CN105700007A - 一种放射性水样蒸发浓缩装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放射性水样蒸发浓缩装置及蒸发浓缩方法，所述装置包括加热器、置于该加热器上的蒸发器、冷凝器、管、电子流量计、水泵、水样收集器、水位传感器和控制器；水泵的进水端和出水端分别通过所述管与水样收集器和电子流量计的进水端连通，电子流量计的进水端通过管与处于密封塞外侧的进水管一端连通，冷凝器的进汽口与蒸发器的排汽口通过管相连，控制器对加热炉和水泵的电路开闭及水泵的进水量进行控制；所述方法包括第一次向蒸发器注入（P-Q）L的最低液面水样，再通过n次水样注入和水样蒸发，直至PL水全部注入到蒸发器内，且蒸发器内余下的水样处于所述最低液面。优点是提高试验效率，减少放射性水样排出。

Description

一种放射性水样蒸发浓缩装置及方法

技术领域

本发明涉及放射性水样分析测试装置，尤其涉及一种放射性水样蒸发浓缩装置。

背景技术

由于放射性核素在环境水样中的含量非常低（通常为痕量级），无法通过现有的检测方法和测量设备进行分析，因此需要对该种水持续加热进行蒸发浓缩，使其达到能够通过相关分析方法或测量仪器测量出的最低放射性核素的浓度水平。例如一般痕量级的50L水样，需要通过蒸发浓缩至220ml，即浓缩倍为227倍才能达到测量其中γ放射性核素的最低测试浓缩下限。

目前放射性水样蒸发浓缩方法一般是先将待测的水样分（一般是50L）分多次取到小容积的玻璃烧杯中，烧杯的容积通常是3L或5L，装有水样的烧杯置于电炉上微沸蒸发，在加热蒸发的过程中需试验人员不断地向烧杯中添加水样，直至所有水样蒸发至所需的最终体积。因整个蒸发过程耗时冗长，试验人员往往还兼顾其他事项，因此难免有疏忽，致使未能及时添加水样造成水样烧干，烧杯破损，导致试验失败，使试验效率大大降低，同时还会使放射性水样预估储备量大，从而增加放射性物质的排出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高试验效率并能减少放射性水样排出的一种放射性水样蒸发浓缩装置及方法。

为实现上述目的，本发明的放射性水样蒸发浓缩装置包括：加热器、置于该加热器上的蒸发器、冷凝器、管、电子流量计、水泵、水样收集器、水位传感器和控制器；所述冷凝器包括具有进汽口和出水口的水汽收集管和置于水汽收集管中的冷却管；所述蒸发器包括具有进水口和排汽口的蒸发容器、密封堵塞在蒸发容器的进水口上的密封塞及密封穿接密封塞的进水管；所述水泵的进水端和出水端分别通过所述管与所述水样收集器和电子流量计的进水端连通，电子流量计的进水端通过管与处于密封塞外侧的进水管一端连通，所述冷凝器的进汽口与蒸发器的排汽口通过管相连，所述水位传感器置于所述蒸发容器中的最低液面处并与所述控制器电连接，控制器根据传感器发出的最低水位信号和电子流量计的流量信号对加热炉和水泵的电路开闭及水泵的进水量进行控制，通过n+1次的水样注入，将PL水样注入蒸发容器中，经n次蒸发后，剩余的水样至少达到设定的最低放射性核素浓度，并处于所述最低液面，且为第一次向蒸发容器注入的水样量。据此，本发明装置能自动添加水样直至使水样蒸发到所需浓度。

进一步的，所述管包括金属管和软管；所述软管为橡胶软管或塑胶软管。

进一步的，所述水样蒸发容器为包括球形蒸发腔和圆管形的进水口及排汽口的玻璃器皿，所述进水口设置在球形蒸发腔上端，所述排汽口设置在圆管形进水口一侧的管壁上，或设置在球形蒸发腔上部的腔壁上，且高于球形蒸发腔内的最高液面。

更进一步的，所述球形蒸发腔的腔壁上设有容积刻度。

进一步的，所述冷却管为圆管状容器，该圆管状容器两端的管壁上分别设有用于冷却水引入和引出的引入口和引出口；所述水汽收集管为螺旋管，沿冷却管轴向设置于冷却管内，两端从冷却管轴向两端密封引出，分别形成所述的进汽口和出水口。

进一步的，所述蒸发浓缩装置还包括冷凝水收集容器，该冷凝水收集容器与冷凝器中的出水口相连通。

进一步的，所述出水口通过管与冷凝水收集容器连通，且所述管上设有开关阀。

进一步的，所述水泵的进水端和出水端分别依次通过金属管和软管与水样收集器和电子流量计的进水端连通。

进一步的，所述电子流量计的进水端通过软管与处于密封塞外侧的进水管一端连通。

针对上述蒸发浓缩装置，对于容积为PL的放射性水样，蒸发掉QL后至少达到最低放射性核素浓度，其对所述水样进行蒸发浓缩的步骤为：

1）所述控制器第一次开启水泵，依据电子流量计的流量信号向蒸发器注入（P-Q）L所述水样，并使注入的（P-Q）L水样的液面为最低液面；

2）所述控制器第二次开启水泵，向蒸发器注入的水样按将余下水样量R做n次平均注入计，即注入量为(R/n)L，R=P-Q，在注入(R/n)L水样后控制器根据电子流量计的流量信号关闭水泵、开启加热炉；加热炉对蒸发器加热，蒸发器内的水位下降直至最低液面，传感器向控制器发出信号，控制器关闭加热炉、开启水泵，再次向蒸发器注入(R/n)L水样；

3）重复n次步骤2），直至水样收集器内的PL的水样全部注入到蒸发器内，蒸发器内余下（P-Q）L水样，该水样即为至少达到最低放射性核素浓度的水样。

本发明的有益效果在于：本发明装置通过设定的程式，使加热炉和水泵轮流工作，根据蒸发量水泵向蒸发器注入相应体积的水样，待蒸发器补充适量水样后加热炉启动，以对蒸发器加热，使水样蒸发，由此经过n次水泵向蒸发器注水和加热炉对蒸发器加热，直至蒸发器注入的水样累积量达到设定量，且使剩余水样至少达到设定的最低放射性核素浓度，整个蒸发浓缩过程结束，整个过程不需要相关工作人员没有疏忽地专注于蒸发浓缩，从而实现整个蒸发浓缩过程的自动化，并保证蒸发浓缩按设计完成，不会出现水样烧干蒸发器烧坏致使试验失败的现象，提高试验工作的效率，同时放射性水样可以根据设定量提取，不需要为预防试验失败，而储备较大量的放射性水样，从而减少试样的排出。

附图说明

图1是本发明的一种蒸发浓缩装置的结构示意图，其中的水样蒸发容器的排气口设置在进水口一侧的管壁上。

图2是本发明的另一种蒸发浓缩装置的结构示意图，其中的水样蒸发容器的排气口设置在收集腔的腔壁上。

图中1-冷凝器，11-水汽收集管，111-进汽口，112-出水口，12冷却管，2-管，3-加热器，4-蒸发器，82-电子流量计，6-水泵，7-水样收集器，81-水位传感器，8-控制器，9-冷凝水收器。

具体实施方式

如图1，本发明放射性水样蒸发浓缩装置的一个具体实施例，它主要由冷凝器1、管2、加热器3、蒸发器4、电子流量计82、水泵6、水样收集器7、水位传感器81和控制器8组成。

其中的蒸发器4置于加热炉3的上端并包括水样蒸发容器41和密封塞42及进水管43，蒸发容器41具有进水口411和排汽口412。进一步的水样蒸发容器41为玻璃器皿，且该玻璃器皿包括球形蒸发腔413和设于该收集腔413上端的圆管形的进水口411和排汽口412，排汽口412设于设置在圆管形进水口一侧的管壁上，或设置在收集腔上部的腔壁上，如图2，其位置应高于蒸发器内水样的最高液面，使液面上因蒸发产生的水蒸气由该排汽口412排出。密封塞42密封堵塞在水样蒸发容器41的进水口411上，也就是堵塞在圆管形的进水口411的上端，进水管43密封穿接密封塞42，使上端露出密封塞42外，下端处于收集腔413内。为了方便了解蒸发腔413中的水样量，在球形蒸发腔的腔壁上设有容积刻度。

冷凝器1包括水汽收集管11和冷却管12，冷却管12为管为圆管状容器，该圆管状容器管壁上、下端管壁上分别设有引出口121和引入口122，用于冷却水的引出和引入。进一步的，为了增加与冷却水的热交换面，水汽收集管11制作成螺旋管，该螺旋状的水汽收集管11沿冷却管轴向置于冷却管12内，且两端从冷却管12的轴向两端部密封引出，形成蒸发器的进汽口111和出水口112，本实施例中水汽收集管11垂直设置，上端为进汽口，下端为出水。

冷凝器1被固定在第一支架25上，冷凝器1中的水汽收集管11的进汽口111通过管连接在水样蒸发容器41的排汽口412上，使蒸发器4中的水蒸气由排汽口412、管2和进汽口111进入冷凝器1。冷却水从下而上通过冷却管，水汽收集管11中的水蒸气在沿螺旋的运行中，与周围的冷却水不断进行热交换，热量被冷却水带走，由气相变为液相，从而成为冷凝水。

为了防止该冷凝水可能对环境形成污染，设置一个冷凝水收集容器9，由此在出水口112上连接金属管21，水汽收集管11通过金属管21与冷凝水收集容器9连通，为方便控制水汽收集管11中冷凝水的排出，在该金属管21的下端连接阀23。

用于将水样收集器7中的水样不断补充到蒸发器4中的水泵6被固定在第二支架26上，其进水端和出水端分别通过管与水样收集器7和上述蒸发器4中的电子流量计82的进水端连通。所述的管包括金属管21和软管22，软管22为橡胶软管或塑胶软管。本实施例中的水泵6的进水端和出水端分别连接金属管21，其出水端一侧的金属管21与电子流量计82的进水端连接，使电子流量计82被固定，电子流量计82的出水端的金属管21通过软管22与处于密封塞外侧的进水管43一端连通，水泵6的出水端一侧的金属管21与软管22连接，该软管22插入到水样收集器7中，以与水样收集器7连通，水样收集器7中装有PL容量的放射性水样，软管22的下端基本处于水样收集器7底部，以保证将水样收集器7中的水样全部抽尽。

水位传感器81置于蒸发容器41内，即置于球形蒸发腔413内，并处于该球形蒸发腔413内的水样最低水位位置，水位传感器的则与控制器8的对应信号输入端电连接。

控制器8为具有信号接收电路、开关驱动电路和CPU的控制芯片，信号接收电路接收来自电子流量计82和水位传感器81发出的流量信号和水位信号并将之转变为数字信号输入到CPU对应输入端，CPU对接收的信号根据设定的程式进行处理后发出控制水泵6和加热炉3电源开关的控制信号，该控制信号经CPU对应输出端输送到开关驱动电路输入端，经开关驱动电路对控制信号放大，由其输出端对对应电源开关进行开闭的驱动，因该控制器为普通公开的技术，不再详细描述。

上述所列举的本发明放射性水样蒸发浓缩装置由控制器根据设定的程式进行水样蒸发浓缩。如若PL容积的放射性水样到达设定的放射性核素浓度时需要蒸发掉的水量为QL，则利用本发明装置进行蒸发浓缩方法包括：

控制器在第一次开启水泵时，根据电子流量计的流量信号向蒸发器4内第一次注入的水样量为（P-Q）L，（P-Q）L的水样量即为通过蒸发达到设定放射性核素浓度时的水样容积量，该容积量的水样在蒸发器4内所形成的液面作为处于最低水位，即水位传感器81所置位置。

将第一次注入到蒸发器4后水样收集器7所剩余的水样量RL，R=（P-Q）L，按n次平均且自动注入到蒸发器中，每次注入量为(R/n)L，在第一次注入水样后立即进行第二次的(R/n)L水样量注入，在注入(R/n)L水样后控制器根据电子流量计的流量信号关闭水泵、开启加热炉，加热炉对蒸发器加热，蒸发器内的水样蒸发，水位不断下降，在第二次加入的(R/n)L水样完全蒸发掉后，水位降至（P-Q）L刻度位置，传感器向控制器发出信号，控制器关闭加热炉、开启水泵，上述过程重复n次后，水样收集器内的PL的水样全部注入到蒸发器内，直至蒸发器内余下（P-Q）L水样，该水样的放射性核素浓度达到设定值，即该浓度可通过相关分析方法或测量仪器可测量出。

Claims (10)

1.一种放射性水样蒸发浓缩装置，其特征在于：该装置包括：加热器、置于该加热器上的蒸发器、冷凝器、管、电子流量计、水泵、水样收集器、水位传感器和控制器；所述冷凝器包括具有进汽口和出水口的水汽收集管和置于水汽收集管中的冷却管；所述蒸发器包括具有进水口和排汽口的蒸发容器、密封堵塞在蒸发容器的进水口上的密封塞及密封穿接密封塞的进水管；所述水泵的进水端和出水端分别通过所述管与所述水样收集器和电子流量计的进水端连通，电子流量计的出水端通过管与处于密封塞外侧的进水管一端连通，所述冷凝器的进汽口与蒸发器的排汽口通过管相连，所述水位传感器置于所述蒸发容器中的最低液面处并与所述控制器电连接，所述电子流量计的信号输出端与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种放射性水样蒸发浓缩装置，其特征在于：所述管包括金属管和软管；所述软管为橡胶软管或塑胶软管。

3.根据权利要求2所述的一种放射性水样蒸发浓缩装置，其特征在于：所述水泵的进水端依次通过金属管和软管与水样收集器连通，水泵出水端通过金属管与电子流量计连通。

4.根据权利要求2所述的一种放射性水样蒸发浓缩装置，其特征在于：所述电子流量计的出水端通过软管与处于密封塞外侧的进水管一端连通。

5.根据权利要求1所述的一种放射性水样蒸发浓缩装置，其特征在于：所述水样蒸发容器为包括球形蒸发腔和圆管形的进水口及排汽口的玻璃器皿，所述进水口设置在球形蒸发腔上端，所述排汽口设置在圆管形进水口一侧的管壁上，或设置在球形蒸发腔上部的腔壁上，且高于球形蒸发腔内的最高液面。

6.根据权利要求5所述的一种放射性水样蒸发浓缩装置，其特征在于：所述球形蒸发腔的腔壁上设有容积刻度。

7.根据权利要求1所述的一种放射性水样蒸发浓缩装置，其特征在于：所述冷却管为圆管状容器，该圆管状容器两端的管壁上分别设有用于冷却水引入和引出的引入口和引出口；所述水汽收集管为螺旋管，沿冷却管轴向设置于冷却管内，两端从冷却管轴向两端密封引出，分别形成所述的进汽口和出水口。

8.根据权利要求1所述的一种放射性水样蒸发浓缩装置，其特征在于：所述蒸发浓缩装置还包括冷凝水收集容器，该冷凝水收集容器与冷凝器中的出水口相连通。

9.根据权利要求8所述的一种放射性水样蒸发浓缩装置，其特征在于：所述出水口通过管与冷凝水收集容器连通，且所述管上设有开关阀。

10.如权利要求1-9任一项所述水样蒸发浓缩装置的放射性水样蒸发浓缩方法，对于容积为PL的放射性水样，蒸发掉QL后至少达到最低放射性核素浓度，其特征在于：所述方法，包括下述步骤：

1）所述控制器第一次开启水泵，依据电子流量计的流量信号向蒸发器注入（P-Q）L所述水样，并使注入的（P-Q）L水样的液面为最低液面；

2）所述控制器第二次开启水泵，向蒸发器注入的水样按将余下水样量R做n次平均注入，即注入量为(R/n)L，R=P-Q，在注入(R/n)L水样后控制器根据电子流量计的流量信号关闭水泵、开启加热炉；加热炉对蒸发器加热，蒸发器内的水位下降直至最低液面，传感器向控制器发出信号，控制器关闭加热炉、开启水泵，再次向蒸发器注入(R/n)L水样；

3）重复n次步骤2），直至水样收集器内的PL的水样全部注入到蒸发器内，蒸发器内余下（P-Q）L水样，该水样即为至少达到最低放射性核素浓度的水样。