸收器、除杂床以及控制面板之间通过管道连接。其工作流程是真空增压泵将含氚气体压入空气冷却盘管冷却到约40℃后再进入冷阱冷却器冷却，然后利用分子筛吸收氚水，最后在液氮温度下利用分子筛吸收氚水，剩余含氚气体通过排空阀排出到氚净化系统。本发明能延长氚净化系统合金吸氢床和催化氧化床的寿命50％左右，能提高使用效率50％以上，使产生的分子筛干燥吸附剂放射性废物减少80％以上，本发明装置还可应用于核设施中高放射氚气的核应急工作。

Description

氚水收集装置

技术领域

本发明属于核设施内高放射氚气中的氚化水收集和杂质的去除装置领域，具体涉及一种氚水收集装置。

背景技术

由于氚是具有毒性的放射性核素，在很多核设施中存在高放射氚气、氚化水和其它核素的杂质气体。这些氚气、氚化水和杂质气体直接排放会对环境造成污染，必须收集经过净化处理达到或者低于氚排放标准，满足保护环境的要求。目前的处理方式为直接净化，净化系统主要是采取催化剂催化氧化以及分子筛干燥、合金吸氢等材料技术，其原理一是含氚废气中的氚经过催化氧化转化为氚化水，直接用分子筛吸收；二是在较纯的氚气或惰性气体气氛下，用合金吸氢床直接吸收，氚气中的CO、CO₂、O₂、CH_x等对催化剂、合金吸氢床具有毒化作用，使其效率降低甚至失去作用，因此利用现有的净化处理方式在氚领域处理氚废气时产生的废物多、效率低、成本高、有机氚顽固等弊端。为此，本发明研制的氚水收集装置能解决以上问题。本发明研制的氚水收集装置对氚气氛中的氚水蒸汽进行收集，并去除大部分N₂、CO₂、O₂、CH_x等杂质气体，降低杂质气体对于氚净化系统合金吸氢床以及催化氧化床的毒化作用。分子筛干燥吸附使用效率能提高50％以上，催化氧化剂寿命延长50％左右，提高分子筛干燥吸附效率减少更换分子筛干燥吸附的频率，减少更换的分子筛干燥吸附剂放射性废物的80％以上，也降低了更换放射性射废物分子筛干燥吸附剂操作人员受照射的风险。

发明内容

为了克服现有技术中高放射氚气处理产生废物多、处理效率低、成本高的不足之处，本发明提供一种氚水收集装置。

实现本发明的技术方案如下

本发明的氚水收集装置，其特点是，所述的装置包括真空增压泵、空气冷却盘管、冷阱冷却器、分子筛吸收器、液氮温度分子筛吸收器、除杂床、管道、排空阀以及将上述各部分集成并实现操控的控制面板。其连接关系是，所述的真空增压泵、空气冷却盘管、冷阱冷却器、分子筛吸收器、液氮温度分子筛吸收器、除杂床依次通过气体管道连接，气体管道上设置有排空阀；其中，所述的冷阱冷却器、分子筛吸收器还通过冷凝管道分别与装有冷却剂的冷阱连接。

所述的真空增压泵将含氚气体压入空气冷却盘管冷却到室温，再进入冷阱冷却器冷却，使部分氚水冷凝下来，然后利用分子筛吸收器中的分子筛吸收氚水，最后在液氮温度分子筛吸收器中液氮温度下利用分子筛吸收氚水，剩余气体主要是氚气，通过排空阀Ⅱ排出到氚净化系统；氚水收集完成后，将液氮温度分子筛吸收器适当升温，将氚气释放出来而大部分杂质气体继续被分子筛吸收，释放出来的含氚气体采用除杂床除去杂质气体后通过排空阀Ⅰ排出到氚净化系统。

所述的真空增压泵泵头上设置有缓冲除尘保护器。

所述的冷阱冷却器外设置有保温套；

所述的液氮温度分子筛吸收器外设置有真空隔热层，顶部设置有隔热盖板、温度探头和排空阀Ⅱ。

所述除杂床外设置有加热套，顶部设置有温控仪。

本发明装置中的真空增压泵将含氚气体压入空气冷却盘管冷却到约40℃，使部分氚水冷凝为液态；再进入冷阱冷却器冷却，使绝大部分氚水冷凝下来；然后利用分子筛吸收氚水，最后在液氮温度下利用分子筛进一步吸收捕集氚水蒸气和其它气体，剩余气体（主要是氚气）排出到氚净化系统。在液氮温度下，分子筛可以将气体氚、氚水蒸气和其它气体全部捕集，稍微升温，在100K左右可以将氚气释放出来而包括氚水蒸汽在内的其它气体不会被释放。氚水收集完成后，将液氮温度分子筛吸收器适当升温，将氚气释放出来而大部分杂质气体继续被分子筛吸收，释放出来的含氚气体采用除杂床除去大量N₂、CO₂、O₂、CHx等杂质气体后排出到氚净化系统。

本发明的有益效果是：

（1）延长氚净化系统合金吸氢床以及催化氧化床的寿命。由于N₂、CO₂、O₂、CH_x等杂质气体对氚净化系统合金吸氢床以及催化氧化床具有毒化作用，本发明的收集装置通过液氮温度分子筛吸收器、除杂床能去除大部分N₂、CO₂、O₂、CH_x等杂质气体，从而能降低杂质气体对于氚净化系统合金吸氢床以及催化氧化床的毒化侵害，所以能延长氚净化系统合金吸氢床以及催化氧化床的寿命50％左右；

（2）效率高。由于绝大部分氚水在冷阱冷却器冷中被冷凝为下来，剩余气体再进入分子筛吸收器，利用分子筛吸收氚水，因此减少了分子筛吸收氚化水的总量，能提高使用效率50％以上。

（3）废物少。由于提高了分子筛干燥吸附效率，从而减少了更换分子筛干燥吸附的频率，采用本装置，更换的分子筛干燥吸附剂放射性废物减少80％以上。

（4）氚气应急监测。由于本发明的装置是可移动、便携式的，本发明的装置通过真空增压泵、空气冷却盘管、冷阱冷却器、分子筛吸收器将空气中的氚冷凝下来，冷凝液从冷阱冷却器的放液口放出，作为样品进行检测，所以本发明的装置可有效的应用于核设施中高放射氚气的核应急工作。

本发明的装置能使含氚气体通过直接收集和借助其他试剂辅助，在任何核设施中有高放射性氚气时都能对气氛中的氚水蒸汽进行收集，并去除大部分N₂、CO₂、O₂、CH_x等杂质气体，以降低杂质气体对于氚净化系统合金吸氢床以及催化氧化床的毒化作用。使产生的分子筛干燥吸附剂放射性废物减少80％以上，使用效率提高50％以上，催化氧化剂寿命延长50％左右，本发明结构简单，易于操作。

附图说明

图1为本发明的氚水收集装置结构示意图；

图2为本发明的氚水收集装置工艺流程图；

图中，1.真空增压泵 2.空气冷却盘管 3.冷阱冷却器 4.冷阱 5.分子筛吸收器 6.保温套 7.液氮温度分子筛吸收器 8.真空隔热层 9.排空阀Ⅰ 10.除杂床 11.加热套 12.排空阀Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

图1为本发明的氚水收集装置结构示意图，本发明的氚水收集装置，包括真空增压泵1、空气冷却盘管2、冷阱冷却器3、分子筛吸收器5、液氮温度分子筛吸收器7、除杂床10、管道、排空阀以及将上述各部分集成并实现操控的控制面板。其连接关系是，所述的真空增压泵1、空气冷却盘管2、冷阱冷却器3、分子筛吸收器5、液氮温度分子筛吸收器7、除杂床10依次通过气体管道连接，气体管道上均分别设置有排空阀；其中，所述的冷阱冷却器3、分子筛吸收器5还通过冷凝管道分别与装有冷却剂的冷阱4连接。

本实施例中，冷阱冷却器3采用冷阱－10℃冷却器、分子筛吸收器5采用－10℃分子筛吸收器，所述的真空增压泵1将含氚气体压入空气冷却盘管2冷却到室温，再进入冷阱－10℃冷却器冷却到－10℃，使部分氚水冷凝下来，然后利用－10℃分子筛吸收器中的分子筛在－10℃下吸收氚水，最后在液氮温度分子筛吸收器7中液氮温度下利用分子筛吸收氚水，剩余气体主要是氚气，通过排空阀Ⅱ12排出到氚净化系统；氚水收集完成后，将液氮温度分子筛吸收器7适当升温，将氚气释放出来而大部分杂质气体继续被分子筛吸收，释放出来的含氚气体采用除杂床10除去杂质气体后通过排空阀Ⅰ9排出到氚净化系统。

所述的真空增压泵1泵头上设置有缓冲除尘保护器。

所述的冷阱－10℃冷却器外设置有保温套6；

所述的液氮温度分子筛吸收器7外设置有真空隔热层8，顶部设置有隔热盖板、温度探头和排空阀Ⅱ12。

所述除杂床10外设置有加热套11，顶部设置有温控仪。

本发明装置中各组成部分的作用如下：

空气冷却盘管：将氚水蒸汽冷却到40℃，使部分氚水冷凝为液态；

冷阱-10℃冷却器：将氚水蒸汽冷却到-10℃，使绝大部分氚水冷凝为液态；

-10℃分子筛吸收器：在-10℃下，使部分氚水被分子筛吸收；

液氮温度分子筛吸收器：在液氮温度下（77K），使氚水蒸气和其它气体被分子筛捕集；

除杂床：利用浸滞还原法合成的消气材料将气体中所含的杂质气体如氧气、甲烷、二氧化碳等吸收或分解，减小杂质气体对于氚净化系统合金吸氢床的影响，进一步减少前级低温吸附没有完全去除的杂质气体。

控制面板：控制面板内安放一体式控制电脑，可采集温度、压力、流量等信号，也可将控制指令传输至系统进行运行。

图2为本发明的氚水收集装置工艺流程图，本发明中各部分之间通过气体管道连接，管道上设置有若干排空阀，其中空气冷却盘管与冷阱-10℃冷却器之间还通过内装有冷却剂的冷阱和管道连接。其使用工作流程：真空增压泵1将含氚气体通过管道压入空气冷却盘管2，使含氚气体冷却到室温40℃，并使部分氚水冷凝为液态，冷却后的含氚气体通过管道再进入冷阱-10℃冷却器冷却到-10℃，然后利用-10℃分子筛吸收器在-10℃下吸收氚水，最后在液氮温度下利用液氮温度分子筛吸收器7吸收氚水，剩余气体（主要是氚气）通过排空阀Ⅱ12排出（到氚净化系统）。在液氮温度下（77K）液氮温度分子筛吸收器7可以将气体氚、氚水蒸气和其它气体统统捕集，稍微升温，在100K左右可以将氚气释放出来而包括氚水蒸汽在内的其它气体不会被释放。氚水收集完成后，将液氮温度分子筛吸收器7适当升温，将氚气释放出来而大部分杂质气体继续被液氮温度分子筛吸收器7吸收，释放出来的含氚气体采用除杂床10除去大量N₂、CO₂、O₂、CH_x杂质气体后通过排空阀Ⅰ9排出到氚净化系统。

本发明装置完全符合放射性工作的应用。

本发明型装置所述的所有控制系统都是由控制面板内安放的一体式控制电脑控制，可采集温度、压力、流量等信号，也可将控制指令传输至系统进行运行。

本发明将任何核设施中有高放射性氚气时都能克服对气氛中的氚水蒸汽进行收集，并去除大部分N₂、CO₂、O₂、CH_x等杂质气体，降低杂质气体对于氚净化系统合金吸氢床以及催化氧化床的毒化作用；本发明装置也可外接到净化系统后部，对氚净化系统产生的氚水蒸汽进行收集，进一步降低排放到环境中的氚浓度水平，保证工作人员的健康及环境的安全。并可有效的应用于核设施中高放射氚气的核应急工作、效率高、效果良好。

本发明装置不限于该实施例，本发明装置内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims

1.一种氚水收集装置，其特征在于，所述的装置包括真空增压泵（1）、空气冷却盘管（2）、冷阱冷却器（3）、分子筛吸收器（5）、液氮温度分子筛吸收器（7）、除杂床（10）、管道、排空阀以及将上述各部分集成并实现操控的控制面板；其连接关系是，所述的真空增压泵（1）、空气冷却盘管（2）、冷阱冷却器（3）、分子筛吸收器（5）、液氮温度分子筛吸收器（7）、除杂床（10）依次通过气体管道连接，气体管道上设置有排空阀；其中，所述的冷阱冷却器（3）、分子筛吸收器（5）还通过冷凝管道分别与装有冷却剂的冷阱（4）连接；所述的真空增压泵（1）将含氚气体压入空气冷却盘管（2）冷却到室温，再进入冷阱冷却器（3）冷却，使部分氚水冷凝下来，然后利用分子筛吸收器（5）中的分子筛吸收氚水，最后在液氮温度分子筛吸收器（7）中液氮温度下利用分子筛吸收氚水，剩余气体通过排空阀Ⅱ（12）排出到氚净化系统；氚水收集完成后，将液氮温度分子筛吸收器（7）适当升温，将氚气释放出来而大部分杂质气体继续被分子筛吸收，释放出来的含氚气体采用除杂床（10）除去杂质气体后通过排空阀Ⅰ（9）排出到氚净化系统。

2.根据权利要求1所述的氚水收集装置，其特征是：所述的真空增压泵（1）泵头上设置有缓冲除尘保护器。

3.根据权利要求1所述的氚水收集装置，其特征是：所述的冷阱冷却器（3）外设置有保温套（6）。

4.根据权利要求1所述的氚水收集装置，其特征是：所述的液氮温度分子筛吸收器（7）外设置有真空隔热层（8），顶部设置有隔热盖板、温度探头和排空阀Ⅱ（12）。

5.根据权利要求1所述的氚水收集装置，其特征是：所述除杂床（10）外设置有加热套（11），顶部设置有温控仪。