CN105738142A

CN105738142A - 一种碘吸附器吸附效率实验装置及其实验方法

Info

Publication number: CN105738142A
Application number: CN201610108946.9A
Authority: CN
Inventors: 李召杰; 聂沈斌; 何庆琼; 于海峰; 张运会; 范斯军
Original assignee: China General Nuclear Power Corp; CGN Power Co Ltd; Suzhou Nuclear Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: China General Nuclear Power Corp; CGN Power Co Ltd; Suzhou Nuclear Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: CN105738142B

Abstract

本发明涉及一种碘吸附器吸附效率实验装置及其实验方法，它与通风管路相连接，用于测试其上安装的过滤器的吸附效率，它包括示踪剂发生组件、示踪剂传输机构、第一取样单元和第二取样单元，所述示踪剂传输机构分别与所述通风管路和所述示踪剂发生组件相连接，所述第一取样单元与所述通风管路相连通且位于所述过滤器的上游；所述第二取样单元也与所述通风管路相连通且位于所述过滤器的下游。直接对CH₃I¹²⁷进行汽化用于示踪剂，避免使用采用放射性的NaI¹³¹与剧毒的硫酸二甲酯(CH₃)₂SO₄反应，避免了实验人员的中毒和放射性辐照，极大地提高了碘吸附器吸附效率测试的安全性。

Description

一种碘吸附器吸附效率实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及一种碘吸附器吸附效率实验装置及其实验方法。

背景技术

目前核电站碘吸附器吸附效率实验的实验方法是放射性甲基碘示踪法。该实验方法采用放射性的NaI¹³¹与剧毒的硫酸二甲酯(CH₃)₂SO₄反应，生成甲基碘CH₃I¹³¹气体，作为实验示踪剂注入到通风系统中。分别在系统的上游和下游设采样点，采样后用γ谱仪分析上、下游取样碳盒的活度，得到系统中点吸附器的净化系数，以分析比较碘吸附器是否合格。

现有的甲基碘示踪法中采用的硫酸二甲酯(CH₃)₂SO₄属剧毒类化学品，作用与芥子气相似，急性毒性类似光气，比氯气大15倍，对眼、上呼吸道有强烈刺激作用，对皮肤有强腐蚀作用；可引起结膜充血、水肿、角膜上皮脱落，气管、支气管上皮细胞部分坏死，穿破导致纵膈或皮下气肿。此外，还可损害肝、肾及心肌等，皮肤接触后可引起灼伤，水疱及深度坏死。硫酸二甲酯的运输、使用、存贮风险高，危害性大，有非常严格的管控要求，管理成本高。

而且NaI¹³¹中的碘-131是元素碘的一种放射性同位素，为人工放射性核素（核裂变产物）具有一定的放射性，在实验过程中碘源会对实验人员造成一定量的放射性辐照。同时硫酸二甲酯和生成的甲基碘气体有外泄漏的风险，实验人员有中毒和产生内照射的风险，对人员安全构成严重威胁。有必要开发一种非放射性甲基碘作为示踪剂的碘吸附器吸附效率实验装置及实验方法。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种碘吸附器吸附效率实验装置。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种碘吸附器吸附效率实验装置，它与通风管路相连接，用于测试其上安装的过滤器的吸附效率，它包括示踪剂发生组件、示踪剂传输机构、第一取样单元和第二取样单元，所述示踪剂传输机构分别与所述通风管路和所述示踪剂发生组件相连接，所述第一取样单元与所述通风管路相连通且位于所述过滤器的上游；所述第二取样单元也与所述通风管路相连通且位于所述过滤器的下游。

优化地，它还包括手套箱、外接电源以及与所述手套箱相连通用于将其抽真空的负压机构，所述示踪剂发生组件设置在所述手套箱内且与所述外接电源相连接。

进一步地，所述负压机构还与所述通风管路相连接。

进一步地，它还包括分别与所述示踪剂传输机构和所述负压机构相连接的第一压缩空气源；所述示踪剂传输机构包括依次连接的第一隔离阀、第一喷射注入泵和第二隔离阀，所述所述第一喷射注入泵与所述示踪剂发生组件相连接；所述负压机构包括依次连接的第三隔离阀、第二喷射注入泵和第四隔离阀，所述第二喷射注入泵与所述手套箱相连接。

进一步地，所述第一取样单元包括依次连接的第五隔离阀、第一取样器、第一流量计、第一调节阀和第三喷射注入泵，所述第二取样单元包括依次连接的第六隔离阀、第二取样器、第二流量计、第二调节阀和第四喷射注入泵，所述第五隔离阀和所述第六隔离阀分别与所述通风管路相连接，所述第三喷射注入泵和所述第四喷射注入泵分别与所述第二压缩空气源相连接。

进一步地，所述第一取样器和所述第二取样器均为碳盒。

进一步地，所述第一取样器和所述第二取样器均为微孔玻璃取样管。

进一步地，所述第三喷射注入泵与所述过滤器上游的通风管路相连接；所述第四喷射注入泵与所述过滤器下游的通风管路相连接。

进一步地，所述第三喷射注入泵和所述第四喷射注入泵均与所述过滤器下游的通风管路相连接。

本发明的又一目的在于提供一种基于上述碘吸附器吸附效率实验装置的碘吸附器吸附效率实验方法，它包括以下步骤：

（a）加热示踪剂发生组件产生作为示踪剂的非放射性甲CH₃I¹²⁷气体，使其通过示踪剂传输机构全部导入通风管路中；

（b）通过第一取样单元测量过滤器上游通风管路中示踪剂的质量M，并通过第二取样单元测量过滤器下游通风管路中示踪剂的质量m；

（c）计算过滤器的吸附效率η=1-m/M即可。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明碘吸附器吸附效率实验装置，直接对CH₃I¹²⁷进行汽化用于示踪剂，避免使用采用放射性的NaI¹³¹与剧毒的硫酸二甲酯(CH₃)₂SO₄反应，避免了实验人员的中毒和放射性辐照，极大地提高了碘吸附器吸附效率测试的安全性。

附图说明

图1为本发明碘吸附器吸附效率实验装置的结构示意图；

图2为本发明碘吸附器吸附效率实验装置中示踪剂发生组件的结构示意图；

图3为实施例1中吸附组件的结构示意图；

图4为实施例2中吸附组件的结构示意图；

其中，1、示踪剂发生组件；10、瓶体；101、开口；20、支撑架；201、垫板；202、支杆；203、夹爪；30、转接机构；301、瓶塞；302、接头；40、扫气机构；401、扫气管；402、塞帽；2、手套箱；21、压力表；32、第一取样单元；321、第五隔离阀；322、第一取样器；323、第一流量计；324、第一调节阀；325、第三喷射注入泵；33、第二取样单元；331、第六隔离阀；332、第二取样器；333、第二流量计；334、第二调节阀；335、第四喷射注入泵；4、外接电源；5、第一压缩空气源；6、示踪剂传输机构；61、第一喷射注入泵；62、第一隔离阀；63、第二隔离阀；7、负压机构；71、第二喷射注入泵；72、第四隔离阀；73、第三隔离阀；8、通风管路；9、第二压缩空气源；1’、过滤器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明。

实施例1

如图1所示的碘吸附器吸附效率实验装置，它与通风管路8相连接，用于测试其上安装的过滤器1’（用于吸附CH₃I¹²⁷）的吸附效率，主要包括示踪剂发生组件1、第一取样单元32、第二取样单元33、示踪剂传输机构6和通风管路8。

示踪剂发生组件1，如图2所示，主要包括瓶体10、支撑架20、转接机构30和扫气机构40。其中，瓶体10顶部具有开口101，它采用棕色钢化玻璃，有一定的底部面积（底部直径20~80mm），有一定高度（40mm~100mm）。支撑架20用于夹持该瓶体10，它包括设置于瓶体10下方的垫板201，该垫板201用于对瓶体10进行加热，从而汽化瓶体10内盛放的甲基碘（示踪剂，即CH₃I¹²⁷）。转接机构30对应安装在开口101处，用于将瓶体10中汽化的示踪剂导出；扫气机构40与瓶体10相连通，它位于瓶体10侧面的下部，用于排出残留示踪剂。在本实施例中，支撑架20还包括竖直立于垫板201上的支杆202以及可滑动地安装在支杆202上的夹爪203，用于夹持瓶体10并使其位于合适的高度。转接机构30包括对应密封住开口101的瓶塞301（瓶塞301采用中空的磨砂玻璃瓶塞，对瓶体10的开口101进行封堵）以及一端与瓶体10相连通且另一端穿过瓶塞301的接头302，接头302用于连接注样软管从而与喷射注入泵相连接。扫气机构40包括设置于瓶体10侧面下部的扫气管401以及安装在扫气管401端部的塞帽402，待示踪剂全部汽化后，打开扫气管401的塞帽402以全部排出残留示踪剂。

第一取样单元32与通风管路8相连通，它位于过滤器1’的上游；第二取样单元33也与通风管路8相连通，但它位于过滤器1’的下游。这里的上游和下游是按照示踪剂的气体流向予以区分的，并且本专利中有关“连通”或者“连接”的表述指根据本领域技术人员的公知常识借助于相关管道或者其它器件将两种部件（机构或组件等）进行连接的，这里为了方便描述，通常省略了管道或者其它器件。

示踪剂传输机构6用于将示踪剂发生组件1产生的示踪剂引导进入通风管路8中，因此分别与通风管路8和示踪剂发生组件1相连接。

在本实施例中，为了确保示踪剂的全部升华并全部进入通风管路8中，碘吸附器吸附效率实验装置包括手套箱2、外接电源4、与手套箱2（手套箱2外安装有用于指示其内部压力的压力表21）相连通用于将其抽真空的负压机构7以及第一压缩空气源5，示踪剂发生组件1设置在手套箱2内且与外接电源4相连接，这样能够降低示踪剂发生组件1中示踪剂的沸点，并对瓶体10进行有效加热。而且为了避免示踪剂对环境和人员的伤害，负压机构7还与通风管路8相连接，从而将经扫气管401排出的残留示踪剂也导入通风管路8中，还能提高测量的准确性。第一压缩空气源5分别与示踪剂传输机构6和负压机构7相连接，示踪剂传输机构6包括依次连接的第一隔离阀62、第一喷射注入泵61和第二隔离阀63，第一隔离阀62与第一压缩空气源5相连接，第二隔离阀63与通风管路8相连接，第一喷射注入泵62则与转接机构30的接头302通过注样软管相连接；负压机构7包括依次连接的第三隔离阀73、第二喷射注入泵71和第四隔离阀72，第二喷射注入泵71与手套箱2相连接，第三隔离阀73与第一压缩空气源5相连接，第四隔离阀72与通风管路8相连接。

在本实施例中，如图3所示，第一取样单元32包括依次连接的第五隔离阀321、第一取样器322、第一流量计323、第一调节阀324和第三喷射注入泵325，第三喷射注入泵325与第二压缩空气源9（第二压缩空气源9和第一压缩空气源5可以不同，也可以相同）相连接，第五隔离阀321与通风管路8相连接；第二取样单元33包括依次连接的第六隔离阀331、第二取样器332、第二流量计333、第二调节阀334和第四喷射注入泵335，第四喷射注入泵335与第二压缩空气源9相连接，第六隔离阀331与通风管路8相连接。第一取样器322和第二取样器332均为两级碳盒。而且为了避免示踪剂对环境和人员的伤害，将第三喷射注入泵325与过滤器1’上游的通风管路8相连接，将第四喷射注入泵335与过滤器1’下游的通风管路8相连接，提高了测量的准确性。

实施例2

本实施例提供一种碘吸附器吸附效率实验装置，其主要结构与实施例1中的基本一致，不同的是，第一取样器322和第二取样器332均为微孔玻璃取样管，这样需要将第三喷射注入泵325和第四喷射注入泵335均与过滤器1’下游的通风管路8相连接，如图4所示。为了节约管路，可以将第三喷射注入泵325和第四喷射注入泵335的出气合并后导入通风管路8中。

实施例3

本实施例碘吸附器吸附效率实验方法，它基于实施例1或实施例2中的碘吸附器吸附效率实验装置，具体包括以下步骤：

取下瓶塞301，将一定量的非放射性甲基碘示踪剂溶液放入瓶体10中，组合成示踪剂发生组件1后放置在手套箱2中；启动第二喷射注入泵71通入压缩空气，使得手套箱2产生负压；接通电源，外接电源4微热到甲基碘（CH₃I¹²⁷）的沸点，使得示踪剂蒸发；经第一喷射注入泵61注入通风管路8中；示踪剂全部蒸发完成后，打开塞帽402，使得残留的示踪剂经扫气管401、负压机构7进入通风管路8中，使得残留示踪剂全部注入系统，关闭负压机构7，停止手套箱2负压抽气。

通过第一取样单元测量过滤器1’上游通风管路中示踪剂的质量M，并通过第二取样单元测量过滤器1’下游通风管路中示踪剂的质量m；计算过滤器1’的吸附效率η=1-m/M即可。质量M和质量m的确定可以根据以下几种方式：1、选用高精度的甲基碘浓度测量仪器，分别安装在过滤器1’（即碘吸附器）的上游和下游，实时测量通风管路8中的甲基碘浓度；随着甲基碘示踪剂的投放，上下游浓度变化趋势如图5所示，浓度变化趋势和时间的积分，再乘以风量，即可得到上游投放甲基碘示踪剂的总量M和通过碘吸附器泄漏到下游的示踪剂总量m，从而计算出碘吸附器的吸附效率。2、如图3所示，采用两级碳盒收集示踪剂样品，分别在过滤器1’的上游和下游建立取样流量；取样完成后，将碳盒浸泡在无水乙醇中，使得甲基碘示踪剂充分溶解到乙醇中，利用分光光度计检测乙醇中碘甲烷的浓度，再根据取样流量计算出上游注入示踪剂的总量以及泄漏到下游示踪剂的总量。3、如图4所示，采用注入色谱纯无水乙醇的微孔玻璃取样管收集示踪剂样品，分别在过滤器1’的上游和下游建立取样流量；取样完成后，利用分光光度计检测微孔取样管中的乙醇中碘甲烷的浓度，再根据取样流量计算出上游注入示踪剂的总量以及泄漏到下游示踪剂的总量；上游取样气体需要返回到下游，再回注到通风管路8中。当选用的过滤器1’为用来吸附放射性碘的碘吸附器时，由于其在制造时用KI溶液浸渍活性炭，使得放射性碘与KI之间产生同位素交换而被吸附；该同位素交换吸附机理是非放甲基碘作为示踪剂无法测量得到的，因此非放甲基碘作为示踪剂所得到的碘吸附器效率η需要按照一个函数关系（根据碘的同位素交换吸附机理确定）转化为对放射性甲基碘的吸附效率η’，即η’=F(η)，将η’与要求的碘吸附器吸附效率进行比较，即可评判碘吸附器是否满足使用要求。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种碘吸附器吸附效率实验装置，它与通风管路（8）相连接，用于测试其上安装的过滤器（1’）的吸附效率，其特征在于：它包括示踪剂发生组件（1）、示踪剂传输机构（6）、第一取样单元（32）和第二取样单元（33），所述示踪剂传输机构（6）分别与所述通风管路（8）和所述示踪剂发生组件（1）相连接，所述第一取样单元（32）与所述通风管路（8）相连通且位于所述过滤器（1’）的上游；所述第二取样单元（33）也与所述通风管路（8）相连通且位于所述过滤器（1’）的下游。

2.根据权利要求1所述的碘吸附器吸附效率实验装置，其特征在于：它还包括手套箱（2）、外接电源（4）以及与所述手套箱（2）相连通用于将其抽真空的负压机构（7），所述示踪剂发生组件（1）设置在所述手套箱（2）内且与所述外接电源（4）相连接。

3.根据权利要求2所述的碘吸附器吸附效率实验装置，其特征在于：所述负压机构（7）还与所述通风管路（8）相连接。

4.根据权利要求2所述的碘吸附器吸附效率实验装置，其特征在于：它还包括分别与所述示踪剂传输机构（6）和所述负压机构（7）相连接的第一压缩空气源（5）；所述示踪剂传输机构（6）包括依次连接的第一隔离阀（62）、第一喷射注入泵（61）和第二隔离阀（63），所述第一喷射注入泵（61）与所述示踪剂发生组件（1）相连接；所述负压机构（7）包括依次连接的第三隔离阀（73）、第二喷射注入泵（71）和第四隔离阀（72），所述第二喷射注入泵（71）与所述手套箱（2）相连接。

5.根据权利要求4所述的碘吸附器吸附效率实验装置，其特征在于：所述第一取样单元（32）包括依次连接的第五隔离阀（321）、第一取样器（322）、第一流量计（323）、第一调节阀（324）和第三喷射注入泵（325），所述第二取样单元（33）包括依次连接的第六隔离阀（331）、第二取样器（332）、第二流量计（333）、第二调节阀（334）和第四喷射注入泵（335），所述第五隔离阀（321）和所述第六隔离阀（331）分别与所述通风管路（8）相连接，所述第三喷射注入泵（325）和所述第四喷射注入泵（335）分别与所述第二压缩空气源（9）相连接。

6.根据权利要求5所述的碘吸附器吸附效率实验装置，其特征在于：所述第一取样器（322）和所述第二取样器（332）均为碳盒。

7.根据权利要求5所述的碘吸附器吸附效率实验装置，其特征在于：所述第一取样器（322）和所述第二取样器（332）均为微孔玻璃取样管。

8.根据权利要求6所述的碘吸附器吸附效率实验装置，其特征在于：所述第三喷射注入泵（325）与所述过滤器（1’）上游的通风管路（8）相连接；所述第四喷射注入泵（335）与所述过滤器（1’）下游的通风管路（8）相连接。

9.根据权利要求7所述的碘吸附器吸附效率实验装置，其特征在于：所述第三喷射注入泵（325）和所述第四喷射注入泵（335）均与所述过滤器（1’）下游的通风管路（8）相连接。

10.一种碘吸附器吸附效率实验方法，基于权利要求1至9中任一所述碘吸附器吸附效率实验装置，其特征在于，它包括以下步骤：

（a）加热示踪剂发生组件（1）产生作为示踪剂的非放射性甲CH₃I¹²⁷气体，使其通过示踪剂传输机构（6）全部导入通风管路（8）中；

（b）通过第一取样单元（32）测量过滤器（1’）上游通风管路（8）中示踪剂的质量M，并通过第二取样单元（33）测量过滤器（1’）下游通风管路（8）中示踪剂的质量m；

（c）计算过滤器（1’）的吸附效率η=1-m/M即可。