CN109387466A - 用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，包括气体输入部、过滤部、检测部、以及计算部，所述过滤部包括预过滤器、高效过滤器连接件、一级高效过滤器、二级高效过滤器、以及智能风机，所述一级高效过滤器与二级高效过滤器紧邻串接，所述气溶胶气体依次经过预过滤器、一级高效过滤器、二级高效过滤器以及风机，风机的净化处理之后，向外部环境排出；所述检测部用于分别检测一级高效过滤器以及二级高效过滤器上的能谱峰净计数率n1和n2，计算部，根据所测得的n1和n2的值，计算过滤器的过滤效率本发明能使放射性物质约束在三级过滤器的前两级，放射性废物较少，且大大简化了检测高效过滤器效率的装置。
Description
技术领域
本发明涉及过滤效率检测领域，尤其涉及用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统。
背景技术
核级空气净化装置高效过滤器按GB/T 17939-2015核级高效空气过滤器要求生产，用于核与辐射设施中的空气和气体处理系统。核级空气净化装置高效过滤器用于净化大型设施空气排出物中的颗粒物，经过此高效过滤器净化的空气，有效滤除或大幅度降低其中有害放射性固体颗粒物，保证环境辐射安全，对保护环境和保护公众健康有重要意义。
核级空气净化装置高效过滤器过滤效率试验有用非放射性气溶胶和放射性气溶胶气体测试两种方法。用非放射性气溶胶测试装置测试核级空气净化装置高效过滤器过滤效率，由于不涉及放射性，不存在放射性污染危害，测试设备系统通常比较庞大和复杂，如GB/T6165-2008高效空气过滤器性能试验方法—效率和阻力中推荐的试验方法和试验装。非放射性高效空气过滤器性能试验方法安全防护简单，可以测试各种实际尺寸的产品。测试中，一般使用单级过滤器进行测试试验。过滤器安装在相同尺寸的管路中，通过测量紧邻过滤器前和过滤器后管路中气体单位体积相应粒径粒子数的比值，计算出过滤器的过滤效率。
用放射性气溶胶气体测试核级空气净化装置高效过滤器过滤效率，由于涉及使用放射性气溶胶，需要考虑使用放射性气溶胶产生的放射性废物量以及如何使放射性废物量尽量小和易被压缩。为此需要设计材质、结构和厚度与实际产品一致的高效过滤器试验样品用于放射性气溶胶过滤效率试验。此外用放射性气溶胶测试核级空气净化装置高效过滤器过滤效率，需要用放射性测量仪器测定高效过滤器过滤的放射性核素活度，通过计算高效过滤器过滤的放射性核素活度与进入高效过滤器的放射性气溶胶的活度的比值来确定高效过滤器过滤效率，也可以用放射性测量仪器测定气溶胶通过高效过滤器前、后的放射性核素活度浓度并计算两者的比值确定，例如申请号为CN200910218480.8中公开的一种测定滤料的过滤效率的装置，通过检测滤料前后的气溶胶数量浓度，来获得滤料的过滤效率。然而这样的装置复杂而且体积较大，更容易造成尾气污染。申请号CN200920308391.8公开了一种过滤器的过滤效率检测方法，该方法也是通过测量过滤器前后的空气浓度来测定过滤效率，这种检测方式复杂，设备也繁琐。
为解决用于核设施空气净化所需的高效过滤器过滤放射性气溶胶效率性能检测的需要，本发明创造的主要目的有二个：一个是针对使用放射性气溶胶测试高效过滤器过滤效率性能的要求，防止产生大量放射性污染性废物、防止放射性取样测量仪器被污染。采用预过滤和双级高效过滤器设计，用高效过滤器在过滤试验中收集的放射性作为取样样品，放射性气溶胶经过两级高效过滤，放射性气溶胶浓度被有效大幅度滤除。用带准直屏蔽器的γ谱仪分别对两级高效过滤器中放射性进行相对测量，实现对高效过滤器过滤效率的测量。第二个是为保障用放射性气溶胶试验高效过滤器过滤效率的试验安全和试验的可靠性，本发明采用两种密封方式，一种是对高效过滤器与连接件进行密封，保证携带放射性气溶胶的空气在高效过滤器内部穿过，并被风机吸出，而放射性气溶胶依次进入两级被测试的高效过滤器，而被过滤器正常吸附过滤；第二种密封式高效过滤器连接组件与风机安装管进行端口密封的方法，防止空气在高效过滤器与外管路之间的空隙中进行流动。试验过程中用风机强制吸风，迫使气溶胶空气通过高效过滤器。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在解决现有技术中大量污染的问题、试验不安全可靠的问题，本发明的用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，包括：
一种用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，包括气体输入部、过滤部、检测部、以及计算部，所述气体输入部包括空气压缩装置、放射性气溶胶供应装置、导管以及位于导管上的快速接头，所述空气压缩装置用于输送所述气溶胶气体；所述导管连接所述气溶胶供应部以及过滤部，所述过滤部包括主管道，主管道包括第一容纳腔以及第二容纳腔，所述第一容纳腔与第二容纳腔连通，其中，第一容纳腔内依次设置有预过滤器、高效过滤器连接件、一级高效过滤器以及二级高效过滤器，第二容纳腔内设置有智能风机，所述一级高效过滤器与二级高效过滤器紧邻串接，所述气溶胶气体进入第一容纳腔后，依次经过预过滤器、一级高效过滤器以及二级高效过滤器，过滤后的气体然后进入第二容纳腔，经所述风机的净化处理之后，向外部环境排出；所述检测部用于分别检测一级高效过滤器以及二级高效过滤器上的能谱峰净计数率n1和n2，计算部，根据所测得的n1和n2的值，计算过滤器的过滤效率
优选的，所述主管道的尺寸为40cm×40cm，所述第一容纳腔的尺寸为25cm×25cm，所述第二容纳腔的尺寸为40cm×40cm，所述过滤部的总长度为110cm；
优选的，所述高效过滤器连接件为一腔体结构，该腔体结构密封连接预过滤器以及一级高效过滤器，其用于将气溶胶稀释混匀；所述预过滤器前端边框通过密封圈与主管道进行气体密封；
优选的，所述导管的一端连接气溶胶供应部，另一端插入高效过滤器连接件的腔体内，导管的连接处严格密封；
优选的，所述检测系统还包括压紧装置，用于将第一容纳腔内的各部件固定在第一容纳腔上；
优选的，所述主管道为专用风机管道，所述第一容纳腔与第二容纳腔之间通过一进气口进行连通，二级高效过滤器正对进气口并与该进气口密封连接；
优选的，所述检测部包括高效过滤器容纳部、γ谱仪以及铝屏蔽体；
优选的，所述智能风机能够通过遥控器进行控制，所述智能风机包括软管以及送风口，送风口位于主管道外部，所述软管连接风机与送风口，所述风机还包括减振器；
优选的，所述预过滤器、高效过滤器连接件、一级过滤器和二级过滤器之间通过螺钉固定连接在一起；且每两个部件之间加密封垫以保持气体密封
优选的，所述检测部与计算部位于过滤部外侧。
本发明从被测试的两个高效过滤器取样，到达一定体积后测定两过滤器中放射性气溶胶活度，如果管路大小相同，在相同的取样流量下，过滤效率仅与两高效过滤器取样测量的样品活度有关，因而大大简化了高效过滤器效率试验方法。
最后，本发明还有一个特点是，如果使用单级高效过滤器，为了消除放射性气溶胶连续取样对过滤器效率测量的影响，满足取样测量所消耗的气溶胶量远小于高效过滤器使用的气溶胶量。理想情况下，需要使用大型的气溶胶标准气体源，由于大型的气溶胶标准气体源设计和制造成本相当高，被放射性污染面积大，一般不采用这种设计。这种情况也不太有利于过滤效率大于99％的高效过滤器效率试验。本发明从技术上利用前后两个相同的高效过滤器巧妙解决了这个问题，且结构简单体积较小，方便操作。
附图说明
下面通过具体实施方式并参照附图介绍本发明的其它细节和优点，附图如下：
图1为本发明系统的气体输入部和过滤部组装后的结构示意图；
图2为本发明系统的连接后的预过滤器、连接件、一级高效过滤器和二级高效过滤器总成的结构示意图；
图3为本发明系统的预过滤器、连接件、一级高效过滤器和二级高效过滤器总成安装及固定装置示意图；
图4A和图4B为本发明系统的高效过滤器连接件的正视图和侧视图；
图5为本发明方法中γ谱仪探测器、屏蔽体及被测量中的高效过滤器示意图；
图6A和图6B为本发明方法中预过滤器的正视图及侧视图；
图7A和图7B为本发明方法中的单个高效过滤器的正视图及侧视图；
图8A和图8B为本发明方法中的串接的高效过滤器的正视图及侧视图。
具体实施方式
为解决用于核设施空气净化所需的高效过滤器过滤放射性气溶胶效率性能试验的需要，本发明创造的主要目的有二个：一个是针对使用放射性气溶胶气体测试高效过滤器过滤效率性能的要求，防止产生大量放射性污染性废物、防止放射性取样测量仪器被污染。采用预过滤和双级高效过滤器设计，用高效过滤器在过滤试验中收集的放射性作为取样样品，放射性气溶胶经过两级高效过滤器，实现高效过滤器放射性气溶胶过滤效率检测和使放射性气溶胶被有效大幅度滤除。用带准直屏蔽器的γ谱仪分别对两级高效过滤器中放射性进行γ射线全能峰面积净计数率测量，实现对高效过滤器过滤效率的测量。第二个是为保障用放射性气溶胶试验高效过滤器过滤效率的试验安全和试验的可靠性，本发明采用两种密封方式，一种是对高效过滤器与连接件进行密封，保证携带放射性气溶胶的空气在高效过滤器内部穿过，并被风机吸出，而放射性气溶胶进入两级被测试的高效过滤器，而被过滤器正常吸附过滤；第二种密封是高效过滤器连接组件与风机安装管进行端口密封的方法，防止空气在高效过滤器与外管路之间的空隙中进行流动。试验过程中用风机强制吸风，迫使气溶胶空气通过高效过滤器。
本发明成功用于高效过滤器放射性气溶胶效率性能测试。放射性气溶胶在风机作用下，流过紧邻串接的两个高效过滤器，按照高效过滤器收集效率被收集，以相似的分布被吸附。测试采用发射单能γ射线核素的放射性气溶胶，以利于γ谱仪进行射线能谱测量。利用高效过滤器吸附放射性核素放出的γ射线作为被测量对象，在相同条件下分别测定两个高效过滤器上检测核素发射γ射线全能峰面积净计数率，即可计算出第1级高效过滤器对该放射性气溶胶的过滤效率。
如图所示，系统包括气体输入部、过滤部、检测部、以及计算部。所述气体输入部包括空气压缩装置1、放射性气溶胶供应装置2、导管3以及位于导管上的快速接头4，所述空气压缩装置1用于输送所述气溶胶气体；所述导管3连接所述气溶胶供应部2以及过滤部，所述过滤部包括主管道8，主管道8包括第一容纳腔9以及第二容纳腔12，所述第一容纳腔9与第二容纳腔12连通，其中，第一容纳腔9内依次设置有预过滤器6、高效过滤器连接件7、一级高效过滤器10以及二级高效过滤器11，第二容纳腔12内设置有智能风机13，所述一级高效过滤器10与二级高效过滤器11紧邻串接，所述气溶胶气体进入第一容纳腔9后，依次经过一级高效过滤器10以及二级高效过滤器11，过滤后的气体然后进入第二容纳腔12，经所述风机的净化处理之后，向外部环境排出。
其中，所述主管道的尺寸为40cm×40cm，所述第一容纳腔的尺寸为25cm×25cm，所述第二容纳腔的尺寸为40cm×40cm，所述过滤部的总长度为110cm；所述高效过滤器连接件为一腔体结构，该腔体结构连接预过滤器以及一级高效过滤器，用于将气溶胶稀释混匀；所述导管穿过预过滤器并与其相连，连接处严格密封；一压紧装置5，用于将第一容纳腔内的各部件固定在第一容纳腔上；所述主管道为专用风机管道，所述第一容纳腔与第二容纳腔之间通过一进气口进行连通，进气口的尺寸为100mm×100mm，二级高效过滤器正对进气口并与该进气口密封连接；所述检测部包括高效过滤器、γ谱仪以及铅屏蔽体；所述智能风机能够通过控制器进行控制，所述智能风机包括软管14以及出风口15，出风口15位于主管道外侧且暴露于外部环境，所述软管连接风机13与出风口15，所述风机还包括减振器16。所述预过滤器、高效过滤器连接件、一级过滤器和二级过滤器之间通过螺钉和密封圈固定连接在一起；所述检测部与计算部位于过滤部外侧。
下面对各个部件进行简要说明：
1.预过滤器6，如图4所示，用于入口空气中颗粒物过滤和防止气溶胶反向流动，设计有气溶胶进入管口，使试验用气溶胶进入被测试的高效过滤器10前端，其尺寸为15cm×15cm×15cm。
2.单体高效过滤器10及11，设计的单个高效过滤器外型尺寸为15cm×15cm×15cm。滤网面积9cm×9cm。每个高效过滤器10及11都有与连接件7或管路安装所需的密封胶圈。为了便于多个过滤器串联连接，在不锈钢边框每边打2个M4的螺丝孔。
3.连体高效过滤器，如图8所示，连体高效过滤器由过滤器10和过滤器11组成，中间加密封圈，用螺丝连接起来的组件，用于作为放射性气溶胶过滤效率的测试组件和测量样品，每次试验需要重新更换。该组件不能有测试放射性气溶胶核素及其它放射性污染。连体高效过滤器外型尺寸为15cm×15cm×32cm。试验完毕，将连接螺丝拧下，变成单个过滤器，每个过滤器用专用塑料代包裹紧密，用于放射性能谱测量。
4.高效过滤器连接件7，如图4所示，其尺寸与单个高效过滤器一致，但没有滤网和滤膜，用于气溶胶在气流中分布，并移动到被测试的高效过滤器10。
5.预过滤器6与高效过滤器组合，如图2所示，由预过滤器6与连体高效过滤器通过一个连接件7构成的组合，作为一个整体安装到主管道。连接件的作用是在两者之间形成一个空间使气溶胶扩散到一个与单体过滤器一样大小的空间，气溶胶在气流的作用下分散并进入双体高效过滤器。外型尺寸为15cm×15cm×68cm。
6.预过滤器与高效过滤器组合使用时，水平插入在尾部带风机的专用试验管路8(即，主管道)中，通过螺丝及压紧装置实现与管路固定并密封，使气流仅从预过滤器的滤布面进入。
放射性气溶胶在风机作用下，流过紧邻串接的两个高效过滤器10和11，按照高效过滤器收集效率被收集，以相似的分布被吸附。检测采用发射单能γ射线的核素放射性气溶胶。利用高效过滤器吸附放射性核素放出的γ射线作为被测量样品，在相同条件下，用γ谱仪分别测定两个高效过滤器上的被检测的气溶胶核素的γ射线全能峰面积的净计数率，即可计算出第1级高效过滤器对该放射性气溶胶的过滤效率。
测量原理是这样的，设A1、A2是分别阻留在第一(图中为过滤器10)、二张滤材(图中为过滤器11)上的放射性活度，η为滤材的过滤效率，则有A1∝C0η，A2∝C0(1-η)η，因此可得到
又若它们是在相同的测量条件下进行计数，得到的计数率分别是n1和n2，显然A2/A1＝n2/n1，于是
测量时，先将放射性气溶胶输入(如图1)：本实验方法使用的放射性气溶胶为137Cs放射性气溶胶气体和241Am放射性气溶胶气体，也可以是其它可满足用户需要的放射性气溶胶气体。放射性气溶胶有多种方法产生，典型的气溶胶产生方法如雾化法，雾化产生的放射性气溶胶干燥后可以与不同高温温度下的溶剂蒸汽混合，用控温的冷凝管冷凝形成特定粒径的气溶胶气体，用于试验。气溶胶输入管为一外径8mm金属管，穿过预过滤器，放射性气溶胶被释放在第一级高效过滤器前的连接件腔体内。风机吸入一部分空气经过预过滤器过滤后进入连接件空间对放射性气溶胶进行稀释混匀，然后撞击到连体高效过滤第一级，放射性气溶胶被高效过滤器吸附和拦截在高效过滤器滤布上，绝大部分空气中放射性气溶胶被第一级高效过滤器吸附，剩下的空气透过第一级高效过滤器后，立即撞击紧挨着的第二级高效过滤器。这样，如果第一级高效过滤有未被第一级高效过滤器拦截的气溶胶粒子出来，那么粒子继续随气流运动进入到第二级高效过滤器，它会按照该高效过滤器的过滤效率出现在第二级高效过滤器中。从第二级高效过滤器出来的空气，经过风机排出到放射化学通风橱，被通风橱过滤系统进一步净化后排出。
当完成足够的放射性试验后，先停止放射性气溶胶的供气，放射性气溶胶即停止产生，再停止试验装置的风机，然后按照放射性操作方法，收集放射性样品及处理实验中产生放射性废物，将预过滤器收集，可以用剂量率仪测定其放射性污染水平。然后各用一个放射性废物收集袋分别收集第一级和第二级高效过滤器，并包装严实，两个高效过滤器包裹方法和和材质完全一样。包裹好的高效过滤器标号和贴标签后，即可用于过滤放射性气溶胶效率测量。放射性气溶胶过滤效率测量装置(如图5)：它由γ谱仪、降低γ本底的铅屏蔽室和被测的高效过滤器组成。使用时，铅屏蔽室直接置于高效过滤器正面(放射性气溶胶最先接触面)中央，γ谱仪探测器置于铅屏蔽室中。完成第一级高效过滤器上放射性计数率测量后，紧接着以同样方法测量第二级高效过滤器上放射性计数率。完成后按照公式(2)进行过滤放射性气溶胶效率计算，给出实验结果。
依据该原理，设计“双过滤器”方法用于高效过滤器过滤放射性气溶胶效率试验，更方便用放射性测量仪器测定高效过滤器放射性气溶胶过滤效率。
本发明对于用于核设施空气净化所需的高效过滤器过滤放射性气溶胶效率性能试验十分必要，使用本发明创造的试验装置，能使放射性约束在管路、预过滤器与高效过滤器组合中，主要是第一级高效过滤器上，因此放射性废物在10L以内，一般在5L左右，试验有很好的安全性。由于试验用的高效过滤器大小已经充分小，满足试验需要使用的放射性物质量在4×105Bq以内。具有很好的试验效果。试验的高效过滤器，在第二级高效过滤器上没有检测到放射性。证明核级空气净化装置高效过滤器放射性气溶胶过滤效率没有偏离设计和生产要求。
以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域普通技术人员能够显而易见想到一些雷同替代方案，均应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，包括气体输入部、过滤部、检测部、以及计算部。其特征在于：所述气体输入部包括空气压缩装置、放射性气溶胶供应装置、导管以及位于导管上的快速接头，所述空气压缩装置用于输送所述气溶胶气体；所述导管连接所述气溶胶供应部以及过滤部，所述过滤部包括主管道，主管道包括第一容纳腔以及第二容纳腔，所述第一容纳腔与第二容纳腔连通，其中，第一容纳腔内依次设置有预过滤器、高效过滤器连接件、一级高效过滤器以及二级高效过滤器，第二容纳腔内设置有智能风机，所述一级高效过滤器与二级高效过滤器紧邻串接，所述气溶胶气体进入第一容纳腔后，依次经过预过滤器、一级高效过滤器以及二级高效过滤器，过滤后的气体然后进入第二容纳腔，经所述风机的净化处理之后，向外部环境排出；所述检测部用于分别检测一级高效过滤器以及二级高效过滤器上的能谱峰净计数率n1和n2，计算部，根据所测得的n1和n2的值，计算过滤器的过滤效率
2.如权利要求1所述的用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，其特征在于：所述主管道的尺寸为40cm×40cm，所述第一容纳腔的尺寸为25cm×25cm，所述第二容纳腔的尺寸为40cm×40cm，所述过滤部的总长度为110cm。
3.如权利要求2所述的用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，其特征在于：所述高效过滤器连接件为一腔体结构，该腔体结构密封连接预过滤器以及一级高效过滤器，其用于将气溶胶稀释混匀；所述预过滤器前端边框通过密封圈与主管道进行气体密封。
4.如权利要求3所述的用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，其特征在于：所述导管的一端连接气溶胶供应部，另一端插入高效过滤器连接件的腔体内，导管的连接处严格密封。
5.如权利要求4所述的用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，其特征在于：所述检测系统还包括压紧装置，用于将第一容纳腔内的各部件固定在第一容纳腔上。
6.如权利要求5所述的用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，其特征在于：所述主管道为专用风机管道，所述第一容纳腔与第二容纳腔之间通过一进气口进行连通，二级高效过滤器正对进气口并与该进气口密封连接。
7.如权利要求6所述的用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，其特征在于：所述检测部包括高效过滤器容纳部、γ谱仪以及铝屏蔽体。
8.如权利要求7所述的用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，其特征在于：所述智能风机能够通过遥控器进行控制，所述智能风机包括软管以及送风口，送风口位于主管道外部，所述软管连接风机与送风口，所述风机还包括减振器。
9.如权利要求8所述的用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，其特征在于：所述预过滤器、高效过滤器连接件、一级过滤器和二级过滤器之间通过螺钉固定连接在一起，且每两个部件之间加密封垫以保持气体密封。
10.如权利要求9所述的用于核级空气净化装置的高效过滤器的过滤效率检测系统，其特征在于：所述检测部与计算部位于过滤部外侧。
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