CN113023919A - 一种压水堆样水气液分离装置及裂变气体测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压水堆样水气液分离装置及裂变气体测量方法，装置包括样水循环管路、气液分离管路以及取样器：样水循环管路包括依次连接的样水入口、取样阀、第一三通阀、脱气器、第二三通阀、截止阀，以及样水出口；气液分离管路包括氮气输入控制管路、与氮气输入控制管路依次连接的第三三通阀、脱气器、第二三通阀，以及滗析器，滗析器还与第三三通阀连接；取样器与滗析器连接，用于收集裂变气体。本发明的压水堆样水气液分离装置，通过样水循环管路取得具有代表性的压水堆样品，通过气液分离管路分离出裂变气体，然后对分离得到的气体进行测量，可以大大降低裂变气体的检出限，提高检测的灵敏度和准确性。

Description

一种压水堆样水气液分离装置及裂变气体测量方法
技术领域
本发明属于核电放射性气体检测技术领域，具体涉及一种压水堆样水气液分离装置及裂变气体测量方法。
背景技术
核电厂功率运行期间会产生大量裂变产物，正常情况下，裂变产物被包容在燃料包壳中。当燃料包壳破损时，部分裂变产物尤其是气态裂变产物，如氙、氪等放射性的同位素，会从燃料包壳中释放并进入一回路冷却剂中。
目前核电厂均是使用高纯锗伽马谱仪直接对一回路冷却剂进行放射性分析，以监测燃料包壳的完整性。这种检测方法对裂变气体的检出限要求较高，并且灵敏度和准确性较差。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，目前针对一回路冷却剂进行放射性分析时是直接测量样水，检出限要求较高，灵敏度和准确性较差。
为解决上述技术问题，本发明提供一种压水堆样水气液分离装置，包括样水循环管路、气液分离管路以及取样器：
所述样水循环管路包括依次连接的样水入口、取样阀、第一三通阀、脱气器、第二三通阀、截止阀，以及样水出口；
所述气液分离管路包括氮气输入控制管路、与所述氮气输入控制管路依次连接的第三三通阀、所述脱气器、所述第二三通阀，以及滗析器，所述滗析器还与所述第三三通阀连接；
所述取样器与所述滗析器连接，用于收集裂变气体。
进一步地，所述取样阀与所述第一三通阀之间还连接有热交换器。
进一步地，所述热交换器与所述第一三通阀之间还连接有第一流量计和第一压力表。
进一步地，所述氮气输入控制管路包括依次连接的氮气入口、氮气供气阀、氮气调节阀、第二流量计和第二压力表。
进一步地，所述的压水堆样水气液分离装置，还包括与所述第一三通阀连接的排水管路。
进一步地，所述的压水堆样水气液分离装置，还包括气液分离器，用于密封容置所述脱气器、所述滗析器、所述第一三通阀、所述第二三通阀和所述第三三通阀。
一种压水堆裂变气体测量方法，采用如上所述的压水堆样水气液分离装置对样水进行气液分离，从所述取样器中取气体样品进行裂变气体测量，并计算样水中核素的活度；其中，气液分离具体包括：
步骤S1、开启所述取样阀V0和所述截止阀，控制所述第一三通阀和所述第二三通阀连通所述样水循环管路；
步骤S2、注入样水，当样水在所述样水循环管路中循环至预定时间后，控制所述第一三通阀和所述第二三通阀为关闭状态，阻断所述样水循环管路；
步骤S3、控制所述第二三通阀连通所述脱气器和所述滗析器，控制所述第三三通阀连通所述脱气器与所述氮气输入控制管路；
步骤S4、向所述氮气输入控制管路中输入氮气，氮气与样水中的裂变气体通过滗析器进入取样器。
进一步地，所述压水堆裂变气体测量装置还包括与所述第一三通阀连接的排水管路；
所述步骤S1之前包括步骤S0：
确认所有阀门处于关闭的初始状态后，控制所述第一三通阀连通所述脱气器与所述排水管路；
控制所述第三三通阀连通所述滗析器与所述氮气输入控制管路；
输入氮气，控制所述第二三通阀连通所述脱气器与所述滗析器，对所述滗析器与所述脱气器进行吹扫，排出内部残余水分；
恢复所述第一三通阀、所述第二三通阀和所述第三三通阀至关闭状态。
进一步地，所述输入氮气，控制所述第二三通阀连通所述脱气器与所述滗析器，对所述滗析器与所述脱气器进行吹扫，具体包括：
输入氮气，当所述氮气输入控制管路中气体压力达到目标压力时，控制所述第二三通阀在连通以及阻断所述脱气器与所述滗析器之间来回切换，对所述滗析器与所述脱气器进行吹扫，其中，所述目标压力大于一个标准大气压。
进一步地，获取所述步骤S4中氮气输入过程最终的压力P，样水中核素的活度C计算公式为：
Figure BDA0002965835480000031
A为所述气体样品的核素活度测量值；
V1为所述取样器的容积；
V2为所述脱气器的容积；
P0为标准大气压。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明的压水堆样水气液分离装置，通过样水循环管路取得具有代表性的压水堆样品，通过气液分离管路分离出裂变气体。通过本装置对压水堆样水进行气液分离，然后对分离得到的气体进行测量，可以大大降低裂变气体的检出限，提高检测的灵敏度和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一一种压水堆样水气液分离装置。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图1所示，本发明实施例一提供一种压水堆样水气液分离装置，包括：样水循环管路、气液分离管路以及取样器。样水循环管路包括依次连接的样水入口、取样阀V0、第一三通阀V1、脱气器T、第二三通阀V2、截止阀V4，以及样水出口；工作时，样水在样水循环管路中循环，循环至一定的时间后，关闭第一三通阀V1和第二三通阀V2，脱气器T中则截留了整容器的待测样水，循环的作用在于获取成分更均匀及具代表性的待测样水，能够更准确地反映出压水堆中裂变气体含量。由于压水堆样水温度较高，可以在取样阀V0与第一三通阀V1之间连接热交换器H，降低循环样水的温度。为了准确地控制样水循环流量，可以在热交换器H与第一三通阀V1之间连接第一流量计M1和第一压力表P1。
气液分离管路包括氮气输入控制管路、与氮气输入控制管路依次连接的第三三通阀V3、脱气器T、第二三通阀V2，以及滗析器B，滗析器B还与第三三通阀V3连接。为了准确地控制氮气输入流量，氮气输入控制管路可以包括依次连接的氮气入口、氮气供气阀V5、氮气调节阀V6、第二流量计M2和第二压力表P2。气液分离原理为：在样水循环脱气器T截留待测样水后，第二三通阀V2连通脱气器T与滗析器B，第三三通阀V3连通脱气器T与氮气输入控制管路，氮气输入后依次流经氮气输入控制管路、脱气器T、滗析器B，最后进入与滗析器B连接的取样器S，氮气在进入脱气器T中鼓泡的过程会将裂变气体一同带出最终进入取样器S，通过检测取样器S中的核素活度来计算样水中的裂变气体活度。
为了更准确地得待测水样，在样水循环前，首先对滗析器B和脱气器T内的残余水进行吹扫，具体是在第一三通阀V1处连接排水管路，吹扫时，第一三通阀V1连通脱气器T和排水管路，第三三通阀V3连通滗析器B和氮气输入控制管路，输入氮气吹扫残余水从排水口排出。
为了确保安全性，设置一气液分离器D，用于密封容置脱气器T、滗析器B、所述第一三通阀V1、所述第二三通阀V2和所述第三三通阀V3，保证操作过程的绝对安全，防止泄露。
通过本装置采用气液分离的方式完成冷却剂的脱气，然后对分离后的气体进行测量，可以大大降低裂变气体的检出限，提高检测的灵敏度和准确性。
相应于本发明实施例一提供的压水堆样水气液分离装置，本发明实施例二还提供一种压水堆裂变气体测量方法，包括步骤S1-S4。
可选地，在进行样水循环截留样水样品时，首先对体系进行吹扫，清除内部残余水。吹扫步骤S0具体如下：
(1)打开取样阀V0，检查确认其他阀门V4、V5和V6均为关闭状态，检查确认第一三通阀V1、第二三通阀V2和第三三通阀V3均置于“F”位置。需要说明的是，图1中三通阀的“1”、“2”和“F”代表了不同的流路，阀门状态为“1”或“2”时，分别表示该方向流路为“开”，其他方向为“关”，置于“F”状态表示三条流路之间相互不流通，均为“关”。
(2)第一三通阀V1置于2，第二三通阀V2置于1和第三三通阀V3置于1，打开氮气供气阀V5，并采用氮气调节阀V6调节吹扫速度，氮气从第三三通阀V3流入滗析器B，然后经过第二三通阀V2流入脱气器T，再从第一三通阀V1流至排水口排出。
(3)调节吹扫速度的方法具体是：将第二三通阀V2置于F，当第二压力表P2示数升至高于外界气压的目标值时，例如2bar，将第二三通阀V2快速切换到1，反复多次，直至排水口无水流出。
(4)关闭氮气供气阀V5和氮气调节阀V6，待第二压力表P2恢复至外界气压并稳定时，将第一三通阀V1、第二三通阀V2、第三三通阀V3置于F状态。
气液分离具体包括步骤S1-S4，以下结合图1对本实施例进行详细介绍。
步骤S1、开启所述取样阀V0和所述截止阀，控制所述第一三通阀和所述第二三通阀连通所述样水循环管路；
具体地，将第一三通阀V1置于1，第二三通阀V2置于2，此时第一压力表P1的示数上升。
步骤S2、注入样水，当样水在所述样水循环管路中循环至预定时间后，控制所述第一三通阀和所述第二三通阀为关闭状态，阻断所述样水循环管路
具体地，打开截止阀V4，样水开始循环，循环预定时间后，例如10min，将第一三通阀V1和第二三通阀V2均置于F。脱气器T中截留了整个容器的样水。
步骤S3、控制所述第二三通阀连通所述脱气器和所述滗析器，控制所述第三三通阀连通所述脱气器与所述氮气输入控制管路。
具体地，将第三三通阀V3置于2，第二三通阀V2置于1，此时第二压力表P2的压力缓慢降低，示数大概降至200～300mbar左右。
步骤S4、向所述氮气输入控制管路中输入氮气，氮气与样水中的裂变气体通过滗析器进入取样器。
具体地，打开氮气供气阀V5，通过氮气调节阀V6调节氮气流速为50-60mL/min，控制脱气器T中样水的鼓泡速度，氮气进入脱气器T然后通过滗析器B最后进入取样器S，裂变气体伴随氮气一起进入取样器S。需要说明的是，取样器S预先进行了抽真空处理。
当第二压力表P2的压力缓慢增加到1500mbar时，关闭氮气供气阀V5和氮气调节阀V6，并将第二三通阀V2和第三三通阀V3置于F，脱气取样完成。本步骤中，较佳地，第二压力表P2的示数从500mbar上升到1500mbar应控制在5min，可以获得较好的气体收集效率。脱气取样完成后，可参照前述吹扫步骤对装置进行冲洗。
最后从所述取样器S中取气体样品进行裂变气体测量，并计算样水中核素的活度。样水中核素的活度C计算公式为：
Figure BDA0002965835480000061
A为所述气体样品的核素活度测量值，通过高锗伽马谱仪测量得到；
V1为所述取样器S的容积；
V2为所述脱气器T的容积；
P0为标准大气压(1.01325bar)；
P为步骤S4中氮气输入过程最终的压力。结合本实施例，P＝1.5bar。
本发明采用气液分离装置来分离压水堆中的裂变气体，然后对气体样品进行γ谱分析，降低了康普顿坪对气体核素测量的干扰，测量值相对气液未分离能提高20％，降低了各核素的检出限1/2-1/20。
通过上述说明可知，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的压水堆样水气液分离装置，通过样水循环管路取得具有代表性的压水堆样品，通过气液分离管路分离出裂变气体，气液分离管路同时起着吹扫内部残余样水的作用。通过本装置对压水堆样水进行气液分离，然后对分离得到的气体进行测量，可以大大降低裂变气体的检出限，提高检测的灵敏度和准确性。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种压水堆样水气液分离装置，其特征在于，包括样水循环管路、气液分离管路以及取样器：
所述样水循环管路包括依次连接的样水入口、取样阀、第一三通阀、脱气器、第二三通阀、截止阀，以及样水出口；
所述气液分离管路包括氮气输入控制管路、与所述氮气输入控制管路依次连接的第三三通阀、所述脱气器、所述第二三通阀，以及滗析器，所述滗析器还与所述第三三通阀连接；
所述取样器与所述滗析器连接，用于收集裂变气体。
2.根据权利要求1所述的压水堆样水气液分离装置，其特征在于，所述取样阀与所述第一三通阀之间还连接有热交换器。
3.根据权利要求2所述的压水堆样水气液分离装置，其特征在于，所述热交换器与所述第一三通阀之间还连接有第一流量计和第一压力表。
4.根据权利要求1所述的压水堆样水气液分离装置，其特征在于，所述氮气输入控制管路包括依次连接的氮气入口、氮气供气阀、氮气调节阀、第二流量计和第二压力表。
5.根据权利要求1所述的压水堆样水气液分离装置，其特征在于，还包括与所述第一三通阀连接的排水管路。
6.根据权利要求1所述的压水堆样水气液分离装置，其特征在于，还包括气液分离器，用于密封容置所述脱气器、所述滗析器、所述第一三通阀、所述第二三通阀和所述第三三通阀。
7.一种压水堆裂变气体测量方法，其特征在于，采用权利要求1所述的压水堆样水气液分离装置对样水进行气液分离，从所述取样器中取气体样品进行裂变气体测量，并计算样水中核素的活度；其中，气液分离具体包括：
步骤S1、开启所述取样阀V0和所述截止阀，控制所述第一三通阀和所述第二三通阀连通所述样水循环管路；
步骤S2、注入样水，当样水在所述样水循环管路中循环至预定时间后，控制所述第一三通阀和所述第二三通阀为关闭状态，阻断所述样水循环管路；
步骤S3、控制所述第二三通阀连通所述脱气器和所述滗析器，控制所述第三三通阀连通所述脱气器与所述氮气输入控制管路；
步骤S4、向所述氮气输入控制管路中输入氮气，氮气与样水中的裂变气体通过滗析器进入取样器。
8.根据权利要求7所述的压水堆裂变气体测量方法，其特征在于，所述压水堆裂变气体测量装置还包括与所述第一三通阀连接的排水管路；
所述步骤S1之前包括步骤S0：
确认所有阀门处于关闭的初始状态后，控制所述第一三通阀连通所述脱气器与所述排水管路；
控制所述第三三通阀连通所述滗析器与所述氮气输入控制管路；
输入氮气，控制所述第二三通阀连通所述脱气器与所述滗析器，对所述滗析器与所述脱气器进行吹扫，排出内部残余水分；
恢复所述第一三通阀、所述第二三通阀和所述第三三通阀至关闭状态。
9.根据权利要求8所述的压水堆裂变气体测量方法，其特征在于，所述输入氮气，控制所述第二三通阀连通所述脱气器与所述滗析器，对所述滗析器与所述脱气器进行吹扫，具体包括：
输入氮气，当所述氮气输入控制管路中气体压力达到目标压力时，控制所述第二三通阀在连通以及阻断所述脱气器与所述滗析器之间来回切换，对所述滗析器与所述脱气器进行吹扫，其中，所述目标压力大于一个标准大气压。
10.根据权利要求7所述的压水堆裂变气体测量方法，其特征在于，获取所述步骤S4中氮气输入过程最终的压力P，样水中核素的活度C计算公式为：
Figure FDA0002965835470000021
A为所述气体样品的核素活度测量值；
V1为所述取样器的容积；
V2为所述脱气器的容积；
P0为标准大气压。
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