CN103728163A - 一种气体中全氚快速取样*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种气体中全氚快速取样***，属于辐射防护与环境保护领域。所述取样***中的过滤器通过取样管与三通Ⅰ连接后分为两路气体，一路气体经过取样管道依次与浮子流量计、质量流量计和取样器连接，另一路气体经过取样管道依次与浮子流量计、质量流量计、催化氧化床和取样器连接，从取样器出来的气体经过三通Ⅱ和泵连接后与尾气排放管连接，取样器放置于冷凝器中。本发明采用自循环冷却的冷凝器在0℃以下对气体快速冷凝，实现全氚的快速取样。本发明的取样***既保证取样空气中全氚的完全冷凝捕集，又可在短时间内进行样品的快速取样，具有稳定可靠、取样效率高、取样时间短、取样量大的特点。

Description

一种气体中全氚快速取样***
技术领域
 本发明属于辐射防护与环境保护技术领域，具体涉及一种气体中全氚
快速取样***。适用于核电站、氚靶生产及中子发生器等生产场所在正常和事故工况下空气中全氚的快速取样，全氚包括氚气（HT）和氚化水（HTO）。
背景技术
在核电站、氚靶生产、中子发生器生产等涉氚场所在正常和事故工况下都需要测量其工作间和烟囱每年排放的全氚量。目前，国内外电离室型测氚仪的灵敏度一般在105Bq/m3左右，远高于大多数氚操作场所排出的氚浓度。由于氚在空气中主要以氚化水和氚气的形态存在，在常温、常压、正常湿度下，大约60天左右会有一半HT转化为HTO，而HTO的吸入危害是气态氚的1.0×104倍，它还能通过皮肤吸收进入体内。基于HT和HTO的放射性危害，在辐射防护监测中，全氚的取样监测日益受到重视。
目前，针对涉氚场所空气中氚的取样方法主要为“鼓泡法”，即放射性气体通过有蒸馏水的洗气瓶时发生鼓泡，空气样品中的HTO与水进行同位素交换。这种方法需要一周或数周的取样时间，才能用液闪计数器测定鼓泡器收集的水中的氚含量，从而求得空气中氚的平均浓度。“鼓泡法”取样不仅所需时间较长，而且取样流量很小，无法满足工作时间短、样品流速大时涉氚场所的全氚取样。
发明内容
为了在短时间内尽可能多的获取大量空气中全氚样品，满足涉氚场所短时间操作对全氚取样的要求，本发明提供一种气体中全氚快速取样***。采用本发明的取样***可以在数分钟内获得大量空气中的全氚样品，实现全氚样品的快速取样。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种气体中全氚快速取样***，其特征是，所述全氚取样***包括气体取样管道、与气体取样管道连接的过滤器、三通Ⅰ、三通Ⅱ、浮子流量计Ⅰ、浮子流量计Ⅱ、质量流量计Ⅰ、质量流量计Ⅱ、催化氧化床、设置有四个端口的取样器、冷凝器以及泵。其连接关系是，所述的过滤器通过管道与三通Ⅰ连接，三通Ⅰ通过管道分别与流量调节阀Ⅰ、流量调节阀Ⅲ的一端连接。所述的流量调节阀Ⅰ的另一端依次通过管道与浮子流量计Ⅰ、质量流量计Ⅰ、流量调节阀Ⅱ、取样头Ⅰ连接，取样头Ⅰ与取样器的一端口连接。所述的流量调节阀Ⅲ的另一端依次通过管道与浮子流量计Ⅱ、质量流量计Ⅱ、催化氧化床、流量调节阀Ⅳ、取样头Ⅲ连接，取样头Ⅲ与取样器另一端口连接。所述的取样器另外两个端口分别与取样头Ⅱ、取样头Ⅳ的一端连接，取样头Ⅱ、取样头Ⅳ的另一端分别通过管道与三通Ⅱ的两端连接，三通Ⅱ的另一端通过管道与泵连接，泵通过气管与尾气排放管道连接，取样器置于冷凝器内。
所述的取样器的四个端口通过软管分别与取样头Ⅰ、取样头Ⅱ、取样头Ⅲ、取样头Ⅳ连接，其中取样头Ⅰ、取样头Ⅲ用于进气端口取样，取样头Ⅱ、取样头Ⅳ用于出气端口取样。
所述的过滤器为滤布过滤器。
所述的取样器为石英玻璃蛇形冷凝器、石英玻璃直形冷凝器、石英玻璃球形冷凝器中的任意一种。
所述的冷凝器为半导体冷阱、液氮冷阱中的任意一种。
所述的泵为真空泵。
所述的取样头Ⅰ、取样头Ⅱ、取样头Ⅲ、取样头Ⅳ与取样器之间采用软管连接，所述管道均采用1/4inch的不锈钢管道硬连接而成。
本发明的气体中全氚快速取样***的工作过程如下：
a．将取样器置于冷凝器内，取样器的四个端口通过软管分别与取样头Ⅰ、取样头Ⅱ、取样头Ⅲ、取样头Ⅳ连接，预先设置用于冷凝取样器中气体的冷凝器的温度。
b．开启催化氧化床，并对其进行温度阈值设置，设置的温度阈值应高于HT转化为HTO的温度，低于催化氧化床内催化剂失活的温度。
c．当冷凝器和催化氧化床的温度处于所设定的温度时，依次首先开启浮子流量计Ⅰ、浮子流量计Ⅱ、质量流量计Ⅰ、质量流量计Ⅱ，其次开启泵，最后开启流量调节阀Ⅰ、流量调节阀Ⅲ、流量调节阀Ⅱ、流量调节阀Ⅳ，取样***实现全氚取样。
d．浮子流量计Ⅰ、浮子流量计Ⅱ显示经过三通Ⅰ的气体瞬时流量值，调节流量调节阀Ⅰ、流量调节阀Ⅲ的流量，确保浮子流量计Ⅰ和浮子流量计Ⅱ上显示的瞬时流量值大于其量程的2/3，且在3min之内无变化。
e．当浮子流量计Ⅰ、浮子流量计Ⅱ上所显示的流量值为量程的1/3时，关泵，并记录质量流量计Ⅰ、质量流量计Ⅱ上显示的累积流量值，然后依次关闭流量调节阀Ⅰ、流量调节阀Ⅲ、流量调节阀Ⅱ、流量调节阀Ⅳ，浮子流量计Ⅰ、浮子流量计Ⅱ、质量流量计Ⅰ、质量流量计Ⅱ，最后关闭催化氧化床、冷凝器，同时，取下取样器上的软管，获取取样器内的液体并进行称量，取样***终止对气体取样管道内的全氚取样。
本发明的取样方法是采用冷凝器快速冷凝代替传统的鼓泡法，待取空气样品在冰点以下的冷凝器中冷凝，通过取样器来获取冷凝样品。取样***采用两路取样设计，待测气体经过三通后分为两路，一路气体进入取样器中直接冷凝取样，可收集全氚气体中的HTO，另一路气体通过催化氧化床将气体中的HT氧化为HTO，然后可同时收集氧化前的HTO和氧化后的HTO（全氚）。由于冷凝器的工作温度一般在冰点以下，取样器内置于冷凝器内，因此，进入取样器的样品可迅速冷凝收集，达到快速收集的目的，同时通过流量调节阀对取样流量进行调节，可收集不同流速下的全氚样品。
本发明的一种气体中全氚快速取样***，采用冷凝法弥补了目前鼓泡法全氚取样流速小、取样量小的不足，不仅能够在短时间内冷凝大量样品进行取样，而且能够在取样流速大时进行样品取样，减轻了全氚监测取样人员的劳动强度并提高了工作效率。
本发明的一种气体中全氚快速取样***，采用浮子流量计和质量流量计同时显示取样流速，在取样的各个时刻不仅能显示瞬时流量，而且能够显示累计流量，使全氚取样人员能够在各个时刻实时获取流量数据，进行取样过程取样量的控制。
本发明的一种气体中全氚快速取样***中在气体样品进入***前采用过滤器进行杂质过滤，可大大减少杂质的引入对***取样准确性和长期稳定性的影响。本发明完全满足涉氚场所（核电站、氚靶生产、中子发生器生产等）空气中全氚的快速取样测量。
附图说明
图1为本发明的气体中全氚快速取样***的结构示意图；
图中：1.气体取样管道    2.过滤器     3.三通Ⅰ     4.流量调节阀Ⅰ     5. 浮子流量计Ⅰ     6.质量流量计Ⅰ     7.流量调节阀Ⅱ     8.冷凝器     9.取样头Ⅰ     10.取样器     11.取样头Ⅱ     12.流量调节阀Ⅲ     13. 浮子流量计Ⅱ     14. 质量流量计Ⅱ     15.催化氧化床     16. 流量调节阀Ⅳ     17. 取样头Ⅲ     18.软管     19. 取样头Ⅳ     20. 三通Ⅱ     21.泵     22. 尾气排放管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
图1为本发明的气体中全氚快速取样***的结构示意图。在图1中，
本发明的一种气体中全氚快速取样***，包括气体取样管道1、与气体取样管道1连接的过滤器2、三通Ⅰ3、三通Ⅱ20、浮子流量计Ⅰ5、浮子流量计Ⅱ13、质量流量计Ⅰ6、质量流量计Ⅱ14、催化氧化床15、设置有四个端口的取样器10、冷凝器8以及泵21。其连接关系是，所述的过滤器2通过管道与三通Ⅰ3连接，三通Ⅰ3通过管道分别与流量调节阀Ⅰ4、流量调节阀Ⅲ12的一端连接。所述的流量调节阀Ⅰ4的另一端依次通过管道与浮子流量计Ⅰ5、质量流量计Ⅰ6、流量调节阀Ⅱ7、取样头Ⅰ9连接，取样头Ⅰ9与取样器10的一端口连接；所述的流量调节阀Ⅲ12的另一端依次通过管道与浮子流量计Ⅱ13、质量流量计Ⅱ14、催化氧化床15、流量调节阀Ⅳ16、取样头Ⅲ17连接，取样头Ⅲ17与取样器10另一端口连接。所述的取样器10另外两个端口分别与取样头Ⅱ11、取样头Ⅳ19的一端连接，取样头Ⅱ11、取样头Ⅳ19的另一端分别通过管道与三通Ⅱ20的两端连接，三通Ⅱ20的另一端通过管道与泵21连接，泵21通过气管与尾气排放管道22连接，取样器10置于冷凝器8内。
所述的取样器10的四个端口通过软管18分别与取样头Ⅰ9、取样头Ⅱ11、取样头Ⅲ17、取样头Ⅳ19连接，其中取样头Ⅰ9、取样头Ⅲ17用于进气端口取样，取样头Ⅱ11、取样头Ⅳ19用于出气端口取样。
所述的过滤器2为滤布过滤器。
所述的取样器10为石英玻璃蛇形冷凝器、石英玻璃直形冷凝器、石英玻璃球形冷凝器中的任意一种。
所述的冷凝器8为半导体冷阱、液氮冷阱中的任意一种。
所述的泵21为真空泵。
所述的取样头Ⅰ9、取样头Ⅱ11、取样头Ⅲ17、取样头Ⅳ19与取样器10之间采用软管连接，所述管道均采用1/4inch的不锈钢管道硬连接而成。
本发明的气体中全氚快速取样***的工作流程是：
 a．将取样器10置于冷凝器8内，取样器10的四个端口通过软管18分别与取样头Ⅰ9、取样头Ⅱ11、取样头Ⅲ17、取样头Ⅳ19连接，预先设置用于冷凝取样器10中气体的冷凝器8的温度。
b．开启催化氧化床15，并对其进行温度阈值设置，设置的温度阈值应高于HT转化为HTO的温度，低于催化氧化床内催化剂失活的温度。
c．当冷凝器8和催化氧化床15的温度处于所设定的温度时，依次首先开启浮子流量计Ⅰ5、浮子流量计Ⅱ13、质量流量计Ⅰ6、质量流量计Ⅱ14，其次开启泵21，最后开启流量调节阀Ⅰ4、流量调节阀Ⅲ12、流量调节阀Ⅱ7、流量调节阀Ⅳ16，取样***实现全氚取样。
d．浮子流量计Ⅰ5、浮子流量计Ⅱ13显示经过三通Ⅰ2的气体瞬时流量值，调节流量调节阀Ⅰ4、流量调节阀Ⅲ12的流量，确保浮子流量计Ⅰ5和浮子流量计Ⅱ13上显示的瞬时流量值大于其量程的2/3，且在3min之内无变化。
e．当浮子流量计Ⅰ5、浮子流量计Ⅱ13上所显示的流量值为量程的1/3时，关泵21，并记录质量流量计Ⅰ6、质量流量计Ⅱ14上显示的累积流量值，然后依次关闭流量调节阀Ⅰ4、流量调节阀Ⅲ12、流量调节阀Ⅱ7、流量调节阀Ⅳ16，浮子流量计Ⅰ5、浮子流量计Ⅱ13、质量流量计Ⅰ6、质量流量计Ⅱ14，最后关闭催化氧化床15、冷凝器8，同时，取下取样器10上的软管18，获取取样器10内的液体并进行称量，取样***终止对气体取样管道内的全氚取样。
本实施例中，所述的过滤器2为滤布过滤器，泵21为真空泵，取样器10为石英玻璃蛇形冷凝器，冷凝器8为半导体冷阱。
图1中取样头Ⅰ9、取样头Ⅱ11、取样头Ⅲ17和取样头Ⅳ19与取样器13连接的软管18用细线表示，其余管路连接均用粗线表示。
本发明的气体中全氚快速取样***由两路取样子***构成，一路取样子***通过取样器10直接收集全氚气体中的HTO，另一路取样子***经过催化氧化床15将全氚中的HT催化氧化为HTO后，再通过取样器10收集全氚气体（氧化前的HTO和氧化后的HTO），从而达到收集气体中全氚的目的。
本发明中的催化氧化床15能够将气体中的HT进行充分催化氧化转化为HTO，解决了低浓度HT的取样测量问题，提高了全氚取样的取样效率。本发明中的冷凝器8能够在不同取样流速下、不同取样时间内对取样器10中的液体样品进行快速冷凝收集，有效解决了取样流速大、取样时间短时全氚样品的快速取样问题。
本发明中的取样头Ⅰ9和取样头Ⅲ17分别为气体取样的进气端取样，取样头Ⅱ11和取样头Ⅳ19分别为气体取样的尾气出气端取样，分别通过软管18与取样器10的四个端口连接，通过泵21抽取取样气体管道1中的全氚气体经过滤器2、三通Ⅰ3分为两路，一路气体经过流量调节阀Ⅰ4、浮子流量计Ⅰ5、质量流量计Ⅰ6、流量调节阀Ⅱ7、取样头Ⅰ9与取样器10一端连接；另一路气体经过流量调节阀Ⅲ12、浮子流量计Ⅱ13、质量流量计Ⅱ14、催化氧化床15、流量调节阀Ⅳ16、取样头Ⅲ17与取样器10另一端连接，全氚气体经过冷凝器8冷凝后在取样器10中进行快速取样。
本发明中的过滤器安装在取样气体管道1上气体絮流处，流量调节阀Ⅰ4和流量调节阀Ⅲ12能够通过浮子流量计Ⅰ5和浮子流量计Ⅱ13上显示的瞬时流量调节控制实时流过管路中气体的流量，该流量主要用来确保取样器10对取样气体管道1内气体样品进行等速取样。流量调节阀Ⅰ4和流量调节阀Ⅲ12能够通过质量流量计Ⅰ6和质量流量计Ⅱ14调节流经管路的气体的累计流量，该流量可用来计算所取全氚气体的总体积。流量调节阀Ⅱ7和流量调节阀Ⅳ16能够根据取样器10中冷凝样品情况控制气体样品的进入。当取样器10中所取冷凝样品已达到饱和时可关闭流量调节阀Ⅱ7和流量调节阀Ⅳ16，更换新的取样器后再次开始取样，这样可以有效防止样品冷凝过多而引起的取样管路堵塞，同时泵21继续运行而引发的故障问题，进一步提高气体中全氚快速取样的可靠性和稳定性。
实施例2
本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，所述的冷凝器为液氮冷凝器。
实施例3
本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，所述的取样器为石英玻璃直形冷凝器。
实施例4
本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，所述的取样器为石英玻璃直形冷凝器，冷凝器8为液氮冷凝器。

Claims (7)

1.一种气体中全氚快速取样***，其特征在于：所述全氚取样***包括气体取样管道（1）、与气体取样管道（1）连接的过滤器（2）、三通Ⅰ（3）、三通Ⅱ（20）、浮子流量计Ⅰ（5）、浮子流量计Ⅱ（13）、质量流量计Ⅰ（6）、质量流量计Ⅱ（14）、催化氧化床（15）、设置有四个端口的取样器（10）、冷凝器（8）以及泵（21）；其连接关系是，所述的过滤器（2）通过管道与三通Ⅰ（3）连接，三通Ⅰ（3）通过管道分别与流量调节阀Ⅰ（4）、流量调节阀Ⅲ（12）的一端连接；所述的流量调节阀Ⅰ（4）的另一端依次通过管道与浮子流量计Ⅰ（5）、质量流量计Ⅰ（6）、流量调节阀Ⅱ（7）、取样头Ⅰ（9）连接，取样头Ⅰ（9）与取样器（10）的一端口连接；所述的流量调节阀Ⅲ（12）的另一端依次通过管道与浮子流量计Ⅱ（13）、质量流量计Ⅱ（14）、催化氧化床（15）、流量调节阀Ⅳ（16）、取样头Ⅲ（17）连接，取样头Ⅲ（17）与取样器（10）另一端口连接；所述的取样器（10）另外两个端口分别与取样头Ⅱ（11）、取样头Ⅳ（19）的一端连接，取样头Ⅱ（11）、取样头Ⅳ（19）的另一端分别通过管道与三通Ⅱ（20）的两端连接，三通Ⅱ（20）的另一端通过管道与泵（21）连接，泵（21）通过气管与尾气排放管道（22）连接，取样器（10）置于冷凝器（8）内。
2.根据权利要求1所述的全氚快速取样***，其特征在于：所述的取样器（10）的四个端口通过软管（18）分别与取样头Ⅰ（9）、取样头Ⅱ（11）、取样头Ⅲ（17）、取样头Ⅳ（19）连接，其中取样头Ⅰ（9）、取样头Ⅲ（17）用于进气端口取样，取样头Ⅱ（11）、取样头Ⅳ（19）用于出气端口取样。
3.根据权利要求1所述的全氚快速取样***，其特征在于：所述的过滤器（2）为滤布过滤器。
4.根据权利要求1所述的全氚快速取样***，其特征在于：所述的取样器（10）为石英玻璃蛇形冷凝器、石英玻璃直形冷凝器、石英玻璃球形冷凝器中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的全氚快速取样***，其特征在于：所述的冷凝器（8）为半导体冷阱、液氮冷阱中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的全氚快速取样***，其特征在于：所述的泵（21）为真空泵。
7.根据权利要求1所述的全氚快速取样***，其特征在于：所述管道均采用1/4inch的不锈钢管道硬连接而成。
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