CN214427626U - 一种气体冷指取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体冷指取样装置，包括冷指取样器、冷指进口管线、冷指出口管线、冷却设备，所述冷指进口管线和冷指出口管线分别伸入冷取样器内部，并与冷取样器上端密封连接，所述冷取样器能够插入冷却设备内部，所述冷却设备内部设置干冰。本发明提供的冷指取样装置，使用干冰作为冷却剂，既杜绝了对测量环节冷却剂对气体样品中的水分产生干扰，又起到很好的冷却效果，且没有使气体样品的二氧化碳气体被冷凝成固体造成堵塞，同时冷指取样器体积小，与冷却设备的接触面积大，对气体样品中的水分的冷凝效率达到100％。

Description

一种气体冷指取样装置

技术领域

本发明属于气体冷指取样技术领域，具体涉及一种气体冷指取样装置。

背景技术

重水堆环隙气体系统需要监测系统内二氧化碳气体中的水分含量及其变化，通过冷凝取样收集气体中的微量水分，并分析其中的放射性和水质指标，可以判定水分的泄漏源及其泄露率。

气体冷指取样装置包括冷指取样器和冷却剂。将冷指取样器浸泡在液氮中，气体进入冷指取样器内部，气体中的水分因为外部液氮制冷而凝结成冰，凝结在冷指取样器内部。取样结束后，将凝结在冷指取样器内部的冰融化成水，从冷指取样器中导出即可用于成分分析。

现有的冷指取样装置使用液氮(-196℃)作为冷却剂，液氮保温效果差，消耗快，同时液氮的超低温易将重水堆核电站环隙气体系统的二氧化碳气体冷凝变成干冰(-78.5℃)堵塞管线。而使用液氮、水、乙二醇等混合物作为制冷剂，不仅操作不方便，而且易对所得样品的重水浓度产生影响。

现有的冷指取样装置使用“U”型或“W”型不锈钢管作为冷指取样器，“U”型或“W”型不锈钢管与液氮的接触面积小。为了获得较大的接触表面，需要更大尺寸的冷指取样器，同时也要求更大的液氮储存装置的容量和开口，不便于现场操作。

发明内容

基于此，本发明提供一种气体冷指取样装置，该装置体积小，集成性好，结构巧妙，操作方便，维护量少，大大增加了冷凝面积，对气体样品中的水分冷凝效率高，有效地解决了现场冷指取样困难的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种气体冷指取样装置包括冷指取样器、冷指进口管线、冷指出口管线、冷却设备，所述冷指进口管线和冷指出口管线分别伸入冷指取样器内部，并与冷指取样器上端密封连接，所述冷指取样器能够插入冷却设备内部，所述冷却设备内部设置干冰。

优选地，所述冷却设备为杜瓦瓶。

优选地，所述冷指取样器为不锈钢套管。

优选地，所述不锈钢套管的管口外径与杜瓦瓶的瓶口内径相匹配。

优选地，所述不锈钢套管的长度与杜瓦瓶的深度相匹配。

优选地，所述气体冷指取样装置还包括密封盖，所述冷指取样器上端与密封盖螺纹、密封连接。

优选地，所述冷指取样器上端与密封盖通过聚四氟乙烯垫片密封连接。

优选地，所述密封盖上设有冷指进口管线通孔；所述冷指进口管线穿过冷指进口管线通孔伸入冷指取样器底部；所述冷指进口管线与冷指进口管线通孔密封连接。

优选地，所述冷指进口管线与冷指进口管线通孔通过电焊密封连接。

优选地，所述密封盖上设有冷指出口管线通孔；所述冷指出口管线穿过冷指出口管线通孔伸入冷指取样器顶部；所述冷指出口管线与冷指出口管线通孔密封连接。

优选地，所述冷指出口管线与冷指出口管线通孔通过电焊密封连接。

优选地，所述气体冷指取样装置还包括气体流量计，在所述冷指取样器外部的冷指进口管线连接气体流量计。

优选地，在所述冷指取样器外部的冷指进口管线螺纹连接气体流量计。

优选地，所述冷指取样器外部的冷指进口管线上设置进口隔离阀，用于控制冷指进口管线内气体的进出。

优选地，所述冷指取样器外部的冷指出口管线上设置出口隔离阀，用于控制冷指出口管线内气体的进出。

优选地，所述气体冷指取样装置还包括泄压管线，所述密封盖上设有泄压管线通孔；所述泄压管线一端穿过泄压管线通孔伸入冷指取样器外部，另一端伸入冷却设备内部；所述泄压管线与泄压管线通孔密封连接。

优选地，所述泄压管线与泄压管线通孔通过电焊密封连接。

优选地，所述冷指取样器下端设置排水口，所述排水口与冷指取样器内部连通，所述排水口设有匹配的堵头，所述排水口和堵头可拆卸、密封连接。

优选地，所述排水口和堵头通过聚四氟乙烯垫片密封连接。

本发明的有益技术效果：

本发明提供的冷指取样装置，使用干冰作为冷却剂，既杜绝了对测量环节冷却剂对气体样品中的水分产生干扰，又起到很好的冷却效果，且没有使气体样品的二氧化碳气体被冷凝成固体造成堵塞，同时冷指取样器体积小，与冷却设备的接触面积大，对气体样品中的水分的冷凝效率达到100％。

附图说明

图1为本发明的冷指取样装置剖面图；

图2为本发明的冷指取样装置俯视图；

图3为本发明的冷指取样装置仰视图；

图4为冷指进口管线结构示意图；

图5为冷指出口管线结构示意图；

图6为泄压管线结构示意图；

图7为密封盖剖面图；

图8为密封盖俯视图；

图9为密封盖仰视图；

图10为冷指取样器剖面图；

图11为冷指取样器俯视图。

其中：

1、冷指进口管线；2、冷指出口管线；3、泄压管线；4、出口隔离阀；5、气体流量计；6、进口隔离阀；7、密封盖；8、冷指取样器；9、堵头。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上端”、“下端”、“顶部”、“底部”、“内部”、“外部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“上端”和“下端”是针对冷指取样器8的外部来说的，“顶部”和“底部”是针对冷指取样器8的内部来说的，“内部”和“外部”是针对冷指取样器8的内部空间和外部空间来说的，“水样”是经过冷指取样后得到的气体样品中的水分，所述“气体样品”是指进入冷指取样器8中的需要取样的系统气体，所述“气体样品”包括二氧化碳气体和水分。

本发明提供一种气体冷指取样装置，对需要取样的气体系统中的微量水分进行冷凝取样收集，通过分析水样的成分和特性，获取水分来源和泄漏率等系统设备运行需要的重要信息。对重水堆核电厂环隙气体系统内气体样品中的微量水分冷凝取样就是本发明提供的气体冷指取样装置的实用案例之一。

本发明提供的技术方案如下：

一种气体冷指取样装置，包括冷指取样器8、密封盖7、冷指进口管线1、冷指出口管线2、泄压管线3、气体流量计5和冷却设备(图中未画出)。

所述冷却设备为内部设置冷却剂的杜瓦瓶。杜瓦瓶保温效果好，能够减少冷却剂的使用量。

所述冷却剂为干冰。干冰能够高效地将气体样品中的水分凝结成冰而不会冷凝二氧化碳气体本身，因此不会出现二氧化碳气体凝结成固体堵塞冷指取样器8的问题，同时干冰与气体样品中的二氧化碳气体成分一致，不会出现使用混合物冷却剂对水样中的重水浓度产生影响。

所述冷指取样器8为不锈钢套管，所述不锈钢套管的管口外径(直径)与杜瓦瓶的瓶口内径(直径)相匹配，以确保不锈钢套管正好插入杜瓦瓶内部且不留较大空隙；所述不锈钢套管的长度与杜瓦瓶的深度相匹配，以获得最大的冷指内部表面积，从而提高冷凝效率，同时考虑杜瓦瓶内干冰的泄压问题。

所述冷指取样器8为不锈钢材质，不锈钢材质在低温下不易发生脆化，能够有效避免冷却剂的低温所引起的材料脆化问题，同时不锈钢材质能很好地将冷却剂的低温传到到冷指取样器8内部，对气体样品中的水分起到很好的冷凝效果。

所述冷指取样器8上端螺纹连接密封盖7。

所述密封盖7上设有冷指进口管线通孔；所述冷指进口管线1穿过冷指进口管线通孔伸入冷指取样器8底部；所述冷指进口管线1与冷指进口管线通孔通过电焊密封连接。

所述密封盖7上设有冷指出口管线通孔；所述冷指出口管线2穿过冷指出口管线通孔伸入冷指取样器8顶部；所述冷指出口管线2与冷指出口管线通孔通过电焊密封连接。

在所述冷指取样器8外部的冷指进口管线1螺纹连接气体流量计5。气体流量计5用于控制系统气体进入冷指取样器8内部的流量，通过系统气体进入冷指取样器8内部的流量和取样时间，计算出冷指取样器8内部的气体样品的总量。

在所述冷指取样器8外部的冷指进口管线1和冷指出口管线2上分别设置进口隔离阀6和出口隔离阀4，用于控制冷指进口管线1和冷指出口管线2内气体的进出。

所述密封盖7上设有泄压管线3通孔；所述泄压管线3一端穿过泄压管线通孔伸入冷指取样器8外部空间，另一端伸入冷却设备内部空间；所述泄压管线3与泄压管线通孔通过电焊密封连接。泄压管线3不进入冷指取样器8内部空间而进入冷却设备内部空间，用于冷却设备内部设置的干冰升华时泄压。

所述冷指取样器8下端设有排水口，所述排水口与冷指取样器8内部连通，所述排水口设有匹配的堵头9，所述排水口和堵头9可拆卸连接。水样能够直接从排水口中排出，减小水样从冷指取样器8内取出时的损耗，减少水样与空气接触的时间，将空气中水分对水样中的重水浓度和氚测量的影响减至最小。

所述冷指取样器8与密封盖7通过聚四氟乙烯垫片密封连接，所述排水口和堵头9通过聚四氟乙烯垫片密封连接。聚四氟乙烯垫片具有良好的低温适应性，能够在低温下保持密封性不发生改变。

使用时，将冷指取样器8从下到上整体插入杜瓦瓶中；通过冷指进口管线1 上的气体流量计5调节需要取样的系统气体进入冷指取样器8的流量，并根据取样时间，得到一定量的气体样品；气体样品中的水分在冷指取样器8内部冷凝结成冰，气体样品中的气体从冷指出口管线2流出，回到需要取样的气体系统。

冷指取样结束后，待冷指取样器8自然回温后，拧开冷指取样器8的堵头9，水样从排水口流出，并收集至容器内进行后续分析。

使用上述提供的冷指取样装置在秦山核电两台重水堆核电机组环隙气体系统进行了多次取样，每次取样试验，杜瓦瓶内均设置20kg的干冰，取样时间18 小时。

取样结果显示，该冷指取样器8对气体样品中的水分的冷凝效率接近100％。

每次取样结束后，杜瓦瓶内的剩余干冰量仍超过10kg，说明杜瓦瓶有极佳的保温作用，用杜瓦瓶作为冷却设备无需在取样期间补充干冰，减少人员的工作量。

聚四氟乙烯垫片在取样试验后性状均未发生改变，证明聚四氟乙烯垫片对 -78.5℃的低温有很好的适应性。

通过冷指取样器8下端设置的排水口，能够在5秒内将水样排尽，水样与空气接触时间极短，对重水浓度的测量影响较小。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种气体冷指取样装置，包括冷指取样器(8)和冷却设备，其特征在于，所述气体冷指取样装置还包括冷指进口管线(1)和冷指出口管线(2)，所述冷指进口管线(1)和冷指出口管线(2)分别伸入冷指取样器(8)内部，并与冷指取样器(8)上端密封连接，所述冷指取样器(8)能够插入冷却设备内部，所述冷却设备内部设置干冰。

2.根据权利要求1所述的气体冷指取样装置，其特征在于，所述气体冷指取样装置还包括密封盖(7)，所述冷指取样器(8)上端与密封盖(7)螺纹、密封连接。

3.根据权利要求2所述的气体冷指取样装置，其特征在于，所述密封盖(7)上设有冷指进口管线通孔和冷指出口管线通孔；所述冷指进口管线(1)穿过冷指进口管线通孔伸入冷指取样器(8)底部，所述冷指出口管线(2)穿过冷指出口管线通孔伸入冷指取样器(8)顶部；所述冷指进口管线(1)和冷指出口管线(2)分别与冷指进口管线通孔和冷指出口管线通孔密封连接。

4.根据权利要求2所述的气体冷指取样装置，其特征在于，所述气体冷指取样装置还包括泄压管线(3)，所述密封盖(7)上设有泄压管线通孔；所述泄压管线(3)一端穿过泄压管线通孔伸入冷指取样器(8)外部，另一端伸入冷却设备内部；所述泄压管线(3)与泄压管线通孔密封连接。

5.根据权利要求1所述的气体冷指取样装置，其特征在于，所述冷指取样器(8)下端设置排水口，所述排水口与冷指取样器(8)内部连通，所述排水口设有匹配的堵头(9)，所述排水口和堵头(9)可拆卸、密封连接。

6.根据权利要求1所述的气体冷指取样装置，其特征在于，所述气体冷指取样装置还包括气体流量计(5)，在所述冷指取样器(8)外部的冷指进口管线(1)连接气体流量计(5)。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的气体冷指取样装置，其特征在于，所述冷却设备为杜瓦瓶。

8.根据权利要求7所述的气体冷指取样装置，其特征在于，所述冷指取样器(8)为不锈钢套管，所述不锈钢套管的管口外径与杜瓦瓶的瓶口内径相匹配。

9.根据权利要求2或5所述的气体冷指取样装置，其特征在于，所述密封连接是通过聚四氟乙烯垫片密封连接。

10.根据权利要求3或4所述的气体冷指取样装置，其特征在于，所述密封连接通过电焊密封连接。

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