CN110095377A - 一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法 - Google Patents

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李永国
史英霞
侯建荣
韩丽红
王龙江
张昭辰
李彦樟
吴涛
梁飞
俞杰
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    • G01N7/02—Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour by absorption, adsorption, or combustion of components and measurement of the change in pressure or volume of the remainder
    • G01N7/04—Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour by absorption, adsorption, or combustion of components and measurement of the change in pressure or volume of the remainder by absorption or adsorption alone

Abstract

本发明涉及一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，包括如下步骤：试验载气注入：朝被试验滞留单元上游持续注入气源；示踪剂气体注入：被试验滞留单元上游进气管路在注入气源的同时注入示踪剂气体；c、气体持续取样：在被试验滞留单元的上游入口和下游出口进行混合气体持续取样，上游入口取样混合气体为混合气A，下游出口取样混合气体为混合气B；d、取样混合气体中示踪剂气体活度浓度监测；e、确定示踪剂气体在被试验滞留单元内的滞留时间：f、确定被试验滞留单元内的气体动态吸附系数Kd；准确合理对滞留床性能进行验证，保证了核电站运行安全。

Description

一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法
技术领域
本发明属于核工业技术领域，涉及一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法。
背景技术
由于压缩贮存的诸多缺点，在国内已经建成的压水堆核电站中，有秦山三期、田湾核电站的工艺气体处理使用了放射性惰性气体活性炭滞留床系统代替压缩罐贮存衰变技术。第三代正在建设中的核电厂均推荐采用放射性惰性气体活性炭滞留床系统。虽然目前国内外并无关于压水堆核电厂工艺气体处理惰性气体处理系统现场试验的相关标准，且在相关技术要求规范中未规定对投入运行的废气处理系统进行性能验证试验。但放射性废气处理系统安装调试或运行一定周期后，活性炭滞留单元性能是否满足要求直接关系到核电站运行安全。
在活性炭吸附剂装填至滞留床壳体后，受气流流动引起活性炭颗粒摩擦、活性炭吸附水分子以及温度变化等因素的影响，滞留床性能会产生一定的降低，所以需要定期对活性炭滞留单元进行性能评价试验。目前部分核电站对滞留床性能评价采取活性炭取样或运行阶段上下游同时取样实验室测量，但以上方法均存在一定的缺陷。对滞留单元取样测量存在样品代表性难以满足要求问题，而运行阶段上下游同时取样至实验室测量存在活度浓度时间点不一致缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种使用放射性85Kr对废气处理系统滞留单元进行现场性能试验方法，该方法可准确合理对活性炭滞留床性能进行验证。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，包括如下步骤：
e、试验载气注入：朝被试验滞留单元上游进气管路持续注入气源；
f、示踪剂气体注入：被试验滞留单元上游进气管路在注入气源的同时注入示踪剂气体；
g、气体持续取样：在被试验滞留单元的上游入口和下游出口进行混合气体持续取样，上游入口取样混合气体为混合气A，下游出口取样混合气体为混合气B，混合气A持续取样的样品单元为A1，A2.....An，混合气B持续取样的样品单元为B1，B2.....Bn；
h、取样混合气体中示踪剂气体活度浓度监测：对样品单元A1，A2....An中的示踪剂气体的活度浓度进行监测，根据A1，A2....An中的示踪剂气体的活度浓度与取样时间的关系作出关系图C；
对样品单元B1，B2.....Bn中的示踪剂气体的活度浓度进行监测，根据B1，B2.....Bn中的示踪剂气体的活度浓度与取样时间的关系作出关系图D；
e、确定示踪剂气体在被试验滞留单元内的滞留时间：对比关系图C和关系图D确定示踪剂气体在被试验滞留单元内的平均滞留时间t；
f、确定被试验滞留单元内的气体动态吸附系数Kd。
进一步，所述被试验滞留单元为一级滞留床或多级串联的滞留床。
进一步，所述滞留床为活性炭床。
进一步，所述气体动态吸附系数Kd与平均滞留时间t的关系为：其中，Kd：动态吸附系数，单位：mL/g；F：气体流量，单位：mL/min；M：滞留床活性炭质量，单位：g；t：平均滞留时间，单位：min。
进一步，对比关系图C和关系图确定示踪剂气体在被试验滞留单元内的平均滞留时间计算方法分两种，分别为峰值对应时间与面积相等对应时间。
进一步，所述示踪剂气体为放射性核素85Kr，活度浓度范围为：102～109Bq。
进一步，示踪剂气体中混合有Ar、He、N2以及空气中的一种或多种。
进一步，朝被试验滞留单元上游进气管路持续注入气源的气流温度低于40℃、相对湿度小于20％、系统气流压力低于0.8Mpa，流经滞留床流速0.05-6.0cm/s。
进一步，所述气源为氮气。
进一步，示踪剂气体与气源混合注入滞留床之前经过干燥床干燥处理，被试验滞留单元的上游入口和下游出口混合气体均通过测量仪持续取样，每次取样的气体体积相同。
本发明的有益效果为：该试验方法通过试验示踪剂注入跟踪检测，对试验过程滞留床上下游气体取样在线进行测量，将测得活度浓度值进行作图，得出示踪剂在滞留床内的平均滞留时间，定期对滞留床进行性能评价，可准确合理对滞留床性能进行验证，保证了核电站运行安全。
附图说明
图1为本发明实施例1的实验流程示意图；
图2为本发明实施例2的实验流程示意图；
图3为本发明峰值对应时间方法的示意图；
图4为本发明面积相等对应时间方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，包括如下步骤：
试验载气注入：朝被试验滞留单元上游进气管路持续注入气源，本专利采用的气源为氮气，朝被试验滞留单元上游进气管路持续注入气源的气流温度低于40℃、相对湿度小于20％、系统气流压力低于0.8Mpa，流经滞留床流速0.05-6.0cm/s。
其中，被试验滞留单元为一级滞留床或多级串联的滞留床，滞留床为活性炭床。
示踪剂气体注入：被试验滞留单元上游进气管路在注入气源的同时注入示踪剂气体，在注入示踪剂气体之前，上游气源可以通过除湿单元进行除湿处理；除湿单元可以为市面普通的除湿器；
示踪剂气体为放射性核素85Kr，放射性核素85Kr方便检测和跟踪，活度浓度范围为：102～109Bq，示踪剂气体中混合有Ar、He、N2以及空气中的一种或多种。
气体持续取样：在被试验滞留单元的上游入口和下游出口进行混合气体持续取样，取样流量为0.5L/min～50L/min，上游入口取样混合气体为混合气A，下游出口取样混合气体为混合气B，混合气A持续取样的样品单元为A1，A2.....An，混合气B持续取样的样品单元为B1，B2.....Bn；
取样混合气体中示踪剂气体活度浓度监测：对样品单元A1，A2....An中的示踪剂气体的活度浓度进行监测，根据A1，A2....An中的示踪剂气体的活度浓度与取样时间的关系作出关系图C；
对样品单元B1，B2.....Bn中的示踪剂气体的活度浓度进行监测，根据B1，B2.....Bn中的示踪剂气体的活度浓度与取样时间的关系作出关系图D；
e、确定示踪剂气体在被试验滞留单元内的滞留时间：对比关系图C和关系图D确定示踪剂气体在被试验滞留单元内的平均滞留时间t；对比关系图C和关系图确定示踪剂气体在被试验滞留单元内的平均滞留时间计算方法分两种，方法一为峰值对应时间方法，方法二为面积相等对应时间方法；
方法一的具体示意图如图3所示：
图中C波段表示被试验滞留单元的上游入口示踪剂气体活度浓度的变化，D波段表示被试验滞留单元的下游入口示踪剂气体活度浓度的变化，C波段与D波段之间的最高峰值点之间的时间即为踪剂气体在被试验滞留单元内的平均滞留时间t。
方法二的具体示意图如图4所示：
图中C波段表示被试验滞留单元的上游入口示踪剂气体活度浓度的变化，D波段表示被试验滞留单元的下游入口示踪剂气体活度浓度的变化，C波段与D波段之间的面积相等的时间即为踪剂气体在被试验滞留单元内的平均滞留时间t。
确定平均滞留时间t后，进一步可以确定被试验滞留单元内的气体动态吸附系数Kd，气体动态吸附系数Kd与平均滞留时间t的关系为：其中，Kd：动态吸附系数，单位：mL/g；F：气体流量，单位：mL/min；M：滞留床活性炭质量，单位：g；t：平均滞留时间，单位：min。
为了保证测试的精度，示踪剂气体与气源混合注入滞留床之前经过干燥床干燥处理，被试验滞留单元的上游入口和下游出口混合气体均通过测量仪持续取样，每次取样的气体体积相同。
下面针对示踪剂具体的数据对被试验滞留单元进行性能检测：
实施例1
如图1所示，上游气源为氮气，活性炭床装填量为1350kg，85Kr活度浓度为106Bq，气流条件参数为：温度25℃、相对湿度5％、流速0.12cm/s、相对压力0.014Mpa，脉冲注入后立即开始上、下游同时取样，取样体积为1L/min。对上下游测量浓度作图，得到滞留时间为53小时。
实施例2
如图2所示，上游气源为氮气，两级滞留床串联，单级活性炭床装填量为1250kg，85Kr活度浓度为107Bq，气流条件参数为：温度25℃、相对湿度5％、流速0.24cm/s、相对压力0.014Mpa，脉冲注入后立即开始上、下游同时取样，取样体积为10L/min。对上下游测量浓度作图，两级串联滞留时间为55小时。
实施例3
上游气源为氮气，三级滞留床串联，单级活性炭床装填量为2250kg，85Kr活度浓度为108Bq，气流条件参数为：温度25℃、相对湿度5％、流速0.24cm/s、相对压力0.05Mpa，脉冲注入后立即开始上游、一级下游、三级下游同时取样，取样体积为20L/min。对上下游测量浓度作图，单级滞留床滞留时间为15小时，三级串联滞留时间为50小时。
该试验方法通过试验示踪剂注入跟踪检测，对试验过程滞留床上下游气体取样在线进行测量，将测得活度浓度值进行作图，得出示踪剂在滞留床内的平均滞留时间，定期对滞留床进行性能评价，可准确合理对滞留床性能进行验证，保证了核电站运行安全。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、试验载气注入：朝被试验滞留单元上游进气管路持续注入气源；
b、示踪剂气体注入：被试验滞留单元上游进气管路在注入气源的同时注入示踪剂气体；
c、气体持续取样：在被试验滞留单元的上游入口和下游出口进行混合气体持续取样，上游入口取样混合气体为混合气A，下游出口取样混合气体为混合气B，混合气A持续取样的样品单元为A1，A2.....An，混合气B持续取样的样品单元为B1，B2.....Bn；
d、取样混合气体中示踪剂气体活度浓度监测：对样品单元A1，A2....An中的示踪剂气体的活度浓度进行监测，根据A1，A2....An中的示踪剂气体的活度浓度与取样时间的关系作出关系图C；
对样品单元B1，B2.....Bn中的示踪剂气体的活度浓度进行监测，根据B1，B2.....Bn中的示踪剂气体的活度浓度与取样时间的关系作出关系图D；
e、确定示踪剂气体在被试验滞留单元内的滞留时间：对比关系图C和关系图D确定示踪剂气体在被试验滞留单元内的平均滞留时间t；
f、确定被试验滞留单元内的气体动态吸附系数Kd。
2.根据权利要求1所述的一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，其特征在于，所述被试验滞留单元为一级滞留床或多级串联的滞留床。
3.根据权利要求2所述的一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，其特征在于，所述滞留床为活性炭床。
4.根据权利要求3所述的一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，其特征在于，所述气体动态吸附系数Kd与平均滞留时间t的关系为：其中，Kd：动态吸附系数；F：气体流量；M：滞留床活性炭质量；t：平均滞留时间。
5.根据权利要求1所述的一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，其特征在于，对比关系图C和关系图确定示踪剂气体在被试验滞留单元内的平均滞留时间计算方法分两种，分别为峰值对应时间方法与面积相等对应时间方法。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，其特征在于，所述示踪剂气体为放射性核素85Kr，活度浓度范围为：102～109Bq。
7.根据权利要求6所述的一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，其特征在于，示踪剂气体中混合有Ar、He、N2以及空气中的一种或多种。
8.根据权利要求2所述的一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，其特征在于，朝被试验滞留单元上游进气管路持续注入气源的气流温度低于40℃、相对湿度小于20％、系统气流压力低于0.8Mpa，流经滞留床流速0.05-6.0cm/s。
9.根据权利要求8所述的一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，其特征在于，所述气源为氮气。
10.根据权利要求8所述的一种放射性废气处理系统活性炭滞留单元性能试验方法，其特征在于，示踪剂气体与气源混合注入滞留床之前经过干燥床干燥处理，被试验滞留单元的上游入口和下游出口混合气体均通过测量仪持续取样，每次取样的气体体积相同。
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