CN115308095A - 含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置 - Google Patents

含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其包括：延伸至密闭空间内的气溶胶取样管、通过管线连接气溶胶取样管的测量单元、连接测量单元的粒径谱仪、设置于测量单元入口的标定粒子容器、通过管线依次连接测量单元的冷凝水洗罐、干燥管和流量控制器，以及连接气溶胶取样管的注气吹扫管线。相对于现有技术，本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置中，测量仪器下游连接有三级冷凝水洗罐、干燥管和流量控制器，可对取样气体中的蒸汽进行冷凝、对固体粉尘进行过滤，保证进入流量控制器的为低温、干燥且纯净的空气，使得取样气体流量能够有效控制，保证含蒸汽的混合取样气体中气溶胶浓度和粒径分布测量的准确性。

Description

含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置
技术领域
本发明属于气溶胶测量技术领域，更具体地说，本发明涉及一种含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置。
背景技术
核电厂一回路大破口事故下，安全壳内形成一种高温、高压、高湿的大型密闭气相空间，准确测量高温、高压、高湿的大型密闭气相空间中不同位置的气溶胶浓度及粒径分布，对于分析事故情况下安全壳内气溶胶的自然沉降过程具有重要作用。
相关技术中，密闭空间内气溶胶取样测量装置主要功能包括：(1)通过散射光谱分析法、荷电低压撞击分析法、滤膜称重法、消光测量法等方式测量气溶胶浓度和粒径分布；(2)通过在取样管设置孔板和往取样管补气的方式控制取样气体流量；(3)通过在测量设备入口取样管设置稀释器的方式实现高浓度气溶胶测量；(4)取样管布置伴热和保温层，通过温控设备控制取样管壁面温度防止蒸汽冷凝。
但是，相关技术的密闭空间气溶胶取样测量装置存在以下问题：(1)用于测量气溶胶浓度的粒径谱仪等测量设备需要控制取样气体流量为设定值，对于气溶胶取样气体为含蒸汽、空气和固体粉尘的混合取样气体，含蒸汽的取样气体直接进入测量设备内部的流量控制模块会造成设备损坏，影响测量结果。通过传统的滤膜称重测量法可以避免蒸汽造成的损坏，但是，滤膜称重测量法只能得到气溶胶质量浓度，无法得到粒径分布。常规的流量计无法准确测量空气和蒸汽的混合气体流量，导致气溶胶浓度及粒径分布测量结果失效。已有的通过在取样管增加孔板以及气液分离装置的方法会造成取样气体气溶胶颗粒损失，造成测量偏差；(2)大型气相空间中不同空间位置的热力学参数和气溶胶浓度分布存在较大差异，切换取样管测量不同位置处气溶胶浓度时，多个测点的取样气体互相干扰，造成测量偏差；(3)没有在测量设备上游增加专门的取样标定管道用于仪器使用前标定。
有鉴于此，确有必要提供一种可准确测量含蒸汽的取样气体中气溶胶浓度和粒径分布的含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置。
发明内容
本发明的发明目的在于：克服现有技术中的至少一个缺陷，提供一种可准确测量含蒸汽的取样气体中气溶胶浓度和粒径分布的含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其包括：延伸至所述密闭空间内的气溶胶取样管、通过管线连接所述气溶胶取样管的测量单元、连接所述测量单元的粒径谱仪、设置于所述测量单元入口的标定粒子容器、通过管线依次连接所述测量单元的冷凝水洗罐、干燥管和流量控制器，以及连接所述气溶胶取样管的注气吹扫管线。
根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，所述测量单元通过发射、接收光纤与所述粒径谱仪连接。
根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，所述测量单元的入口通过标定管线和截止阀与所述标定粒子容器连接。
根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，所述气溶胶取样管与所述测量单元之间的管线设有伴热和保温层。
根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，所述气溶胶取样管与所述测量单元之间的管线的外壁面设有温度传感器，所述温度传感器与温控设备连接。
根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，所述冷凝水洗罐为三级冷凝水洗罐，所述三级冷凝水洗罐的入口管道深入罐体底部，出口管道设置在罐体上部，罐体内冷却液为除盐水。
根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，所述冷凝水洗罐的罐体底部连接注水管道、排水管道，所述注水管道通过给水泵连接有补水箱。
根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，所述干燥管中设有吸湿性变色硅胶，根据所述吸湿性硅胶颗粒的颜色变化判断取样气体中的水分是否已完全去除。
根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，所述流量控制器对应设有用于设定所控制流量的控制设备。
根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，所述密闭空间中间隔设有多个气溶胶取样管，所述多个气溶胶取样管分别通过管线连接至取样管多路阀，并通过所述取样管多路阀连接所述测量单元，所述测量单元依次通过管线连接所述冷凝水洗罐、干燥管和流量控制器。
根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，所述气溶胶取样管和所述测量单元之间的管线分别通过多路阀连接至注气吹扫管，所述注气吹扫管连接有干燥机、减压阀、储气罐和空压机。
相对于现有技术，本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置中，测量单元下游连接有冷凝水洗罐、干燥管和流量控制器，冷凝水洗罐和干燥管可对取样气体中的蒸汽进行冷凝、对固体粉尘进行过滤，保证进入流量控制器的为低温、干燥且纯净的空气，流量控制器可对取样气体流量有效控制，保证含蒸汽的混合取样气体中气溶胶浓度和粒径分布测量的准确性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置及其技术效果进行详细说明，其中：
图1为本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的结构示意图。
1--密闭空间；2--气溶胶取样管；3--取样管截止阀；4--注气管道截止阀；5--温度传感器；6--取样管多路阀；7--温控器；8--温度传感器补偿导线；9--标定粒子容器；10--标定管线；11--测量单元；12--冷凝水洗罐；13--干燥管；14--数显控制器；15--流量控制器；16--排水管道；17--给水泵；18--补水箱；19--发射、接收光纤；20--粒径谱仪；21--压力表；22--空压机；23--储气罐；24--减压阀；25--干燥机；26--注气吹扫管。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参照图1所示，本发明提供了一种含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其包括：延伸至密闭空间1内的气溶胶取样管2、通过管线连接气溶胶取样管2的测量单元11、连接测量单元11的粒径谱仪20、设置于测量单元11入口的标定粒子容器9、通过管线依次连接测量单元11的冷凝水洗罐12、干燥管13和流量控制器15，以及连接气溶胶取样管2的注气吹扫管26。
气溶胶取样管2延伸进入密闭空间1内，用于输送取样气体进入测量单元11。气溶胶取样管2可以采用不锈钢材质，内径优选4mm至8mm。密闭空间1外侧的气溶胶取样管2上设有取样管截止阀3，取样管截止阀3位置靠近密闭空间1的外壁面。取样管截止阀3采用不锈钢材质，用于控制气溶胶取样管2的开闭。密闭空间1为高温、高压、含蒸汽的气相空间，取样管截止阀3开启后，取样气体通过气溶胶取样管2进入测量单元11，通过冷凝水洗罐12、干燥管13及流量控制器15后排向大气。
粒径谱仪20为气溶胶浓度测量设备，通过发射、接收光纤19与测量单元11连接，通过散射光谱分析法测量气溶胶浓度及粒径分布。测量单元11为耐温钢结构，内有光源(优选采用白光源)发射及接收通道。含蒸汽的气溶胶取样气体不进入粒径谱仪20主机，不会损坏测量设备。
测量单元11的入口通过标定管线10和旁通管道截止阀(未标注)连接有标定粒子容器9，其中，标定粒子容器9用于对取样气体进行标定，旁通管道截止阀用于控制旁通管道开闭，旁通管道的材质和要求与气溶胶取样管2相同。
根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，气溶胶取样管2与测量单元11之间的管线设有伴热和保温层，气溶胶取样管2与测量单元11之间的管线的外壁面设有温度传感器5，温度传感器5与温控设备连接，用于监测并控制取样管线壁面温度。温度传感器5优选K型或T型热电偶，温度传感器5的量程和精度可以根据实际使用条件选择，以避免取样气体温度变化对测量结果造成影响。
在图1所示的实施方式中，冷凝水洗罐12为三级冷凝水洗罐或者其他适当的多级冷凝水洗罐，优选三级冷凝水洗罐。三级冷凝水洗罐12与测量单元11出口管道相连，在取样气体完成测量后，以直接接触冷凝的方式去除取样气体中的蒸汽，并以水洗的方式过滤掉取样气体中的气溶胶颗粒。三级冷凝水洗罐12出口连接一个干燥管13，干燥管13中盛放吸湿性变色硅胶，以去除冷凝水洗罐12出口取样气体中的夹带液滴，根据硅胶颗粒的颜色变化判断取样气体中的水分是否已完全去除。流量控制器15与干燥管13出口连接，经过水洗过滤后的取样气体为低温、洁净、干燥的纯空气，保证流量控制器15测量准确有效。
三级冷凝水洗罐12采用不锈钢材质，三级冷凝水洗罐12的入口管道深入罐体底部，出口管道设置在罐体上部，罐体内冷却液优选除盐水，液位需达到罐体的4/5，单个冷凝水洗罐高度不低于0.36m，容积不小于0.004m3。单个罐体底部连接注水管道(未标注)及排水管道16，注水管道通过给水泵17与补水箱18连接，补水箱17容积不小于三级冷凝水洗罐12的容积之和。长时间测量后，如果三级冷凝水洗罐12内的冷却液温度上升，冷凝效果下降，可以通过给排水管道16及其上设置的阀门对罐体充排水。
根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，流量控制器15对应设有用于设定所控制的流量的控制设备(数显控制器14)。流量控制器15为空气质量流量控制器，通过内置阀门调节取样气体流量，流量控制器15的量程及精度根据实际测量环境决定。流量控制器15配套1台控制设备，用于设定所控制的流量，设定值可根据测量的环境温度、压力及组分而实时调整。
需要说明的是，取样位置及取样管数量可以根据所需测量的空间位置及数量设计。根据本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置的一个实施方式，密闭空间1中间隔设有多个气溶胶取样管2(图1所示为三个间隔设置的气溶胶取样管2，可以根据实际需要调整气溶胶取样管2的数量)，以实现密闭空间中多点气溶胶浓度快速切换测量。多个气溶胶取样管2分别通过管线连接至取样管多路阀6，并通过取样管多路阀6连接测量单元11，测量单元11依次通过管线连接冷凝水洗罐12、干燥管13和流量控制器15。
气溶胶取样管2和测量单元11之间的管线分别通过多路阀连接至注气吹扫管26，注气吹扫管26连接有干燥机25、减压阀24、储气罐23和空压机22。空压机22出口管道连接储气罐23，储气罐23顶部设置压力表21，储气罐23出口管道连接减压阀24，减压阀24出口管道连接干燥机25，干燥机25出口管道连接注气吹扫管26，注气吹扫管26通过多个注气管道截止阀4与所有气体取样管2相连。
在单个位置测点测量结束后，注气吹扫管26对取样通道吹扫，避免不同取样管内的取样气体和粉尘颗粒对测量结果互相干扰。吹扫前，关闭取样管截止阀3，防止取样吹扫气体通入密闭空间1内对测量点附近产生干扰。根据实际需要，取样管注气过程中，减压阀24出口压力不低于0.3MPa g，注气时间不少于5s。注气吹扫管26的材质、尺寸及使用条件与气溶胶取样管2相同。截止阀材质及规格与取样管截止阀3相同，注气管道截止阀4布置位置靠近气溶胶取样管2。
结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置中，测量单元11下游连接有冷凝水洗罐12、干燥管13和流量控制器15，冷凝水洗罐12和干燥管13可对取样气体中的蒸汽进行冷凝、对固体粉尘进行过滤，保证进入流量控制器15的为低温、干燥且纯净的空气，流量控制器15可对取样气体流量有效控制，保证含蒸汽的混合取样气体中气溶胶浓度和粒径分布测量的准确性。
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (11)

1.一种含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其特征在于，所述含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置包括：延伸至所述密闭空间内的气溶胶取样管、通过管线连接所述气溶胶取样管的测量单元、连接所述测量单元的粒径谱仪、设置于所述测量单元入口的标定粒子容器、通过管线依次连接所述测量单元的冷凝水洗罐、干燥管和流量控制器，以及连接所述气溶胶取样管的注气吹扫管。
2.根据权利要求1所述的含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其特征在于，所述测量单元通过发射、接收光纤与所述粒径谱仪连接。
3.根据权利要求1所述的含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其特征在于，所述测量单元的入口通过标定管线和截止阀与所述标定粒子容器连接。
4.根据权利要求1所述的含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其特征在于，所述气溶胶取样管与所述测量单元之间的管线设有伴热和保温层。
5.根据权利要求4所述的含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其特征在于，所述气溶胶取样管与所述测量单元之间的管线的外壁面设有温度传感器，所述温度传感器与温控设备连接。
6.根据权利要求1所述的含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其特征在于，所述冷凝水洗罐为三级冷凝水洗罐，所述三级冷凝水洗罐的入口管道深入罐体底部，出口管道设置在罐体上部，罐体内冷却液为除盐水。
7.根据权利要求6所述的含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其特征在于，所述冷凝水洗罐的罐体底部连接注水管道、排水管道，所述注水管道通过给水泵连接有补水箱。
8.根据权利要求1所述的含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其特征在于，所述干燥管中设有吸湿性变色硅胶，根据所述吸湿性硅胶颗粒的颜色变化判断取样气体中的水分是否已完全去除。
9.根据权利要求1所述的含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其特征在于，所述流量控制器对应设有用于设定所控制流量的控制设备。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其特征在于，所述密闭空间中间隔设有多个气溶胶取样管，所述多个气溶胶取样管分别通过管线连接至取样管多路阀，并通过所述取样管多路阀连接所述测量单元，所述测量单元依次通过管线连接所述冷凝水洗罐、干燥管和流量控制器。
11.根据权利要求10所述的含蒸汽的密闭空间气溶胶取样测量装置，其特征在于，所述气溶胶取样管和所述测量单元之间的管线分别通过多路阀连接至注气吹扫管，所述注气吹扫管连接有干燥机、减压阀、储气罐和空压机。
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