CN116908378A - 一种碘核素过滤效率检测系统及方法 - Google Patents

一种碘核素过滤效率检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碘核素过滤效率检测系统，包括蒸汽供应管路、预热管路、碘核素供应管路、试验管路、第一取样管路、出口管路、碘核素过滤试验样机、第二取样管路，第一取样装置和第二取样装置；所述蒸汽供应管路、预热管路、碘核素供应管路和第一取样管路的出口端均依次分别与试验管路的入口端连通；所述蒸汽供应管路的入口端与蒸汽稳压器的出口连通；所述预热管路上配置有加热器，预热管路的入口端与第一氮气瓶连通；所述碘核素供应管路与碘核素发生器相连。本发明还提供了一种碘核素过滤效率检测方法。本发明的有益效果为：检测系统及方法计算结果准确可靠，可为实际生产中安全壳气体的排放提供参考，可有效保证排放气体内碘核素含量达到排放要求，保障辐射安全。

Description

一种碘核素过滤效率检测系统及方法
技术领域
本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种碘核素过滤效率检测系统及方法。
背景技术
安全壳是核电厂防止放射性裂变产物进入环境的最后一道屏障，反应堆发生严重事故后，一回路高温高压冷却剂泄露到安全壳内闪蒸汽化成大量蒸汽。核电厂在事故工况下，安全壳内的部分物质如放射性碘核素及气溶胶等均会跟随蒸汽排放。蒸汽排放前，需要采用特定的过滤排放装置对气载流出物进行过滤监测，计算放射性碘核素及气溶胶的过滤效率，使排放气体内放射性碘核素及气溶胶含量达到排放要求，以保障辐射安全。
蒸汽排放时，由于蒸汽温度较高，无法直接在过滤装置前直接对碘核素的浓度进行测量，因此需要对碘核素进行收集。目前，行业内常用活性炭等进行碘的收集，但由于高温蒸汽经取样管道后形成的冷凝水的冲刷作用，测量结果不准确，导致该收集方法并不适用于该场景。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种测量结果准确可靠的碘核素过滤效率检测系统及方法。
本发明采用的技术方案为：一种碘核素过滤效率检测系统，包括蒸汽供应管路、预热管路、碘核素供应管路、试验管路、第一取样管路、出口管路、碘核素过滤试验样机、第二取样管路，第一取样装置和第二取样装置；
所述蒸汽供应管路、预热管路、碘核素供应管路和第一取样管路的出口端均依次分别与试验管路的入口端连通；
所述蒸汽供应管路的入口端与蒸汽稳压器的出口连通；
所述预热管路上配置有加热器，预热管路的入口端与第一氮气瓶连通；
所述碘核素供应管路与碘核素发生器相连；
所述试验管路的出口端与碘核素过滤试验样机的入口连通，碘核素过滤试验样机的出口与出口管路连通，所述出口管路与第二取样管路连通，出口管路的末端与尾气排放罐连通；
所述第一取样装置与第一取样管路连通；
所述第二取样装置与第二取样管路连通。
按上述方案，所述预热管路上还连通有压缩空气管路，所述压缩空气管路上配置有截止阀。
按上述方案，所述试验管路上还连通有预热排放管路，预热排放管路位于第一取样管路与试验管路连通口的下游。
按上述方案，所述碘核素发生器还连通有氮气供应管路，氮气供应管路的入口端连接有第二氮气瓶。
按上述方案，所述蒸汽供应管路上沿流体流动方向依次配置有温度计、压力计、截止阀和流量计。
按上述方案，所述蒸汽稳压器的顶部还设有安全管路，安全管路上配置有安全阀。
按上述方案，所述第一取样装置和第二取样装置结构相同；所述第一取样装置包括取样管和通过管路依次连通的过滤试剂瓶；所述取样管A的入口伸入第一取样管路内，取样管A上配置有阀门和流量计；所述取样管的出口端伸入过滤试剂瓶。具体地，取样装置内设有四个依次通过管路连通的过滤试剂瓶，其中第一个过滤试剂瓶内装有淀粉溶液，其余三个过滤试剂瓶A内均为硫代硫酸钠和氢氧化钠混合溶液。
本发明还提供了一种碘核素过滤效率检测方法，该方法为：
步骤一、提供如权利要求1所述的检测系统并安装；
步骤二、碘核素过滤试验样机内通入预热空气；
步骤三、记录蒸汽当前压力、温度参数，试验管路内通入蒸汽，并记录蒸汽流量；
步骤四、试验管路内通入氮气，观察试验管路内蒸汽及氮气的流量，使试验管路内流体的总流量、温度计压力均分别达到设定值；
步骤五、向试验管路内注入碘核素；
步骤六、分别通过第一取样装置和第二取样装置进行取样，取样完成后停止注入碘核素；
步骤七、关闭预热管路上的氮气阀门，打开压缩空气管路上的阀门，关闭蒸汽供应管路上的阀门；
步骤八、取下两个取样装置，分别记录取样装置内的溶液体积，抽取溶液样品后送检，检测对应样品内碘核素的体积浓度；
步骤九、分别计算得到过滤前后碘核素质的取样浓度ξi和ξo，取相同的取样时间，再根据下式计算过滤碘核素过滤试验样机的过滤效率ε：
其中，Qo和Qi分别为第二取样管路和第一取样管路上的取样流量，kg/min。
按上述方案，步骤九中，取样浓度ξi与第一取样装置样品中碘的体积浓度相等，通过检测得到；取样体积浓度ξo与第二取样装置样品中碘的体积浓度/>相等，通过检测得到。
本发明的有益效果为：
本发明结合流量分析，对过滤前后的碘核素含量的变化进行测定，继而计算得到过滤装置的碘核素过滤效率，从而推算出安全壳排出气体中碘核素是否达标，本发明设计预热管路，利用氮气预热，防止管路中冷凝水的存在导致碘核素无法在管道中正常输运，这一检测系统及方法计算结果准确可靠，可为实际生产中安全壳气体的排放提供参考，可有效保证排放气体内碘核素含量达到排放要求，保障辐射安全。本发明结构及操作简单，设计合理。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。
图2为取样装置的结构示意图。
其中：1、试验管路；2、碘核素过滤试验样机；3、出口管路；4、第一取样装置；5、第二取样装置；6、碘核素供应管路；7、蒸汽供应管路；8、氮气供应管路；9、碘核素发生器；10、第一氮气瓶；11、蒸汽稳压器；12、预热管路；13、取样管；14、过滤试剂瓶；15、止回阀；16、截止阀；17、第一取样管路；18、第二取样管路；19、尾气排放罐；20、碘注入阀门；21、调节阀；22、疏水阀；23、安全管路；24、安全阀；25、预热排放管路；26、流量计；27、第二氮气瓶；28、加热器；29、压缩空气管路。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步地描述。
如图1所示的一种碘核素过滤效率检测系统，包括蒸汽供应管路7、预热管路12、碘核素供应管路6、试验管路1、第一取样管路17、出口管路3、碘核素过滤试验样机2、第二取样管路18，第一取样装置4和第二取样装置5；
所述蒸汽供应管路7、预热管路12、碘核素供应管路6和第一取样管路17的出口端均依次分别与试验管路1的入口端连通；
所述蒸汽供应管路7的入口端与蒸汽稳压器11的出口连通；
所述预热管路12上配置有加热器28，预热管路12的入口端与第一氮气瓶10连通；
所述碘核素供应管路6与碘核素发生器9相连；
所述试验管路1的出口端与碘核素过滤试验样机2的入口连通，碘核素过滤试验样机2的出口与出口管路3连通，所述出口管路3与第二取样管路18连通，出口管路3的末端与尾气排放罐19连通；
所述第一取样装置4与第一取样管路17连通；
所述第二取样装置5与第二取样管路18连通。
本发明可用于碘核素过滤效率的检测，采用碘核素过滤试验样机2和碘发生器；所述碘核素过滤试验样机2为碘过滤装置，为现有常见设备。
本发明中，所述预热管路12上配置有压力计、温度计、流量计26和氮气阀门(截止阀16)；第一氮气源10用于提供试验边界条件，配比氮气和空气的比例，可根据行业内设计要求来调节。所述试验管路1上配置有压力计和温度计，压力计和温度计位于第一取样管路17与试验管路1的连通口及碘核素供应管路6与试验管路1的连通口之间，用于检测试验管路1内流体的压力和温度。所述碘核素供应管路6上配置有碘注入阀门20。所述试验管路1上还配置有止回阀15和疏水阀22，截止阀16和疏水阀22位于第一取样管路17与试验管路1的连通口的上游。所述出口管路3上配置有压力计和温度计，用于检测试验管路1内流体的压力和温度；出口管路3上还配置有截止阀16(手动截止阀)。所述第一取样管路17、第二取样管路18上分别配置有调节阀21和流量计26。
优选地，所述预热管路12上还连通有压缩空气管路29，压缩空气管路29为预热管路12提供压缩空气。本发明中，所述压缩空气管路29上配置有截止阀16。
优选地，所述试验管路1上还连通有预热排放管路25，预热排放管路25位于第一取样管路17与试验管路1连通口的下游。本发明中，所述预热排放管路25上配置有截止阀16。
优选地，所述碘核素发生器9还连通有氮气供应管路8，氮气供应管路8的入口端连接有第二氮气瓶27；氮气供应管路8上配置有调节阀21和压力表。本发明中，所述氮气供应管路8和第二氮气瓶27用于对试验完成后的管路进行吹扫。
优选地，所述蒸汽供应管路7上沿流体流动方向依次配置有温度计、压力计、截止阀16和流量计26。
优选地，所述蒸汽稳压器11的顶部还设有安全管路23，安全管路23上配置有安全阀24。
本发明中，所述第一取样装置4和第二取样装置5结构相同。
本发明中，如图2所示，所述第一取样装置4包括取样管13和通过管路依次连通的过滤试剂瓶14；所述取样管13A的入口伸入第一取样管路17内，取样管13A上配置有阀门和流量计26；所述取样管13的出口端伸入过滤试剂瓶14。具体地，取样装置内设有四个依次通过管路连通的过滤试剂瓶14，其中第一个过滤试剂瓶14内装有淀粉溶液，其余三个过滤试剂瓶14A内均为硫代硫酸钠和氢氧化钠混合溶液，其中硫代硫酸钠浓度为0.0114mol/L，氢氧化钠为0.114mol/L。
一种碘核素过滤效率检测方法，该方法为：
1、提供如上所述检测系统并安装，保证各部件能正常工作。
具体为：首先进行流量标定，确定流量及温度等工况的正确；检查各管路，确保所有设备都能够正常工作、阀门关闭；过滤碘核素过滤试验样机2与试验管路1正确安装；打开预热管路12上的阀门，注入压缩空气，打开加热器28，记录管路内温度；加热蒸发器，产生蒸汽，达到设定压力、温度；在管路外检查碘核素发生器9能正常发生碘核素，再连接碘核素发生器9至管路，确保接口无误，关闭注入阀门；安装样机前后两个碘取样装置，如图2所示，关闭取样阀门。
2、碘核素过滤试验样机2内通入预热空气：打开试验管路1上的阀门，关闭预热排放管路25上的阀门，使预热管路12内的预热空气经试验管路1进入碘核素过滤试验样机2。
3、记录蒸汽当前压力、温度参数，打开蒸汽供应管路7上的阀门，试验管路1内通入蒸汽，并记录蒸汽流量：记录蒸汽当前压力、温度参数，打开蒸汽稳压器11的阀门，再打开蒸汽供应管路7上的调节阀21(按标定的开度)，观测并记录蒸汽流量。
4、试验管路1内通入氮气，观察试验管路1内蒸汽及氮气的流量：打开预热管路12的氮气阀门(按标定开度)，打开加热器28(按标定功率)，观测蒸汽、氮气流量，对试验管路1内压力、温度进行适量微调，使试验管路1内流体的总流量、温度计压力均分别达到设定值。
本发明中，流程3至4在30s内完成，总流量达到峰值并与目标值吻合，使温度压力达到试验要求；如30s内无法完成，流量明显下降，则停止试验，检测原因并调整后，发生蒸汽再次试验。
5、向试验管路1内注入碘核素：启动碘核素发生器9，打开碘核素供应管路6上的阀门，向试验管路1内注入碘核素。
6、分别通过第一取样装置4和第二取样装置5进行取样，取样完成后停止注入碘核素：打开对应的取样阀门，记录取样起始时间和取样流量；2分钟后，停止取样，关闭取样阀门，关闭碘核素发生器9和碘注入阀门20。
7、关闭预热管路12上的氮气阀门，打开压缩空气管路29上的阀门，利用空气吹扫管路，关闭蒸汽供应管路7上的阀门。
8、取下两个取样装置，分别记录溶液体积，抽取溶液样品，密封，做好标记(样机名、试验编号、时间)后送检，检测对应样品内碘核素的体积浓度。
9、分别计算得到过滤前后碘核素的取样浓度ξi和ξo，取相同的取样时间，再根据下式计算碘核素过滤试验样机2的过滤效率ε：
其中，Qo和Qi分别为第二取样管路18和第一取样管路17上的取样流量，kg/min。
本发明中，通入蒸汽、氮气(来源于第一氮气瓶10)用于给定过滤排放装置所需的流量，将碘核素携带进入过滤样机；预热空气是干燥管路，防止管路中冷凝水的存在导致碘核素无法在管道中正常输运。
本发明用于测量碘核素过滤效率；步骤(9)中，取样浓度ξi与第一取样装置4样品中碘的体积浓度相等，可直接通过检测得到；取样体积浓度ξo与第二取样装置5样品中碘的体积浓度/>相等，可直接通过检测得到。第一取样装置4取样得到碘核素的质量/> 为第一取样装置4样品中碘的体积浓度，mg/L，可直接检测得到；Vsi为第一取样装置4内收集碘溶液的总体积，L；第二取样装置5取样得到的碘的质量/> 为第二取样装置5样品中碘的体积浓度，mg/L，可直接检测得到；Vso为第二取样装置5内收集碘溶液的总体积，L。
在试验初始阶段，由于样机内溶液温度低，蒸汽介质被冷凝，完全冷凝时剩余的是不凝性气体，假设不凝性气体占比为κ，则这种情况下碘核素的过滤效率ε1为：
随着高温蒸汽对样机加热，蒸汽难以被溶液冷凝，进出口流量近似相同，则这种情况下碘核素的过滤效率ε2为：
根据实际测量情况，第1次测量可以采用ε1；连续测量，在第二次以及后续测量时，溶液温度已升高接近入口温度，此时可以采用ε2。具体计算根据实际情况确定。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种碘核素过滤效率检测系统，其特征在于，包括蒸汽供应管路、预热管路、碘核素供应管路、试验管路、第一取样管路、出口管路、碘核素过滤试验样机、第二取样管路，第一取样装置和第二取样装置；
所述蒸汽供应管路、预热管路、碘核素供应管路和第一取样管路的出口端均依次分别与试验管路的入口端连通；
所述蒸汽供应管路的入口端与蒸汽稳压器的出口连通；
所述预热管路上配置有加热器，预热管路的入口端与第一氮气瓶连通；
所述碘核素供应管路与碘核素发生器相连；
所述试验管路的出口端与碘核素过滤试验样机的入口连通，碘核素过滤试验样机的出口与出口管路连通，所述出口管路与第二取样管路连通，出口管路的末端与尾气排放罐连通；
所述第一取样装置与第一取样管路连通；
所述第二取样装置与第二取样管路连通。
2.如权利要求1所述的碘核素过滤效率检测系统，其特征在于，所述预热管路上还连通有压缩空气管路，所述压缩空气管路上配置有截止阀。
3.如权利要求1所述的碘核素过滤效率检测系统，其特征在于，所述试验管路上还连通有预热排放管路，预热排放管路位于第一取样管路与试验管路连通口的下游。
4.如权利要求1所述的碘核素过滤效率检测系统，其特征在于，所述碘核素发生器还连通有氮气供应管路，氮气供应管路的入口端连接有第二氮气瓶。
5.如权利要求1所述的碘核素过滤效率检测系统，其特征在于，所述蒸汽供应管路上沿流体流动方向依次配置有温度计、压力计、截止阀和流量计。
6.如权利要求1所述的碘核素过滤效率检测系统，其特征在于，所述蒸汽稳压器的顶部还设有安全管路，安全管路上配置有安全阀。
7.如权利要求1所述的碘核素过滤效率检测系统，其特征在于，所述第一取样装置和第二取样装置结构相同；第一取样装置包括取样管和通过管路依次连通的过滤试剂瓶；所述取样管A的入口伸入第一取样管路内，取样管A上配置有阀门和流量计；所述取样管的出口端伸入过滤试剂瓶。具体地，取样装置内设有四个依次通过管路连通的过滤试剂瓶，其中第一个过滤试剂瓶内装有淀粉溶液，其余三个过滤试剂瓶A内均为硫代硫酸钠和氢氧化钠混合溶液。
8.一种碘核素过滤效率检测方法，其特征在于，该方法为：
步骤一、提供如权利要求1所述的检测系统并安装；
步骤二、碘核素过滤试验样机内通入预热空气；
步骤三、记录蒸汽当前压力、温度参数，试验管路内通入蒸汽，并记录蒸汽流量；
步骤四、试验管路内通入氮气，观察试验管路内蒸汽及氮气的流量，使试验管路内流体的总流量、温度计压力均分别达到设定值；
步骤五、向试验管路内注入碘核素；
步骤六、分别通过第一取样装置和第二取样装置进行取样，取样完成后停止注入碘核素；
步骤七、关闭预热管路上的氮气阀门，打开压缩空气管路上的阀门，关闭蒸汽供应管路上的阀门；
步骤八、取下两个取样装置，分别记录取样装置内的溶液体积，抽取溶液样品后送检，检测对应样品内碘核素的体积浓度；
步骤九、分别计算得到过滤前后碘核素质的取样浓度ξi和ξo，取相同的取样时间，再根据下式计算过滤碘核素过滤试验样机的过滤效率ε：
其中，Qo和Qi分别为第二取样管路和第一取样管路上的取样流量，kg/min。
9.如权利要求8所述的碘核素过滤效率检测方法，其特征在于，步骤九中，取样浓度ξi与第一取样装置样品中碘的体积浓度相等，通过检测得到；取样体积浓度ξo与第二取样装置样品中碘的体积浓度/>相等，通过检测得到。
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