CN111243772A - 一种提高放射性气体吸附量的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高放射性气体吸附量的装置和方法。一种提高放射性气体吸附量装置，包括：控制器、电磁阀、第一三通阀、第一吸附装置、气泵、第二三通阀、冷凝除水装置、第二吸附装置、调节阀；所述第一三通阀、所述第一吸附装置、所述气泵、所述第二三通阀、所述冷凝除水装置、所述第二吸附装置依次通过气管连通，形成串联的环路；所述调节阀与所述第一三通阀通过气管连接；所述第一吸附装置内置加热管。在核电站废气经过提高放射性气体和除氢装置处理过的废气，能够经过所述冷凝除水干燥装置后，降低气体温度、除湿、延长干燥剂使用寿命，相比于额外增加风扇进行强制风能，减少了能源消耗，减小了设备体积。

Description

一种提高放射性气体吸附量的装置和方法

技术领域

本发明涉及放射性气体处理领域，尤其涉及一种提高放射性气体吸附量的装置和方法。

背景技术

空气环境中氡(半衰期3.8天)主要来自于土壤及建材表面的析出，在地下空间由于氡难于排除，使得氡浓度较高，被人吸入后易导致肺癌。地下空间的较高浓度的氡可以用活性炭吸附降低氡浓度。反应堆运行过程中从堆芯释放的放射气体(半衰期较长的有⁸⁵Kr半衰期为10.77年，¹³³Xe半衰期为5.2天，)在早期多采用压缩罐贮存衰变法使其放射性降到可排放水平。近年来，该方法逐渐被更加安全、经济、可行的活性炭吸附衰变法所取代。国内外的核电站已使用了滞留床技术。

目前，核电站内一般都设置有氢气减缓装置来抑制氢气在核电站内的集聚，在发生核事故时，核电站可能产生大量的氢气和放射性气体及放射性气溶胶，现有的氢气减缓装置在氢气大量快速产生时作用有限，因此核电站可能产生氢爆，导致严重的后果。另外，大量放射性气体及放射性气溶胶使得救援人员和设备难以进入核电站进行事故处理和救援。

但是，核电站排出的废气本身带有一定的温度，同时一部分的核电站废气处理装置自身带有加热装置，因此导致活性炭的吸附量降低，目前常用的冷却方法是对处理装置使用大风扇进行散热，但是其效果不是很明显，因此造成对于核电站废气的有害气体吸附程度不高。专利号为ZL200910108272.2的专利文献公开了核电站废气处理方法及其处理装置，其方法是先经过冷凝去水后，在进行吸附工作，在一定程度上能够解决废气自带的温度，但是废气处理装置自带加热装置带来的热量很难解决。

因而现有的核电站废气处理装置存在不足，还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种提高放射性气体吸附量的装置和方法，能够实现在废气除气装置对废气进行了二次甚至是多次加热后，依然能够对废气进行降温处理。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种提高放射性气体吸附量的装置，包括：控制器、电磁阀、第一三通阀、第一吸附装置、气泵、第二三通阀、冷凝除水装置、第二吸附装置、调节阀；所述第一三通阀、所述第一吸附装置、所述气泵、所述第二三通阀、所述冷凝除水装置、所述第二吸附装置依次通过气管连通，形成串联的环路；所述调节阀与所述第一三通阀通过气管连接；所述控制器驱动所述气泵、所述第一三通阀、所述第二三通阀、所述调节阀正常工作；所述第一吸附装置内置加热管。

优选的所述的提高放射性气体吸附量的装置，所述冷凝除水装置包括冷却水箱、冷凝水收集器和干燥器；所述冷凝水收集器具有进水口；所述干燥器具有进气口和出气口；气管穿过所述冷却水箱后，通过三通管分别与所述冷凝水收集器的进水口、所述干燥器的进气口接通。

优选的所述的提高放射性气体吸附量的装置，所述冷却水箱与所述冷凝水收集器的装设位置具有高度差。

优选的所述的提高放射性气体吸附量的装置，所述冷凝水收集器具有进水口和放水口，所述放水口通过密封螺栓密封。

优选的所述的提高放射性气体吸附量的装置，所述冷却水箱具有进水口和出水口，用于更换所述冷却水箱内的水。

优选的所述的提高放射性气体吸附量的装置，所述冷凝水收集器、所述干燥器的外壳材料为防辐射铅板。

优选的所述的提高放射性气体吸附量的装置，所述干燥器中装有干燥剂。

优选的所述的提高放射性气体吸附量的装置，n组所述环路形成n级回路，分别为第1级回路、第2级回路、……、第n级回路；还包括总泵、总调节阀、总多通阀；所述总泵、所述总调节阀和所述总多通阀依次通过气管连通，所述总多通阀分别与多组所述环路的所述电磁阀通过气管连通；所述控制器还用于控制所述总泵、所述总调节阀、所述总多通阀的正常工作。

优选的所述提高放射性气体吸附量的装置，n级回路之间共用一组所述冷凝除水装置。

一种使用所述的提高放射性气体吸附量的装置的提高放射性气体吸附量的方法，包括步骤：

S1、所述控制器控制所述第一三通阀导通所述电磁阀与所述第一吸附装置之间的通路，并控制所述第二三通阀导通所述第一吸附装置和外界的通路，经过所述第一吸附装置将废气中的放射性气体吸附处理后，经过所述第二三通阀排出到空气中；

S2、在所述第一吸附装置对放射性气体达到吸附极限后，所述控制器控制所述第一三通阀和所述第二三通阀导通所述环路，并控制所述第一吸附装置中的加热管开始加热，并控制所述电磁阀断路，并驱动所述气泵，使所述第一吸附装置的气压低于所述第二吸附装置内的气压，使所述第一吸附装置吸附的放射性气体快速析出；放射性气体通过所述冷凝除水装置后，进入所述第二吸附装置内被吸附；

S3、在所述第一吸附装置内的放射性气体被所述第二吸附装置吸附完全后，执行步骤S1。

优选的所述的提高放射性气体吸附量的方法，当所述提高放射性气体吸附量的装置为n级回路时，所述步骤S2中还包括：

在所述第i级回路中所述第一吸附装置达到吸附极限后，所述控制器控制所述总多通阀导通所述总调节阀与第i+1级回路的通路，使用所述第i+1级回路对废气进行吸附处理；其中，1≤i<n。

相较于现有技术，本发明提供的一种提高放射性气体吸附量的装置和方法，在核电站废气经过提高放射性气体吸附量的装置处理过的废气，再经过所述冷凝除水干燥装置后，降低气体温度、除湿、延长干燥剂使用寿命，相比于额外增加风扇进行强制风能，减少了能源消耗，减小了设备体积。

附图说明

图1是本发明提供的提高放射性气体吸附量的装置实施例1的结构框图；

图2是本发明提供的冷凝除水干燥装置的结构简图；

图3是本发明提供的提高放射性气体吸附量的装置实施例2的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请一并参阅图1-图2，其中箭头表示气流的可能流动方向，本发明提供一种提高放射性气体吸附量的装置，包括：控制器1、电磁阀21、第一三通阀28、第一吸附装置22、气泵23、第二三通阀24、冷凝除水装置25、第二吸附装置26、调节阀27；所述第一三通阀28、所述第一吸附装置22、所述气泵23、所述第二三通阀24、所述冷凝除水装置25、所述第二吸附装置26和调节阀27依次通过气管连通，形成串联的环路；所述控制器1驱动所述气泵23、所述第一三通阀28、所述第二三通阀24、所述调节阀27正常工作；所述第一吸附装置22内置加热管(未示图)。

相应的，本发明还提供一种使用所述的提高放射性气体吸附量的装置的提高放射性气体吸附量的方法，包括步骤：

S1、所述控制器1控制所述第一三通阀28导通所述电磁阀21与所述第一吸附装置22之间的通路，并控制所述第二三通阀24导通所述第一吸附装置22和外界的通路，经过所述第一吸附装置22将废气中的放射性气体吸附处理后，经过所述第二三通阀24排出到空气中；

S2、在所述第一吸附装置22对放射性气体达到吸附极限后，所述控制器控制所述第一三通阀28和所述第二三通阀24导通所述环路，并控制所述第一吸附装置22中的加热管开始加热，并控制所述电磁阀21断路，并驱动所述气泵23，使所述第一吸附装置22的气压低于所述第二吸附装置26内的气压，使所述第一吸附装置22吸附的放射性气体快速析出；放射性气体通过所述冷凝除水装置25后，进入所述第二吸附装置26内被吸附；

S3、在所述第一吸附装置22内的放射性气体被所述第二吸附装置26吸附完全后，执行步骤S1。在所述第一吸附装置22达到吸附极限后，所述控制器1控制所述第二三通阀24导通所述环路，并控制所述第一吸附装置22中的加热管开始加热，并控制所述电磁阀21断路，并驱动所述气泵23，使所述第一吸附装置22的气压低于所述第二吸附装置26内的气压，使所述第一吸附装置22吸附的放射性气体快速析出；放射性气体通过所述冷凝除水装置25后，进入所述第二吸附装置26内被吸附。

所述第一吸附装置22和所述第二吸附装置内装设有放射性气体吸附材料，一般的吸附材料为活性炭，所述吸附材料的吸附原理是：吸附材料对氡等放射性气体吸附能力可用动态吸附系数(不同放射性气体动态吸附系数不同)来表示，不同穿透率下动态吸附系数表示为：

式中，X％为穿透率(吸附装置出口处放射性气体浓度相对于入口处放射性气体浓度比值)，D_X％为X％穿透率时吸附材料对氡等放射性气体的吸附系数，F为空气流量，M为吸附材料质量，t_X％为X％穿透率时的穿透时间。

应当说明的是，吸附材料对于放射性气体的吸附，即使在不同浓度的情况下，其吸附的体积也是相同的，因此动态吸附系数越大表示其对放射性气体体积吸附能力越大，其随温度和相对湿度的提高而降低，随压力的提高而增大；同时，若是能够降低气体中的水分或其他气体，极大提高放射性气体的浓度，则从另一角度上提高了对放射性气体的吸附量。所述第一吸附装置22中内置加热管，在一定程度上加快了所述第一吸附装置22中吸附材料对于放射性气体的释放，更能提高效率，在配合所述第一吸附装置22和第二吸附装置26之间的气压差，则将相同体积下的吸附材料对于放射性气体的吸附量再次提高了一个等级。

设地下空间氡浓度或核电站的某种放射性气体浓度为C₀，需要降低到X％浓度排放，在不加压时吸附材料能处理的空气体积为F*t_X％；这对应与本方法并连的两个串联回路中的前一级吸附装置的吸附过程。当前一级吸附装置吸附的放射性气体向后一级吸附装置转移时，在泵和节流阀的作用下使得前一级吸附装置低于一个大气压，后一级吸附装置高于一个大气压，后一级吸附装置与前一级吸附装置压力之比为n，吸附系数与压力成正比，这样后一级吸附装置能吸附大于n倍前一级吸附装置吸附的放射性气体量，大大提高了单位质量的吸附材料对氡等放射性气体吸附量。从而，就可以快速过滤空气中的气溶胶，吸附空气中的放射性气体。由于常温下氢气难以被吸附材料吸附，来自核电站的较高浓度的氢气将会快速排除，直接将氢气排放到大气中，降低在核电站内存积氢气的风险。

具体的，本发明提供的装置在工作中，废气经过所述电磁阀进入所述第一吸附装置22中，对所述废气进行除氢和放射性气体吸附处理工作，然后处理后的废气经过所述第二三通阀24的A-B通路排出到外界中；在所述第一吸附装置22的吸附材料到吸附极限后，需要将所述第一吸附装置22中吸附的放射性气体转移到所述第二吸附装置中，在本领域的现有技术是，利用环路中的气压差比实现转移，但是转移效果一般，因此需要在所述第一吸附装置22内加置加热管，这样就可以快速将所述第一吸附装置22中吸附的放射性气体快速释放。所述环路中的气压差是所述气泵23和所述调节阀27相互配合产生；例如所述气泵正常运转，通过调整所述调节阀27中气流的流率，则使所述第一吸附装置22和所述第二吸附装置26之间的气压差达到需要的水平；或者，控制所述调节阀27中的气流流率不变，通过调整所述气泵23的转速，实现所述第一吸附装置22和所述第二吸附装置26之间的气压差达到需要的水平。

具体的，所述第一吸附装置22内置电发热管和金属外壳，在加热解析向所述第二吸附装置26转移放射性气体后，由于活性炭的热容量较大，仅仅靠所述第一吸附装置22的金属外壳自然冷却需要较长的时间。在较高的温度下活性炭对放射性气体基本上没有吸附能力。本装置虽然是用两个串联吸附装置轮流工作，但是由于每个所述第一吸附装置22和第二吸附装置26中所装的吸附材料并不多，因此加热解析后的所述第一吸附装置22需要尽快冷却，以便接替另一个串联式的所述第二吸附装置26对放射性气体的吸附工作。当然，在工作过程中，所述控制器1控制所述第二三通阀24、所述调节阀27的通断，进而控制气体在气管中的流动方向。所述第一吸附装置22解析出来的高温高湿气体通过所述气泵23、第二三通阀24的A-C通路进入所述冷却水箱内的金属管道后被冷却，此时产生冷凝水进入所述冷凝水收集器，然后气体进入装有干燥剂的所述干燥器内，冷却后的干燥空气进入所述第二吸附装置26，进行第二次吸附。冷凝水收集器收集的冷却水满了后，可以打开底部的所述密封盖释放出去。冷凝除水干燥装置可以减少第二级吸附装置内吸附材料的含水率和高温气体对所述第二吸附装置26的加热效应，提高所述第二吸附装置26的吸附效果。当然，所述第一三通阀28可以为普通三通管，在所述环路工作的过程中，首先放射性废气经过所述电磁阀21进入所述环路，然后所述控制器1控制所述电磁阀21的通断，保证所述环路正常工作；同时，所述控制器1可以控制所述第一三通阀28的导通三路气管中的两路，相互导通，实现环路的正常运行。在正常吸附工作中，所述控制器1控制所述第一三通阀28导通A-B通路，能够控制废气进入所述第一吸附装置22且不进入所述第二吸附装置；同时，在所述第一吸附装置22已经达到吸附极限后，所述控制器1控制所述第一三通阀导通C-B通路，实现所述环路的正常运行。在将所述第一吸附装置22内吸附的放射性气体释放完毕后，在冷却后，即可继续投入使用。

作为优选方案，本实施例中，所述冷凝除水装置25包括冷却水箱251、冷凝水收集器252和干燥器253；所述冷凝水收集器252具有进水口；所述干燥器253具有进气口和出气口；气管穿过所述冷却水箱251后，通过三通管分别与所述冷凝水收集器252的进水口、所述干燥器253的进气口接通。

作为优选方案，本实施例中，所述冷却水箱251与所述冷凝水收集器252的装设位置具有高度差。

具体的，所述气管穿过所述冷却水箱251，通过所述气管的气体，会在所述冷却水箱251冷却后，在所述气管的管壁上会出现冷凝水，为初步除水，此步骤只能除去气体中的部分水分，因此所述冷却水箱251与所述冷凝水收集器252之间的高度差是为了保证所述管壁上的冷凝水能够流入到所述冷凝水收集器252中个；所述三通管的目的在于将经过所述冷却水箱251冷却后的气体能够导入到所述干燥器253中，进行二次除水。所述冷却水箱251和所述冷凝水收集器252之间的高度差的计算，是所述冷却水箱251的下底面和所述冷凝水收集器252的上底面之间的高度差，此高度不做限定，一般以能够冷凝水正常流入到所述冷凝水收集器252中即可。所述三通管可以是T型的或者是其他形状的，若是T型的，则所述冷却水箱251与所述冷凝水收集器252之间分别连接在所述三通管中直通的两个管口上。所述干燥器253中的干燥剂，在本实施例中不做限定，为干燥剂领域中常用的干燥剂即可。

作为优选方案，本实施例中，所述冷凝水收集器252具有进水口和放水口，所述放水口通过密封螺栓密封。所述密封盖与所述放水口之间的密封可以通过密封胶条实现，也可以通过其他方式实现，同时所述密封盖与所述放水口之间通过卡扣连接或者螺纹连接。因为本装置是用于具有辐射的气体的冷凝除水，因此所述冷凝水收集器252的外壳材料应当具有一定的厚度，所述密封盖的优选方案为密封螺栓，此时所述密封方案为通过所述密封螺栓旋入的长度实现密封。这样可以保证在所述冷凝水收集器252在水储满的情况下，可以通过打开所述放水口将冷凝水放出，无需将所述冷凝水收集器252整个拆卸就可以实现将水排出。

作为优选方案，本实施例中，所述三通管为Y型。

具体的，考虑到冷凝水在向所述冷凝水收集器252低落或者流动的时候，若所述三通管是T型的，在气体流动的过程中，可能会使本来流向所述冷凝水收集器252的冷凝水流向所述干燥器253，造成所述干燥器253性能降低，因此所述三通管的优选方案为Y型。

作为优选方案，本实施例中，所述冷却水箱251具有进水口和出水口，用于更换所述冷却水箱251内的水。

具体的，所述冷却水箱251中的水可以定期更换一次，可以使用流动水，当使用流动水的时候，需要将进水管与所述进水口连接，出水管与所述出水口连接。

作为优选方案，本实施例中，所述冷凝水收集器252、所述干燥器253的外壳材料为防辐射铅板。所述铅板的厚度为1-3cm。

作为优选方案，本实施例中，所述干燥器253中装有干燥剂。所述干燥剂的选用本发明不做限定，本领域中现有的干燥剂即可，优选的，所述干燥剂为氯化钙、硫酸钙、氧化钡中的一种。本实施例中，所述干燥剂的选用不做限定，优选的干燥剂为硫酸钙或氯化钙。

实施例2

请着重参阅图3，本申请还提供一种提高防射性气体吸附量的装置，n组所述环路形成n级回路，还包括总泵3、总调节阀4、总多通阀5；所述总泵3、所述总调节阀4和所述总多通阀5依次通过气管连通，所述总多通阀5分别与多组所述环路的所述电磁阀21通过气管连通；所述控制器1还用于控制所述总泵3、所述总调节阀4、所述总多通阀5的正常工作。应当说明的是n≥2，当n＝2时，为两级回路，分别为第1级回路10和第2级回路20，所述总多通阀5为三通阀。

应当说明说的是，一般的，若是有两级回路，则所述总多通阀5为三通阀，若是有三级回路，则所述总多通阀5为四通阀，即具有四个通道，此时所述控制器1控制所述总多通阀5其中一个通道打开，实现多级回路的选择。在多组所述环路共同协作的情况下，所述控制器1还要控制所述总泵3、所述总调节阀4、所述总多通阀5，进而控制气体在所述多级回路中的流动路线，进行多级处理吸附工作。

相应的，所述提高放射性气体吸附量的方法中，当所述提高放射性气体吸附量的装置为n级回路时，所述步骤S2中还包括：

在所述第i级回路中所述第一吸附装置达到吸附极限后，所述控制器控制所述总多通阀导通所述总调节阀与第i+1级回路的通路，使用所述第i+1级回路对废气进行吸附处理；其中，1≤i<n。

当n＝2时，即本装置为两级回路时，在所述第一级回路10中所述第1吸附装置达到吸附极限后，所述控制器控制所述总多通阀5导通所述总调节阀4与第2级回路20的通路，使用所述第2级回路20对废气进行吸附处理。所述第2级回路的吸附处理过程也是经过所述步骤S1-S3进行处理，此处不做赘述。

作为优选方案，本实施例中，n级回路之间共用一组所述冷凝除水装置。节约装置，减少耗材。

作为优选方案，本实施例中，每级回路的所述第二三通阀24的出气口装设第二冷凝除水装置(未示图)；所述第二冷凝除水装置与所述冷凝除水装置25为相同的装置。在多级回路中，每级回路中的第二三通阀24的出气口，即图1中第二三通阀24的B端也装设一个冷凝除水装置，并将所述冷凝除水装置的出气口对着需要冷却的另一级的所述第一吸附装置22输送冷气，达到对需要降温的第一吸附装置22快速降温的目的。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种提高放射性气体吸附量的装置，其特征在于，包括：控制器、电磁阀、第一三通阀、第一吸附装置、气泵、第二三通阀、冷凝除水装置、第二吸附装置、调节阀；所述第一三通阀、所述第一吸附装置、所述气泵、所述第二三通阀、所述冷凝除水装置、所述第二吸附装置依次通过气管连通，形成串联的环路；所述调节阀与所述第一三通阀通过气管连接；所述控制器驱动所述气泵、所述第一三通阀、所述第二三通阀、所述调节阀正常工作；所述第一吸附装置内置加热管。

2.根据权利要求1所述的提高放射性气体吸附量的装置，其特征在于，所述冷凝除水装置包括冷却水箱、冷凝水收集器和干燥器；所述冷凝水收集器具有进水口；所述干燥器具有进气口和出气口；气管穿过所述冷却水箱后，通过三通管分别与所述冷凝水收集器的进水口、所述干燥器的进气口接通。

3.根据权利要求2所述的提高放射性气体吸附量的装置，其特征在于，所述冷却水箱与所述冷凝水收集器的装设位置具有高度差。

4.根据权利要求2所述的提高放射性气体吸附量的装置，其特征在于，所述冷凝水收集器具有进水口和放水口，所述放水口通过密封螺栓密封。

5.根据权利要求2所述的提高放射性气体吸附量的装置，其特征在于，所述冷却水箱具有进水口和出水口，用于更换所述冷却水箱内的水。

6.根据权利要求2所述的提高放射性气体吸附量的装置，其特征在于，所述干燥器中装有干燥剂。

7.根据权利要求1-6任一所述的提高放射性气体吸附量的装置，其特征在于，n组所述环路形成n级回路，分别为第1级回路、第2级回路、……、第n级回路；还包括总泵、总调节阀、总多通阀；所述总泵、所述总调节阀和所述总多通阀依次通过气管连通，所述总多通阀分别与多组所述环路的所述电磁阀通过气管连通；所述控制器还用于控制所述总泵、所述总调节阀、所述总多通阀的正常工作。

8.根据权利要求7所述提高放射性气体吸附量的装置，其特征在于，n级回路之间共用一组所述冷凝除水装置。

9.一种使用权利要求1-8任一所述的提高放射性气体吸附量的装置的提高放射性气体吸附量的方法，其特征在于，包括步骤：

S1、所述控制器控制所述第一三通阀导通所述电磁阀与所述第一吸附装置之间的通路，并控制所述第二三通阀导通所述第一吸附装置和外界的通路，经过所述第一吸附装置将废气中的放射性气体吸附处理后，经过所述第二三通阀排出到空气中；

S2、在所述第一吸附装置对放射性气体达到吸附极限后，所述控制器控制所述第一三通阀和所述第二三通阀导通所述环路，并控制所述第一吸附装置中的加热管开始加热，并控制所述电磁阀断路，并驱动所述气泵，使所述第一吸附装置的气压低于所述第二吸附装置内的气压，使所述第一吸附装置吸附的放射性气体快速析出；放射性气体通过所述冷凝除水装置后，进入所述第二吸附装置内被吸附；

S3、在所述第一吸附装置内的放射性气体被所述第二吸附装置吸附完全后，执行步骤S1。

10.根据权利要求9所述的提高放射性气体吸附量的方法，其特征在于，当所述提高放射性气体吸附量的装置为n级回路时，所述步骤S2中还包括：

在所述第i级回路中所述第一吸附装置达到吸附极限后，所述控制器控制所述总多通阀导通所述总调节阀与第i+1级回路的通路，使用所述第i+1级回路对废气进行吸附处理；其中，1≤i<n。

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