CN109887632A - 用于高湿空气除氚的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高湿空气除氚的系统，包括：除氚单元，其包括通过管道依次连接的气体增压泵、流量控制器、干燥管的内管、催化反应器、吸附器和露点仪；水收集单元，其包括依次连接在吸附器出口的转子流量计、干燥管的外套管、水收集器；其中，将含有较多水分的含氚空气进入除氚单元后，依次通过气体增压泵、流量控制器、干燥管的内管、催化反应器、吸附器和露点仪后被排出，且从吸附器出口排出的现场空气依次通过转子流量计、干燥管的外套管、水收集器后被收集。本发明采用氚氧催化、气液分离技术实现了氚的就地清理；能够在高湿背景空气条件下，及时清除高湿空气中的氚成分，实现对涉氚环境的有效保护。
Description
技术领域
本发明属于放射性“三废”治理技术领域，具体涉及一种用于高湿空气除氚的系统。本系统能够应用于高湿空气除氚场合，及时清除高湿空气中的氚成分，实现对涉氚环境的有效保护。
背景技术
氚是氢的唯一放射性同位素，氚衰变发出的β射线最大能量为18.6keV，其平均能量为5.65keV。氚可能对包容材料产生腐蚀，或造成材料性能的退化(脆裂、老化)。而且，氚还能够经过吸入、食入和经完好皮肤渗入进入人体，被人体组织吸收并使之受到内照射危害，由于其放射性危害和它在环境中的特性，在辐射防护监测中，氚的监测日益受到重视。针对气体中高浓度氚的去除均是采用催化氧化的方法。
本发明采用的高湿空气除氚技术，同时兼备了催化氧化除氚技术、气体干燥技术和气体清洗技术，采用催化氧化除氚技术，使其中氚全部转化为氚化水；采用干燥管干燥技术使气流中的气水高效分离；采用气体鼓泡技术对气流中的水汽进行清洗，将其中的氚成分尽数收集，实现高效的氡氚分离和环境保护。
发明内容
本发明的一个目的是解决涉氚环境中氚的去除问题，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于高湿空气除氚的系统，包括：
除氚单元，其包括通过管道依次连接的气体增压泵、流量控制器、干燥管的内管、催化反应器、吸附器和露点仪；
水收集单元，其包括依次连接在吸附器出口的转子流量计、干燥管的外套管、水收集器；
其中，将含有较多水分的含氚空气进入除氚单元后，依次通过气体增压泵、流量控制器、干燥管的内管、催化反应器、吸附器和露点仪后被排出，且从吸附器出口排出的现场空气依次通过转子流量计、干燥管的外套管、水收集器后被收集。
优选的是，所述催化反应器为内径DN150mm×1200mm的不锈钢管，内装催化剂；所述催化剂为镀1％Pd的Al2O3。
优选的是，所述催化反应器内设置电加热棒；所述催化反应器外设置有硅酸铝纤维保温层；所述催化反应器内插有铠装热电偶。
优选的是，所述干燥管为不锈钢外套型干燥管，该干燥管的内管将来自环境空气中的氚水迁移至干燥管的外套管，从内管输出的气体仅为干燥的含氚气体。
优选的是，所述流量控制器的入口通过管道连接在气体增压泵的气体出口，所述流量控制器的出口与干燥管的内管的入口通过管道连接；所述水收集器的入口通过管道与干燥管的外套管的出口连接。
优选的是，所述吸附器的出口连接三通管，所述三通管的第一出口连接排出管道，且在排出管道上连接露点仪；所述三通管的第二出口连接转子流量计。
优选的是，所述干燥管的内管与催化反应器连接的管道上设置有第一截止阀；所述催化反应器与吸附器连接的管道上设置有第二截止阀和第三截止阀；所述吸附器与三通管连接的管道上设置有第四截止阀；所述除氚单元的末端的管道上设置有第五截止阀；所述水收集单元的末端的管道上设置有第六截止阀。
优选的是，还包括，气体过滤器，其连接在管道上，且位于气体增压泵的上游。
本发明至少包括以下有益效果：本发明采用氚氧催化、气液分离技术实现了氚的就地清理；采用电气控制技术进行自动控制，减少人工干预，提高除氚效率，保证了工作质量，其目的就是能在高湿背景空气条件下，及时清除高湿空气中的氚成分，实现对涉氚环境的有效保护。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明高湿空气除氚系统的结构原理图；
图2为测试系统原理图；
图3为高湿空气除氚系统电气原理图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1示出了本发明的一种用于高湿空气除氚的系统，包括：
除氚单元，其包括通过管道依次连接的气体增压泵3、流量控制器4、干燥管5的内管、催化反应器8、吸附器11和露点仪14；
水收集单元，其包括依次连接在吸附器11出口的转子流量计13、干燥管5的外套管、水收集器6；
其中，将含有较多水分的含氚空气从气体入口1进入除氚单元后，依次通过泵输(气体增压泵3)、气体流量控制(流量控制器4)、气氛干燥(干燥管5的内管)、催化氧化(催化反应器8)、水汽吸收(吸附器11)和干燥度测量(露点仪14)后排出，另一路使从吸附器11出口排出的现场空气依次通过转子流量计13、干燥管5的外套管、水收集器6后被收集。
在上述技术方案中，高湿空气除氚的原理是首先将含有较多水汽和氚的空气气体样品由气体增压泵作为气体流动的动力，强制通过干燥管的内管除水------催化反应器使氚气被充分氧化后形成氚水------吸附器将氚水充分吸收------露点仪监视终端气体的干燥度------管道排出，另一辅助回路(水收集单元)是将干燥管析出的空气中的水分收集到水收集器中，即利用主路干燥后系统压力作为气体流动的动力，通过转子流量计显示控制，使干燥管的外套管的水汽强制带入水收集器被收集，再经载气送人到排放管路。
在上述技术方案中，所述催化反应器为内径DN150mm×1200mm的不锈钢管，内装催化剂；所述催化剂为镀1％Pd的Al2O3；该催化剂用于催化氧化将气态氚转化为液态氚，其转化效率可达99％以上。
在上述技术方案中，所述催化反应器内设置电加热棒；所述催化反应器外设置有硅酸铝纤维保温层；所述催化反应器内插有铠装热电偶；考虑到本系统催化剂的长期使用，需提供催化剂再生条件，即需要配置配套的电加热炉，采用棒式内加热方式，绝缘电阻在5MΩ以上，加热功率1.5kw左右；催化管内中心插有铠装热电偶，便于测控催化剂的工作温度，通过温度控制器对催化反应器的工作温度进行自动控制；加热目的主要是防止催化剂表面覆盖水膜而影响催化效率，因此，催化剂中心加热温度维持在100℃左右即可。
在上述技术方案中，所述干燥管5为不锈钢外套型干燥管，其为美国博纯公司生产的PD-200型不锈钢外套型干燥管；该干燥管的内管将来自催化反应器的氚水迁移至干燥管的外套管，从内管输出的气体为不含水的干燥气体。
在上述技术方案中，所述流量控制器4的入口通过管道连接在气体增压泵3的气体出口，所述流量控制器4的出口与干燥管5的内管的入口通过管道连接；气体经干燥管干燥后，其含水量极低，从干燥管5的内管出来的气体可以作为反吹气体使用，将干燥管的外套管内水汽带走；
所述水收集器6，其前端连接干燥管5外套管出口和转子流量计13；所述水收集器的出口通过管道连接到系统的排出管道；采用这种方式，通过转子流量计控制管道内气体流速，采用主路气体压力作为辅助系统的气体流动的动力；将干燥管的外套管的水蒸气送入水收集器内收集，水收集器外预先装有冷凝器，将背景空气中的水分高效收集，有效提高催化反应器的催化效率和使用寿命。
在上述技术方案中，所述吸附器11的出口连接三通管，所述三通管的第一出口连接排出管道，且在排出管道上连接露点仪14；所述三通管的第二出口连接转子流量计13。
在上述技术方案中，所述干燥管的内管与催化反应器连接的管道上设置有第一截止阀7；所述催化反应器与吸附器连接的管道上设置有第二截止阀8和第三截止阀9；所述吸附器11与三通管连接的管道上设置有第四截止阀12；所述除氚单元的末端的管道上设置有第五截止阀15；所述水收集单元的末端的管道上设置有第六截止阀16。
在上述技术方案中，还包括，气体过滤器，其连接在管道上，且位于气体增压泵的上游，增压泵气体入口与气体过滤器出口连接；所述增压泵气体出口与流量控制器入口连接；以此作为主除氚系统气体流动的动力；气体增压泵采用沈阳纪维应用技术有限公司生产的GWSPC系列无油涡旋真空压缩机；所述过滤器的作用是过滤空气中的粉尘，有效保护增压泵的使用寿命。
在本发明中，采用氚氧催化、气液分离技术实现了氚的就地清理；通过温度控制器对催化反应器的工作温度进行控制，减少人工干预，提高除氚效率，保证了工作质量，其目的就是能在高湿背景空气条件下，及时清除高湿空气中的氚成分，实现对涉氚环境的有效保护。
下面分别对本发明的高湿空气除氚系统的催化反应器和干燥管的效率进行测试：
催化反应器的催化效率测试：
将装有103Bq/L量级的HT气体容器串联在内置催化反应器的电加热炉前，容器有效容积为1L，电加热炉可连续对催化反应器加温，用房间空气作为冲洗气体，流量控制为1L/min，载带HT进入催化反应器催化为HTO，经干燥管后，进入鼓泡器，被鼓泡液收集。鼓泡器内装填30mL纯净水鼓泡液，运行60min后停机，取1mL鼓泡液用液体闪烁分析仪测量，从而计算出催化效率，表1示出了催化效率测试结果；
表1
由表1可见，催化剂在常温(20℃)时，催化效率可达32％，催化剂加热到50℃时，催化效率达到95％，已经开始上升。100℃时，催化效率接近100％，所以，催化温度控制在50℃～110℃范围内为宜。
干燥管氚水蒸气分离性能测试：
测试系统原理见图2，在鼓泡器111中加入50mL氚水，从载气罐116通入氩气，通过鼓泡，在室温20℃时，产生相对湿度90％～98％的氚化水蒸气，以此作为实验气源，其氚浓度值稳定在1.6×106Bq/m3。将氚化水蒸气通入干燥管112，流量计115控制流量在1L/min，出口接1#电离室113，测量后气体进入干燥管冲洗气路，将透过管壁的水汽带走，出口接2#电离室114进行氚化水蒸气监测，以作为比对；表2示出了干燥管分离性能测试(Bq/m3)
表2
| 序号 | 测试时间(min) | 2#电离室 | 1#电离室 |
| 1 | 0 | 1.6×10<sup>5</sup> | 1.62×10<sup>5</sup> |
| 2 | 20 | 7.4×10<sup>5</sup> | 1.63×10<sup>5</sup> |
| 3 | 40 | 9.7×10<sup>5</sup> | 1.58×10<sup>5</sup> |
| 4 | 60 | 1.1×10<sup>6</sup> | 1.49×10<sup>5</sup> |
| 5 | 120 | 1.1×10<sup>6</sup> | 1.61×10<sup>5</sup> |
测试结果可以看出，干燥管有较好的氚水蒸气分离作用。
从表2也可看出，氚化水蒸气不能到达干燥管内管出口，在长达60min内，1#电离室读数始终处于本底水平，说明干燥管内管出口没有含氚的水汽存在。
干燥管透氚性能测试：
系统如图2所示，在鼓泡器中不加入鼓泡液，取样流量为1L/min。用氩气作为干燥管冲洗气，流量控制在1L/min，测试时间为140min，结果见表3干燥管透氚性测试(Bq/m3)；
表3
测试结果表明，干燥管冲洗气流中，氚浓度不超过本底，HT不能通过干燥管内管。
高湿空气除氚系统电气原理图见图3。由接触器KM1、停止按钮SBS1、启动按钮SB1实现总电源的启动和停止，并兼备继电保护功能。由KM2、SBS2、SB2实现的气体增压泵MS的启动和停止，并与所有阀门YVn联动，兼备继电保护功能。系统中相关用电器的过流保护设置了熔断器FU。电炉EE1和EE2的加热控制分别针对催化反应器和吸附器的工作温度自动控制，功率扩展采用固态继电器SSR1和SSR2，温度设定与自动控制由相应的温控仪PT1和PT2实现，启动与停止由开关SA1和SA2控制。气体流量的在线显示控制由质量流量控制器PQ实现。气体干燥度的显示由露点仪PD显示，露点传感器所需的24V电源由辅助电源提供。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种用于高湿空气除氚的系统，其特征在于，包括：
除氚单元，其包括通过管道依次连接的气体增压泵、流量控制器、干燥管的内管、催化反应器、吸附器和露点仪；
水收集单元，其包括依次连接在吸附器出口的转子流量计、干燥管的外套管、水收集器；
其中，将含有较多水分的含氚空气进入除氚单元后，依次通过气体增压泵、流量控制器、干燥管的内管、催化反应器、吸附器和露点仪后被排出，且从吸附器出口排出的现场空气依次通过转子流量计、干燥管的外套管、水收集器后被收集。
2.如权利要求1所述的用于高湿空气除氚的系统，其特征在于，所述催化反应器为内径DN150mm×1200mm的不锈钢管，内装催化剂；所述催化剂为镀1％Pd的Al2O3。
3.如权利要求2所述的用于高湿空气除氚的系统，其特征在于，所述催化反应器内设置电加热棒；所述催化反应器外设置有硅酸铝纤维保温层；所述催化反应器内插有铠装热电偶。
4.如权利要求1所述的用于高湿空气除氚的系统，其特征在于，所述干燥管为不锈钢外套型干燥管，该干燥管的内管将来自环境空气中的氚水迁移至干燥管的外套管，从内管输出的气体仅为干燥的含氚气体。
5.如权利要求1所述的用于高湿空气除氚的系统，其特征在于，
所述流量控制器的入口通过管道连接在气体增压泵的气体出口，所述流量控制器的出口与干燥管的内管的入口通过管道连接；
所述水收集器的入口通过管道与干燥管的外套管的出口连接。
6.如权利要求1所述的用于高湿空气除氚的系统，其特征在于，
所述吸附器的出口连接三通管，所述三通管的第一出口连接排出管道，且在排出管道上连接露点仪；所述三通管的第二出口连接转子流量计。
7.如权利要求6所述的用于高湿空气除氚的系统，其特征在于，所述干燥管的内管与催化反应器连接的管道上设置有第一截止阀；所述催化反应器与吸附器连接的管道上设置有第二截止阀和第三截止阀；所述吸附器与三通管连接的管道上设置有第四截止阀；所述除氚单元的末端的管道上设置有第五截止阀；所述水收集单元的末端的管道上设置有第六截止阀。
8.如权利要求1所述的用于高湿空气除氚的系统，其特征在于，还包括，气体过滤器，其连接在管道上，且位于气体增压泵的上游。
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