CN115574538A - 一种综合排水干燥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种综合排水干燥的方法，主要包括以下步骤：S1、启动介质自主排放系统，排空冷却系统或设备的管道内可流动的液态冷却介质；S2、常温氮气吹扫系统介入，吹扫冷却系统或设备的管道内残留的液态冷却介质；S3、高温氮气吹扫系统启动，用热氮气吹扫仍残留在冷却系统或设备管道的内液态冷却介质；S4、启动抽真空干燥系统，将汽化的冷却介质由真空泵抽至气体捕捉冷阱设备内冷凝收集。本发明解决了现有技术中的冷却系统单纯利用冷却介质自身的重力进行排，使得冷却系统的壁上必定还会残留有冷却介质的问题。

Description

一种综合排水干燥的方法

技术领域

本发明涉及散裂中子源的靶站冷却的技术领域，尤其涉及一种用于靶站水冷却系统或设备的综合排水干燥的方法。

背景技术

在散裂中子源的靶站水冷却系统中，工作的环境或采用的冷却介质通常会有一定的放射性，冷却系统在运行、检修以及其他紧急情况需要维护时，都需要对冷却系统进行抽真空，目的是为了避免放射性介质或气体扩散到工作场所，造成工作人员受到内辐射和工作场所污染，以及保证冷却剂浓度和启动时充氮气纯度，所以每次检修前必须尽可能减小冷却系统内的冷却介质残留量。但是，目前的冷却系统冷却介质都是一次性使用的，减排完后就直接处理掉了，而且还会污染环境，也降低了冷却介质的循环利用率；以及，单纯利用冷却系统中冷却介质自身的重力去排放冷却介质，冷却系统的壁上必定还会残留有冷却介质；对于残留在壁上的冷却介质，通常采用常温的惰性气体进行吹扫冷却系统内仍残留在壁上的冷却介质，但是，由于冷却系统或设备中的管道直径不同，存在差异，使用常温的惰性气体对于小管径的吹扫排水效果不明显，导致冷却管道壁上仍残留有附着力更强的冷却介质。现有技术中，虽然也有采用高温惰性气体进行吹扫冷却管道壁上仍残留有附着力更强的冷却介质，可以解决上述的技术问题，但是，实际操作中发现，冷却管道壁上仍残留有沸点较高难以汽化的冷却介质，所以对于冷却系统、设备、管道内的具有放射性冷却介质是否完全排空的问题是个严峻的考验，关乎到工作人员的身心健康，和新加冷却介质纯度问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的一个或多个问题，提出了一种综合排水干燥的方法，旨在解决上述背景技术中提出的技术问题。

在本发明的一个方面，提出了一种综合排水干燥系统，其作用于靶站的冷却系统或设备，且该综合排水干燥系统包括分别与冷却系统相通连接的介质自主排放系统、常温氮气吹扫系统、高温氮气吹扫系统和抽真空干燥系统。

在本发明的另一个方面，使用该综合排水干燥系统对靶站的冷却系统或设备进行综合排水干燥的方法，主要包括以下步骤：

S1、启动介质自主排放系统，排空冷却系统或设备的管道内可流动的液态冷却介质；

S2、常温氮气吹扫系统介入，吹扫冷却系统或设备的管道内残留的液态冷却介质；

S3、高温氮气吹扫系统启动，用热氮气吹扫仍残留在冷却系统或设备管道的内液态冷却介质；

S4、启动抽真空干燥系统，将汽化的冷却介质由真空泵抽至气体捕捉冷阱设备内冷凝收集。

进一步的，在步骤S1中介质自主排放系统启动工作时，关闭冷却系统或设备，打开排水阀，使得冷却介质由排液管排放至贮存罐，直至贮存罐液位不再上升为止。

进一步的，在步骤S2中常温氮气吹扫系统介入工作时，启动供氮装置和前端加热器实现氮气的输出，氮气传输至缓冲罐稳压之后吹向冷却系统内，被吹扫掉落的液态冷却介质，最终由排液管引流至贮存罐，直至贮存罐液位不再上升为止。

进一步的，在步骤S3中高温氮气吹扫系统启动工作时，启动后端加热器将氮气加热至高温后吹向冷却系统内，使得残留在冷却管道壁上的冷却介质加速汽化，热氮气携载气态的冷却介质经排液管排至贮存罐内。

进一步的，在步骤S4中抽真空干燥系统启动工作时，启动真空泵逐步将冷却系统抽真空，使仍残留在冷却管道壁上沸点较高难以汽化的冷却介质在室温下达到沸腾状态，并由真空泵抽至气体捕捉冷阱设备内冷凝收集。

本发明提供的一种综合排水干燥的方法，具有如下的有益效果：

1、本发明的介质自主排放系统，通过在冷却系统的下方安装有排水阀和贮存罐，解决了现有技术中的冷却系统在运行、检修以及其他紧急情况需要维修时，都会遇到排水干燥的问题，以保证放射性气体不会扩散到工作场所，避免工作人员受到内辐射和工作场所污染，也保证了冷却介质浓度和启动时充氮气纯度；

2、本发明的常温氮气吹扫系统，通过在冷却系统的前端设置有供氮装置、前端加热器和缓冲罐，从而解决了现有的冷却系统单纯利用冷却介质自身的重力进行排，使得冷却系统的壁上必定还会残留有冷却介质的问题，实现了冷却系统壁上残留的冷却介质被常温氮气吹扫掉落，并由排液管引流至贮存罐，达到冷却系统进一步减排冷却介质含量的目的；

3、本发明的高温氮气吹扫系统，通过在常温氮气吹扫系统的基础上还设置有后端加热器，使得常温的氮气被加热到40～50℃，实现了残留在冷却管道壁上的冷却介质汽化，热氮气携载气态的冷却介质排至贮存罐内回收，解决了由于冷却系统或设备中的管道直径不同、存在差异，使用常温的氮气对于小管径的吹扫排水效果不明显，导致冷却管道壁上仍残留有附着力更强的冷却介质的问题；

4、本发明的抽真空干燥系统，通过在冷却系统管道的末端设置有气体捕捉冷阱设备和真空泵，采用抽真空降压的方式将冷却系统管道壁上仍残留有热氮气、气态的冷却介质以及沸点较高难以汽化的冷却介质抽出，解决了冷却系统管道壁上仍残留有沸点较高难以汽化的冷却介质的问题，也解决了冷却系统管道内也存在其它气态介质的问题。

附图说明

为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明的实施例进行描述：

图1为本发明实施例中的综合排水干燥系统的流程图；

图2为本发明实施例中的介质自主排放系统的流程图；

图3为本发明实施例中的常温氮气吹扫系统的流程图；

图4为本发明实施例中的高温氮气吹扫系统的流程图；

图5为本发明实施例中的抽真空干燥系统的流程图；

图6为抽真空干燥系统中气体捕捉冷阱设备的正视结构示意图，

图7是图6中A-A处的透视结构示意图；

图8为气体捕捉冷阱设备中液氮罐体组件的立体结构示意图；

其中，图中各附图标记：

1-单向阀、2-排水阀、3-排气露点仪、4-冷凝进气露点仪、5-冷凝出气露点仪；

10-气体捕捉冷阱设备；

11-冷凝外壳、111-冷凝入口、112-冷凝出口、113-排液口；

12-液氮罐体组件、121-法兰、122-中空腔体、123-液氮入口、124-氮气出口、125-安装盖板。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

针对现有技术中的问题，在本发明的一个方面，如图1所示，提出了一种综合排水干燥系统，其作用于靶站的冷却系统或设备及其相连通的管道，且该综合排水干燥系统包括：介质自主排放系统、常温氮气吹扫系统、高温氮气吹扫系统和抽真空干燥系统，所述介质自主排放系统、常温氮气吹扫系统、高温氮气吹扫系统和抽真空干燥系统分别与冷却系统相连通连接。

在本发明的另一个方面，使用该综合排水干燥系统对靶站的冷却系统或设备进行综合排水干燥的方法，主要包括以下步骤：

如图2所示，在本实施例中的步骤S1介质自主排放系统，主要是为了自主排放冷却系统中可流动的冷却介质，由于靶站中冷却系统所采用的冷却介质具有一定的放射性，所以每次检修前，必须尽可能减小冷却系统内的冷却介质残留量。首先要排干冷却系统内的冷却介质，本发明中的介质自主排放系统主要是冷却系统利用重力排水，包括安装在冷却系统管道上的排水阀，以及设置在冷却系统管道末端的贮存罐，该贮存罐上安装有排液管，并通过排液管与冷却系统管道末端相通连接，且该贮存罐设置在冷却系统管道的下方，排水阀设置在冷却系统与贮存罐之间，当冷却系统停机时，打开冷却系统管道上的排水阀，残留在冷却系统中的可流动的冷却介质依靠重力引流由排液管排放至贮存罐，直至贮存罐液位不再上升为止，此时界定为可流动的冷却介质已自主排放完毕，但仍有附着在冷却系统的壁上残留的冷却介质。

另外贮存罐是可拆卸式安装的，具有较好的可替换性，贮存罐为一个或多个通过管道相通；当贮存罐装满时，可以拆卸下来随时更换。

当然，本实施例过程中的介质自主排放系统不限于冷却系统中使用，也可以用于与冷却系统相通的设备及管道；

以及，本实施例过程中的介质自主排放系统，排水阀与贮存罐之间还可以安装一波动箱，用以补偿冷却系统、设备、管道中由温度变化或泄涌引起的水体积变化。

如图3所示，在本实施例中的步骤S2常温氮气吹扫系统，在介质自主排放系统完成重力自主排放可流动的冷却介质后介入，主要是解决还残存在冷却系统、设备、管道壁上的液态冷却介质的问题。本发明中的常温氮气吹扫系统的工作原理是采用常温氮气吹扫残存在冷却系统、设备、管道壁上的冷却介质，该常温氮气吹扫系统设置在介质自主排放系统的前端，且常温氮气吹扫系统包括供氮装置、前端加热器和用于稳定气压的缓冲罐，缓冲罐与供氮装置之间通过氮气传输管道相通连接，前端加热器安装在供氮装置与缓冲罐之间的氮气传输管道上，缓冲罐通过管道与冷却系统的前端相通连接，且该缓冲罐与冷却系统前端之间的管道上设置有单向阀，供氮装置包括有至少一氮气瓶组、液氮泵、减压阀和保护层。首先，氮气瓶里的液氮通过液氮泵或其他自增压装置将液氮输出，液氮经减压阀减压后，由氮气传输管道传输到前端加热器进行加热，使得液氮汽化到氮气(10～15Mpa)，然后氮气经氮气传输管道进入缓冲罐，缓冲罐将通过的氮气减压至正常工作范围(0.05～0.4Mpa)，然后按照设定的流量依靠压差分段吹向冷却系统、设备、管道内，使得壁上的残留液态冷却介质被常温氮气吹扫掉落或汽化吹干，被吹扫掉落的液态冷却介质，最终由排液管引流至贮存罐，直至贮存罐液位不再上升为止，此时，此时界定为残留在壁上的液态冷却介质已被常温氮气吹扫系统吹扫完毕，但冷却系统、设备、管道壁上仍残留有附着力更强的冷却介质。

如图4所示，在本实施例中的步骤S3高温氮气吹扫系统，在常温氮气吹扫系统完成常温氮气吹扫掉落残留壁上的冷却介质后介入，主要是解决冷却系统、设备、管道壁上仍残留有附着力更强的冷却介质的问题。由于冷却系统、设备中的管道直径不同，存在差异，常温氮气对于小管径的吹扫排水效果不明显，导致冷却管道壁上仍残留有附着力更强的冷却介质。本发明中的高温氮气吹扫系统主要是采用热氮气吹扫附着力更强的冷却介质的方法，该高温氮气吹扫系统，还包括后端加热器，该后端加热器安装在缓冲罐与冷却系统前端之间的管道上(当然也包括了与冷却系统相通连接的设备及管道)，并设置在单向阀的前端，同时，贮存罐相通连接有冷凝器，当贮存罐经常温氮气吹扫排水之后液位不再上升时，界定为残留在壁上的液态冷却介质已被常温氮气吹扫系统吹扫完毕，此时，保持常温氮气正常输出的前提下，高温氮气吹扫系统启动，更具体的是：启动后端加热器，将缓冲罐按照设定流量分段吹出的氮气加热至40～50℃，这样热氮气依靠压差吹向冷却系统、设备、管道内，使得残留在冷却管道壁上的冷却介质加速汽化，热氮气携载气态的冷却介质，由波动箱经冷却系统的排液管排至贮存罐，贮存罐的排液管入口处设置有排气露点仪，当测量排气露点温度小于-20℃时，即可界定为仍残留在冷却系统、设备、管道壁上附着力更强的冷却介质已被热氮气吹扫系统完成热氮气吹扫，另外，气态的冷却介质则由贮存罐排至冷凝器进行冷凝回收，最后排放至高效过滤器系统，此时，冷却系统、设备及管道壁上仍残留有热氮气、气态的冷却介质以及沸点较高难以汽化的冷却介质。

在本实施例过程中的后端加热器为电加热器，主要包括加热管、高温法兰和接线腔，其基本参数：(1)设计压力：1Mpa；(2)工作压力：0.05～0.4Mpa；(3)工作电压：三相380V；(4)功率：100KW；(5)电热管表面热负荷：3W/cm2；(6)设计温度≤200℃；(7)防爆等级：ExdⅡBT4；(8)接线腔与法兰材质：SS304，加热管外壳材质SS304。

如图5所示，在本实施例中的步骤S4抽真空干燥系统，在高温氮气吹扫系统完成热氮气吹扫冷却介质完毕之后介入，主要是解决冷却系统、设备的管道壁上仍残留有热氮气、气态的冷却介质以及沸点较高难以汽化的冷却介质。本发明中的抽真空干燥系统采用抽真空降压的方式将冷却系统、设备的管道壁上仍残留有热氮气、气态的冷却介质以及沸点较高难以汽化的冷却介质抽出，包括真空泵和气体捕捉冷阱设备，气体捕捉冷阱设备是可拆卸式安装在冷却系统管道的末端，且该气体捕捉冷阱设备与冷却系统和真空泵之间均采用真空软管相通连接，同时该气体捕捉冷阱设备与冷却系统之间设置有冷凝进气露点仪，根据水的三相图数据，冷却系统的真空度低于600Pa时，冷却系统里存留的冷却介质吸热会变成固态，因此应该维持冷却系统、设备、管道的真空度高于600Pa，需要引入热氮气体保证冷却系统的真空度高于600Pa(本领域技术人员容易理解的是：高温氮气吹扫系统停止之后，冷却系统、设备及管道壁上是残留有热氮气的，或者，启动高温氮气吹扫系统引入热氮气使之冷却系统的真空度高于600Pa)，首先，启动真空泵逐步抽真空至4kPa～1kpa，其原理是水的沸点随压力降低而降低，此时在室温下，沸点较高难以汽化的冷却介质已达沸腾状态，经真空泵抽气吹扫，由热氮气携载死角残余的冷却介质到气体捕捉冷阱设备内回收，而氮气则由真空泵抽出排放，气态的冷却介质在气体捕捉冷阱设备内凝固成固态的冷却介质，当气体捕捉冷阱设备回收满时，可以拆卸下来随时替换，具有较好的可替换性，或者，气体捕捉冷阱设备为一个或多个通过管道相通的，可以提高回收效率，另外，通过冷凝进气露点仪测量的露点温度小于-20℃时，可以确定冷却系统、设备、管道中的冷却介质存留情况和引入热氮气的流量，从而界定仍残留在冷却系统、设备、管道壁上的热氮气、气态的冷却介质以及沸点较高难以汽化的冷却介质已全部被抽出完毕，此时，工作人员可以对冷却系统进行检修、维护或者更换新的加冷却介质。

在本实施例过程中的抽真空干燥系统，气体捕捉冷阱设备与冷却系统、设备的管道之间也安装有排水阀，并设置在冷凝进气露点仪的前端，当然，在本实施例过程中的抽真空干燥系统介入时，排水阀是打开的。

如图6至8所示，在本实施例过程中的气体捕捉冷阱设备，是具有冷凝冷却介质并回收的作用，包括冷凝外壳和液氮罐体组件，液氮罐体组件可拆卸式安装在冷凝外壳内，冷凝外壳的上部设置有冷凝入口和冷凝出口，用于将气体捕捉冷阱设备与冷却系统和真空泵相通连接，其接法是冷凝入口通过真空软管与冷却系统相通连接，冷凝出口管通过真空软管与真空泵相通连接，同时，冷凝外壳的底部设置有排液口，用于安装排液管与收集罐相通连接，所以，只需要给气体捕捉冷阱设备加热，凝固在气体捕捉冷阱设备内的固态冷却介质融化成液态冷却介质，由冷凝外壳底部的排液口经排液管排至收集罐内回收，操作既简单又方便，进一步的，冷凝进气露点仪是设置在气体捕捉冷阱设备的冷凝入口处，主要是用于确定冷却系统、设备、管道中的冷却介质存留情况，当然还要确定引入热氮气的流量，另外，气体捕捉冷阱设备的冷凝出口处设置有冷凝出气露点仪，具有能够及时高效捕捉气态冷却介质的功能，用于保证冷凝出口无气态冷却介质，使得冷凝出口只有氮气被抽出，若冷凝出气露点仪捕捉到冷凝出口处有气态冷却介质的存在，则说明液氮罐体组件内的液氮含量不足了，需要拆卸下来进行替换，当然，液氮罐体组件可以多个同时安装在冷凝外壳内，可以提高气态冷却介质的凝固效率，该液氮罐体组件是具有较好的可替换性，其包括中空的法兰和多个安装在法兰上的中空腔体，中空腔体用于填装液氮，该中空腔体上的制冷片采用1.5*10*420的316L不锈钢片，中空腔体是采用氩弧焊的焊接方式(焊接牌号为ER308L)焊接在法兰一侧面，并开设有液氮入口和氮气出口，而法兰的另一侧面一体成型有安装盖板，用于密封安装于冷凝外壳的顶部。

该液氮罐体组件进行压力试验：壳程试验压力为0.125Mpa，管程试验压力为0.25Mpa，试验温度为5～25℃，试验程序及验收标准按GB150.4-2011要求执行，试验完成后用洁净的压缩空气将内部吹干。

该液氮罐体组件进行气密性试验：壳程气密性试验为0.1Mpa，管程气密性试验为0.2Mpa，介子为洁净氮气，试验程序与验收标准按GB150.4-2011要求执行，液氮罐体组件制作完成后清洗污垢、除油、表面(包括焊缝)做酸洗钝化处理。

在本实施例中的步骤S1、步骤S2、步骤S3及步骤S4中不限于采用氮气和液氮，也可以采用其它惰性元素气体及其液态的物理状态，例如氦气、氖气、氩气、氪气、氙气等等，有效拓展气源的使用，满足不同环境的使用需要。

本发明的有益效果是：

1、本发明的介质自主排放系统，通过在冷却系统的下方安装有排水阀和贮存罐，解决了现有技术中的冷却系统在运行、检修以及其他紧急情况需要维修时，都会遇到排水干燥的问题，以保证放射性气体不会扩散到工作场所，避免工作人员受到内辐射和工作场所污染，也保证了冷却介质浓度和启动时充氮气纯度；

2、本发明的常温氮气吹扫系统，通过在冷却系统的前端设置有供氮装置、前端加热器和缓冲罐，从而解决了现有的冷却系统单纯利用冷却介质自身的重力进行排，使得冷却系统的壁上必定还会残留有冷却介质的问题，实现了冷却系统壁上残留的冷却介质被常温氮气吹扫掉落，并由排液管引流至贮存罐，达到冷却系统进一步减排冷却介质含量的目的；

3、本发明的高温氮气吹扫系统，通过在常温氮气吹扫系统的基础上还设置有后端加热器，使得常温的氮气被加热到40～50℃，实现了残留在冷却管道壁上的冷却介质汽化，热氮气携载气态的冷却介质排至贮存罐内回收，解决了由于冷却系统或设备中的管道直径不同、存在差异，使用常温的氮气对于小管径的吹扫排水效果不明显，导致冷却管道壁上仍残留有附着力更强的冷却介质的问题；

4、本发明的抽真空干燥系统，通过在冷却系统管道的末端设置有气体捕捉冷阱设备和真空泵，采用抽真空降压的方式将冷却系统管道壁上仍残留有热氮气、气态的冷却介质以及沸点较高难以汽化的冷却介质抽出，解决了冷却系统管道壁上仍残留有沸点较高难以汽化的冷却介质的问题，也解决了冷却系统管道内也存在其它气态介质的问题。

上述实施例仅为本发明的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种综合排水干燥系统，其特征在于：所述的综合排水干燥系统作用于靶站的冷却系统或设备，且所述的综合排水干燥系统包括分别与冷却系统相通连接的介质自主排放系统、常温氮气吹扫系统、高温氮气吹扫系统和抽真空干燥系统。

2.使用如权利要求1所述的一种综合排水干燥系统对靶站的冷却系统或设备进行综合排水干燥的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、启动介质自主排放系统，排空冷却系统或设备的管道内可流动的液态冷却介质；

S2、常温氮气吹扫系统介入，吹扫冷却系统或设备的管道内残留的液态冷却介质；

S3、高温氮气吹扫系统启动，用热氮气吹扫仍残留在冷却系统或设备管道的内液态冷却介质；

S4、启动抽真空干燥系统，将汽化的冷却介质由真空泵抽至气体捕捉冷阱设备内冷凝收集。

3.根据权利要求2所述的一种综合排水干燥的方法，其特征在于：在步骤S1中介质自主排放系统启动工作时，关闭冷却系统或设备，打开排水阀，使得冷却介质由排液管排放至贮存罐，直至贮存罐液位不再上升为止。

4.根据权利要求2所述的一种综合排水干燥的方法，其特征在于：在步骤S2中常温氮气吹扫系统介入工作时，启动供氮装置和前端加热器实现氮气的输出，氮气传输至缓冲罐稳压之后吹向冷却系统内，被吹扫掉落的液态冷却介质，最终由排液管引流至贮存罐，直至贮存罐液位不再上升为止。

5.根据权利要求2所述的一种综合排水干燥的方法，其特征在于：在步骤S3中高温氮气吹扫系统启动工作时，启动后端加热器将氮气加热至高温后吹向冷却系统内，使得残留在冷却管道壁上的冷却介质加速汽化，热氮气携载气态的冷却介质经排液管排至贮存罐内。

6.根据权利要求2所述的一种综合排水干燥的方法，其特征在于：在步骤S4中抽真空干燥系统启动工作时，启动真空泵逐步将冷却系统抽真空，使仍残留在冷却管道壁上沸点较高难以汽化的冷却介质在室温下达到沸腾状态，并由真空泵抽至气体捕捉冷阱设备内冷凝收集。

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