JP2012047633A

JP2012047633A - オンライン型サンプル分析装置の前処理装置及びオンライン型サンプル分析装置の前処理装置の制御方法

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Publication number: JP2012047633A
Application number: JP2010190954A
Authority: JP
Inventors: Jun Otsu; 純大津
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: JP5645551B2

Abstract

【課題】連続運転を止めることなく、気泡とクラッドを効率的に排出することが可能となり、放射性のクラッドをため込むことがないオンライン型サンプル分析装置の前処理装置及びオンライン型サンプル分析装置の前処理装置の制御方法を提供する。
【解決手段】光センサと、電磁石と、超音波発生装置と、第１の切換弁と、第２の切換弁と、第１のポンプと、第２のポンプと、制御部と、を備え、制御部は、気泡を追出し、クラッドを排出するとき、濃縮カラムを介する第２のサンプル水流路を遮断し、脱塩水を逆流させる第１のサンプル水流路を形成するように第１の切換弁と、第２の切換弁と、を切り替え、電磁石を停止させ、超音波発生装置を動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明の一実施形態はサンプルを連続的に自動分析するオンライン型サンプル分析装置の前処理装置及びオンライン型サンプル分析装置の前処理装置の制御方法に関する。

例えば原子力発電所や火力発電所においては系統水の分析を連続的に自動分析するオンライン型サンプル分析装置が使用される。

特開２００３−２０２３３１号公報

サンプル分析装置がイオンクロマトグラフの場合には、系統水中に含まれる気泡や不溶解性の不純物はサンプル分析装置の分析機能にとって障害となる。

具体的には、サンプル水の中に気泡が含まれていると定量サンプルポンプが送液不能となり、サンプル分析装置が停止する。サンプル分析装置を再起動するためには気泡抜きの作業が必要となり、自動連続運転が中断される。

デガッサはサンプル中に溶解している溶存ガスの飽和による発泡防止に対しては有効であるが、サンプル分析装置のプロセス配管及びサンプル分析装置に滞留して不定期に流れ込む気泡に対しては効果がない。

また、ＢＷＲ型原子力発電所の一次系の系統水には酸化鉄を主成分とする不溶解性の不純物が含まれている。このクラッドと呼ばれる不純物はＣｏ６０を含むため放射能を有する。

ＢＷＲ型原子力発電所の原子炉水用の従来のオンライン型イオンクロマトグラフの前処理装置はサンプリングラインにフィルタを有し、このフィルタがクラッドを捕捉する。クラッドがフィルタに蓄積するとフィルタの放射能が高くなり、フィルタ交換作業時の作業員の被曝が問題となっている。

本発明の一実施形態は、サンプル水を導通する第１のサンプル水流路と、第１のサンプル水流路に接続する第１の切換弁と、第１の切換弁に接続する脱塩水供給装置と、第１の切換弁に接続する第１のポンプと、第１のポンプと第１の切換弁に接続する第２の切換弁と、第２の切換弁に接続する濃縮カラムと、第２の切換弁に接続する第２のポンプと、サンプル濃縮時に濃縮カラムにサンプル水が導通するように第１の切換弁と第２の切換弁とを制御し、洗浄時に濃縮カラムを遮断し、脱塩水供給装置から脱塩水を逆流させるように第１の切換弁と第２の切換弁とを制御する制御部と、を備えるオンライン型サンプル分析装置の前処理装置を提供する。

前処理装置の構成を模式的に示した図である。サンプル濃縮時の前処理装置の様子を示す図である。洗浄、気泡追出し、イオン分析開始時の前処理装置の様子を示す図である。イオン分析、サンプル取込待機時の前処理装置の様子を示す図である。エアトラップの構成を示す側面断面図である。切換弁のポジションを模式的にあらわした図である。前処理装置の構成を示すブロック図である。制御部による各部位の制御方法を示す図である。

以下、本発明の一実施形態のオンライン型サンプル分析装置の前処理装置（以下、前処理装置と呼ぶ。）を、図面を用いて詳細に説明する。

（前処理装置の構成）
図１は、本実施形態の前処理装置の構成を模式的に示した図である。図１に示すように、前処理装置はサンプル水を導通する第１のサンプル水流路１１と、気泡を補足するエアトラップ１２と、エアトラップ１２に設置される発光素子１３Ａ及び光センサ１３Ｂと、エアトラップ１２の第１のサンプル水流路１１下流にコイルを描くコイル部１１Ａと、を備える。

前処理装置はさらに、コイル部１１Ａに設けられる電磁石１４及び超音波発生装置１５と、コイル部１１Ａの第１のサンプル水流路１１下流に設けられる補助フィルタ１６と、補助フィルタ１６の第１のサンプル水流路１１下流に設けられる第１の切換弁３１と、第１の切換弁３１の第１のサンプル水流路１１下流に設けられる第１のポンプ１８と、脱塩水供給装置１７と、を備える。

前処理装置はさらに、第２のサンプル水流路２１と、この第２のサンプル水流路に設けられる第２のポンプ２２と、第２のポンプ２２の第２のサンプル水流路２１下流に設けられる第２の切換弁３２と、第２の切換弁３２の第２のサンプル水流路２１下流に設けられる濃縮カラム２３と、濃縮カラム２３の第２の切換弁３２を介した第２のサンプル水流路２１下流に設けられる分離カラム２４と、を備える。

前処理装置はさらに、光センサ１３Ｂからの出力を入力し、電磁石１４、超音波発生装置１５、第１の切換弁３１、第２の切換弁３２、及び第１のポンプ１８の動作を制御する制御部を有する。

第１の切換弁３１及び第２の切換弁３２は六方弁を用いることができる。六方弁は、反時計回りに［１］乃至［６］の６個の接続孔と、この６個の接続孔を一つ置きに接続する溝を有する。

六方弁はポジション１では［１］と［２］、［３］と［４］、［５］と［６］の接続孔を導通し、他の組み合わせは導通させない。また、六方弁はポジション２では［２］と［３］、［４］と［５］、［６］と［１］の接続孔を導通し、他の組み合わせは導通させない。

補助フィルタ１６下流の第１のサンプル水流路１１は第１の切換弁３１の［１］の接続孔に接続される。第１のポンプ１８に流入する第１のサンプル水流路１１は第１の切換弁３１の［２］の接続孔に接続される。脱塩水供給装置１７は第１の切換弁３１の［３］の接続孔に接続される。排水路は第１の切換弁３１の［５］の接続孔に接続される。

第１の切換弁３１の［６］の接続孔は第２の切換弁３２の［６］の接続孔に接続される。

第１のポンプ１８から流出する第１のサンプル水流路１１は第２の切換弁３２の［１］の接続孔に接続される。濃縮カラム２３の一端は第２の切換弁３２の［２］の接続孔に、他端は第２の切換弁３２の［５］の接続孔に接続される。

分離カラム２４の流入側は第２の切換弁３２の［３］の接続孔に接続される。第２のポンプ２２から流出する第２のサンプル水流路２１は第２の切換弁３２の［４］の接続孔に接続される。

（前処理装置の動作）
（クラッドの除去）
クラッドにはマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）、マグヘマタイト（γ−Ｆｅ_２Ｏ_３）、ヘマタイト（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）が含まれる。マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）は９２ｅｍｕ／ｇ、マグヘマタイト（γ−Ｆｅ_２Ｏ_３）は７４ｅｍｕ／ｇ、ヘマタイト（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）は０．４ｅｍｕ／ｇの磁力を有し、電磁石１４の磁力に引き寄せられる。

コイル部１１Ａをサンプル水が通過するとき、電磁石１４は磁力によってクラッドをコイル部１１Ａの内壁に捕捉する。

捕捉されたクラッドは、洗浄時に電磁石１４がＯＦＦされて磁力を停止され、超音波発生装置１５がＯＮされて発生された超音波によりコイル部１１Ａの内壁から剥離され、洗浄される。

（サンプルブロー）
図１は、サンプルブロー時の前処理装置の様子を示す図である。前処理装置の系統内の水をサンプル水によって置換するため、前処理装置は一定量送液する。

この時、制御部は、電磁石１４をＯＮにして磁力を発生させ、超音波発生装置１５をＯＦＦにして超音波の発生を停止させる。制御部は第１の切換弁３１をポジション１に、第２の切換弁３２をポジション２に切り替える。制御部は第１のポンプ１８と、第２のポンプ２２を運転させる。

第１のサンプル水流路１１は第１の切換弁３１、第２の切換弁３２を経由して排水する。第１のサンプル水流路１１は濃縮カラム２３と遮断される。第２のサンプル水流路２１は第１のサンプル水流路１１と遮断される。

サンプル水は、エアトラップ１２、コイル部１１Ａ、補助フィルタ１６、第１の切換弁３１の［１］の接続孔、第１の切換弁３１の［２］の接続孔、第１のポンプ１８、第２の切換弁３２の［１］の接続孔、第２の切換弁３２の［６］の接続孔、第１の切換弁３１の［６］の接続孔、第１の切換弁３１の［５］の接続孔、を経て排水される。

また、溶離液は第２のポンプ２２、第２の切換弁３２の［４］の接続孔、第２の切換弁３２の［５］の接続孔、濃縮カラム２３、第２の切換弁３２の［２］の接続孔、第２の切換弁３２の［３］の接続孔、を経て分離カラム２４に達する。

（サンプル濃縮）
図２は、サンプル濃縮時の前処理装置の様子を示す図である。前処理装置は規定量のサンプル水を濃縮カラム２３に送液する。濃縮カラム２３によりイオンが分離捕捉される。

この時、制御部は、電磁石１４をＯＮにして磁力を発生させ、超音波発生装置１５をＯＦＦにして超音波の発生を停止させる。制御部は第１の切換弁３１をポジション１に、第２の切換弁３２をポジション１に切り替える。制御部は第１のポンプ１８と、第２のポンプ２２を運転させる。

サンプル水は、エアトラップ１２、コイル部１１Ａ、補助フィルタ１６、第１の切換弁３１の［１］の接続孔、第１の切換弁３１の［２］の接続孔、第１のポンプ１８、第２の切換弁３２の［１］の接続孔、第２の切換弁３２の［２］の接続孔、濃縮カラム２３、第２の切換弁３２の［５］の接続孔、第２の切換弁３２の［６］の接続孔、第１の切換弁３１の［６］の接続孔、第１の切換弁３１の［５］の接続孔、を経て排水される。

また、溶離液は第２のポンプ２２、第２の切換弁３２の［４］の接続孔、第２の切換弁３２の［３］の接続孔、を経て分離カラム２４に達する。第２のサンプル水流路２１は濃縮カラム２３と遮断される。

（洗浄、気泡追出し、イオン分析開始）
図３は、洗浄、気泡追出し、イオン分析開始時の前処理装置の様子を示す図である。前処理装置は洗浄に必要な分量の脱塩水を逆送液し、気泡を追い出すとともにコイル部１１Ａを洗浄する。制御部は光センサ１３Ｂの出力に基づいて気泡がエアトラップ１２に捕捉されたと判定したとき、この気泡追出し動作を行う。

この時、制御部は、電磁石１４をＯＦＦにして磁力を停止させ、超音波発生装置１５をＯＮにして超音波を発生させる。制御部は第１の切換弁３１をポジション２に、第２の切換弁３２をポジション２に切り替える。制御部は第１のポンプ１８と、第２のポンプ２２を運転させる。

脱塩水は、脱塩水供給装置１７、第１の切換弁３１の［３］の接続孔、第１の切換弁３１の［２］の接続孔、第１のポンプ１８、第２の切換弁３２の［１］の接続孔、第２の切換弁３２の［６］の接続孔、第１の切換弁３１の［６］の接続孔、第１の切換弁３１の［１］の接続孔、補助フィルタ１６、コイル部１１Ａ、エアトラップ１２を経て排出される。脱塩水は第１のサンプル水流路１１を逆流する。第１のサンプル水流路１１は濃縮カラム２３と遮断される。

（イオン分析、サンプル取込待機）
図４は、イオン分析、サンプル取込待機時の前処理装置の様子を示す図である。前処理装置は次工程まで待機する。

この時、制御部は、電磁石１４をＯＦＦにして磁力を停止させ、超音波発生装置１５をＯＦＦにして超音波の発生を停止させる。制御部は第１の切換弁３１をポジション１に、第２の切換弁３２をポジション２に切り替える。制御部は第１のポンプ１８を停止させ、第２のポンプ２２を運転させる。

サンプル水は、エアトラップ１２、コイル部１１Ａ、補助フィルタ１６、第１の切換弁３１の［１］の接続孔、第１の切換弁３１の［２］の接続孔、第１のポンプ１８、第２の切換弁３２の［１］の接続孔、第２の切換弁３２の［６］の接続孔、第１の切換弁３１の［６］の接続孔、第１の切換弁３１の［５］の接続孔、を経て排水される経路が形成されるが、第１のポンプ１８が停止されているため、流水しない。

（エアトラップ１２の構成）
図５は、エアトラップ１２の構成を示す側面断面図である。図５に示すように、エアトラップ１２は第１のサンプル水流路１１の内径よりも大きい内径を有する。エアトラップ１２は流入孔１２Ａを上に、流出孔１２Ｂを下に設置される。エアトラップ１２は、ガラス、樹脂などの透光性素材によって形成される。

レーザー光等の光を発する発光素子１３Ａと光センサ１３Ｂとはエアトラップ１２を挟み、対向する位置に配置される。

気泡がエアトラップ１２に捕捉された場合、光センサ１３Ｂの受光量が変化する。従って、制御部は光センサ１３Ｂの出力に基づいて気泡が補足されたかを判定することが可能となる。

（前処理装置の制御）
図６は、切換弁のポジションを模式的にあらわした図である。図６（Ａ）はポジション１を、図６（Ｂ）はポジション２を示す。実線は導通を、破線は遮断を示す。

図７は、前処理装置の構成を示すブロック図である。図７に示すように、前処理装置は、制御部であるＣＰＵ７１を有する。ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ・ＲＡＭなどの記憶装置７２と、光センサ１３Ｂと、電磁石１４と、超音波発生装置１５と、第１の切換弁３１と、第２の切換弁３２と、第１のポンプ１８と、第２のポンプ２２と、に接続する。

図８は、制御部による各部位の制御方法を示す図である。図８に示すように、制御部は電磁石１４と、超音波発生装置１５と、第１の切換弁３１と、第２の切換弁３２と、第１のポンプ１８と、第２のポンプ２２と、を制御する。

（本実施形態の効果）
以上述べたように、本実施形態の前処理装置は、光センサ１３Ｂと、電磁石１４と、超音波発生装置１５と、第１の切換弁３１と、第２の切換弁３２と、第１のポンプ１８と、第２のポンプ２２と、制御部と、を備え、制御部は、気泡を追出し、クラッドを排出するとき、濃縮カラム２３を介する第２のサンプル水流路２１を遮断し、脱塩水を逆流させる第１のサンプル水流路１１を形成するように第１の切換弁３１と、第２の切換弁３２と、を切り替え、電磁石１４を停止させ、超音波発生装置１５を動作させる。

従って、連続運転を止めることなく、気泡とクラッドを効率的に排出することが可能となるという効果がある。また、放射性のクラッドをため込むことがないため、作業員が被曝することがなくなるという効果がある。

１１：第１のサンプル水流路、
１２：エアトラップ、
１３Ｂ：光センサ、
１４：電磁石、
１５：超音波発生装置、
１７：脱塩水供給装置、
１８：第１のポンプ、
２１：第２のサンプル水流路、
２２：第２のポンプ、
３１：第１の切換弁、
３２：第２の切換弁。

Claims

サンプル水を導通する第１のサンプル水流路と、
前記第１のサンプル水流路に接続する第１の切換弁と、
前記第１の切換弁に接続する脱塩水供給装置と、
前記第１の切換弁に接続する第１のポンプと、
前記第１のポンプと前記第１の切換弁に接続する第２の切換弁と、
前記第２の切換弁に接続する濃縮カラムと、
前記第２の切換弁に接続する第２のポンプと、
サンプル濃縮時に前記濃縮カラムに前記サンプル水が導通するように前記第１の切換弁と前記第２の切換弁とを制御し、洗浄時に前記濃縮カラムを遮断し、前記脱塩水供給装置から脱塩水を逆流させるように前記第１の切換弁と前記第２の切換弁とを制御する制御部と、
を備えるオンライン型サンプル分析装置の前処理装置。
前記第１の切換弁の前記第１のサンプル水流路上流に設けられる電磁石及び超音波発生装置をさらに備え、
前記制御部は、
サンプル濃縮時に、前記電磁石を作動させるとともに前記超音波発生装置を停止させ、前記濃縮カラムに前記サンプル水が導通するように前記第１の切換弁と前記第２の切換弁とを制御し、洗浄時に前記電磁石を停止させるとともに前記超音波発生装置を作動させ、前記濃縮カラムを遮断し、前記脱塩水供給装置から前記脱塩水を逆流させるように前記第１の切換弁と前記第２の切換弁とを制御する
ことを特徴とする請求項１記載のオンライン型サンプル分析装置の前処理装置。
前記第１の切換弁の前記第１のサンプル水流路上流に設けられ、気泡を捕捉するエアトラップと、
前記エアトラップに設けられ、気泡の有無を検知する光センサと、をさらに備え、
前記制御部は、
前記光センサの出力に基づいてエアトラップ内に気泡が捕捉されたと判定した場合、前記濃縮カラムを遮断し、前記脱塩水供給装置から前記脱塩水を逆流させるように前記第１の切換弁と前記第２の切換弁とを制御する
ことを特徴とする請求項１記載のオンライン型サンプル分析装置の前処理装置。
前記第１の切換弁の前記第１のサンプル水流路上流に設けられ、気泡を捕捉するエアトラップと、
前記エアトラップに設けられ、気泡の有無を検知する光センサと、をさらに備え、
前記制御部は、
前記光センサの出力に基づいてエアトラップ内に気泡が捕捉されたと判定した場合、前記電磁石を停止させるとともに前記超音波発生装置を作動させ、前記濃縮カラムを遮断し、前記脱塩水供給装置から前記脱塩水を逆流させるように前記第１の切換弁と前記第２の切換弁とを制御する
ことを特徴とする請求項２記載のオンライン型サンプル分析装置の前処理装置。
前記第１の切換弁及び前記第２の切換弁の少なくとも一方が六方弁であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のオンライン型サンプル分析装置の前処理装置。
制御部が、
サンプル濃縮時に、第１の切換弁と第２の切換弁とを経由して濃縮カラムにサンプル水が導通するように前記第１の切換弁と前記第２の切換弁とを制御し、
洗浄時に、前記濃縮カラムを遮断し、第１の切換弁と第２の切換弁とを経由して前記脱塩水供給装置から前記脱塩水を逆流させるように前記第１の切換弁と前記第２の切換弁とを制御することを特徴とするオンライン型サンプル分析装置の前処理装置の制御方法。