一種氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)，屬于輻射防護與環(huán)境保護領域。所述取樣系統(tǒng)中的過濾器通過取樣管與三通Ⅰ連接后分為兩路氣體，一路氣體經(jīng)過取樣管道依次與浮子流量計、質量流量計和取樣器連接，另一路氣體經(jīng)過取樣管道依次與浮子流量計、質量流量計、催化氧化床和取樣器連接，從取樣器出來的氣體經(jīng)過三通Ⅱ和泵連接后與尾氣排放管連接，取樣器放置于冷凝器中。本發(fā)明采用自循環(huán)冷卻的冷凝器在0℃以下對氣體快速冷凝，實現(xiàn)全氚的快速取樣。本發(fā)明的取樣系統(tǒng)既保證取樣空氣中全氚的完全冷凝捕集，又可在短時間內進行樣品的快速取樣，具有穩(wěn)定可靠、取樣效率高、取樣時間短、取樣量大的特點。
【專利說明】一種氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于輻射防護與環(huán)境保護【技術領域】，具體涉及一種氣體中全氚
快速取樣系統(tǒng)。適用于核電站、氚靶生產及中子發(fā)生器等生產場所在正常和事故工況下空氣中全氚的快速取樣，全氚包括氚氣(HT )和氚化水(HTO )。
【背景技術】
[0002]在核電站、氚靶生產、中子發(fā)生器生產等涉氚場所在正常和事故工況下都需要測量其工作間和煙囪每年排放的全氚量。目前，國內外電離室型測氚儀的靈敏度一般在IO5BqAi3左右，遠高于大多數(shù)氚操作場所排出的氚濃度。由于氚在空氣中主要以氚化水和氚氣的形態(tài)存在，在常溫、常壓、正常濕度下，大約60天左右會有一半HT轉化為ΗΤ0，而HTO的吸入危害是氣態(tài)氚的1.0X IO4倍，它還能通過皮膚吸收進入體內?；贖T和HTO的放射性危害，在輻射防護監(jiān)測中，全氚的取樣監(jiān)測日益受到重視。
[0003]目前，針對涉氚場所空氣中氚的取樣方法主要為“鼓泡法”，即放射性氣體通過有蒸餾水的洗氣瓶時發(fā)生鼓泡，空氣樣品中的HTO與水進行同位素交換。這種方法需要一周或數(shù)周的取樣時間，才能用液閃計數(shù)器測定鼓泡器收集的水中的氚含量，從而求得空氣中氚的平均濃度。“鼓泡法”取樣不僅所需時間較長，而且取樣流量很小，無法滿足工作時間短、樣品流速大時涉氚場所的全氚取樣。

【發(fā)明內容】

[0004]為了在短時間內盡可能多的獲取大量空氣中全氚樣品，滿足涉氚場所短時間操作對全氚取樣的要求，本發(fā)明提供一種氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)。采用本發(fā)明的取樣系統(tǒng)可以在數(shù)分鐘內獲得大量空氣中的全氚樣品，實現(xiàn)全氚樣品的快速取樣。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案如下:
本發(fā)明的一種氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)，其特征是，所述全氚取樣系統(tǒng)包括氣體取樣管道、與氣體取樣管道連接的過濾器、三通1、三通I1、浮子流量計1、浮子流量計I1、質量流量計1、質量流量計I1、催化氧化床、設置有四個端口的取樣器、冷凝器以及泵。其連接關系是，所述的過濾器通過管道與三通I連接，三通I通過管道分別與流量調節(jié)閥1、流量調節(jié)閥III的一端連接。所述的流量調節(jié)閥I的另一端依次通過管道與浮子流量計1、質量流量計1、流量調節(jié)閥I1、取樣頭I連接，取樣頭I與取樣器的一端口連接。所述的流量調節(jié)閥III的另一端依次通過管道與浮子流量計I1、質量流量計I1、催化氧化床、流量調節(jié)閥IV、取樣頭III連接，取樣頭III與取樣器另一端口連接。所述的取樣器另外兩個端口分別與取樣頭I1、取樣頭IV的一端連接，取樣頭I1、取樣頭IV的另一端分別通過管道與三通II的兩端連接，三通II的另一端通過管道與泵連接，泵通過氣管與尾氣排放管道連接，取樣器置于冷凝器內。
[0006]所述的取樣器的四個端口通過軟管分別與取樣頭1、取樣頭I1、取樣頭II1、取樣頭IV連接，其中取樣頭1、取樣頭III用于進氣端口取樣，取樣頭I1、取樣頭IV用于出氣端口取樣。
[0007]所述的過濾器為濾布過濾器。
[0008]所述的取樣器為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種。
[0009]所述的冷凝器為半導體冷阱、液氮冷阱中的任意一種。
[0010]所述的泵為真空泵。
[0011]所述的取樣頭1、取樣頭I1、取樣頭II1、取樣頭IV與取樣器之間采用軟管連接，所述管道均采用l/4inch的不銹鋼管道硬連接而成。
[0012]本發(fā)明的氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)的工作過程如下:
a.將取樣器置于冷凝器內，取樣器的四個端口通過軟管分別與取樣頭1、取樣頭I1、取樣頭II1、取樣頭IV連接，預先設置用于冷凝取樣器中氣體的冷凝器的溫度。
[0013]b.開啟催化氧化床，并對其進行溫度閾值設置，設置的溫度閾值應高于HT轉化為HTO的溫度，低于催化氧化床內催化劑失活的溫度。
[0014]c.當冷凝器和催化氧化床的溫度處于所設定的溫度時，依次首先開啟浮子流量計
1、浮子流量計I1、質量流量計1、質量流量計II，其次開啟泵，最后開啟流量調節(jié)閥1、流量調節(jié)閥II1、流量調節(jié)閥I1、流量調節(jié)閥IV，取樣系統(tǒng)實現(xiàn)全氚取樣。
[0015]d.浮子流量計1、浮子流量計II顯示經(jīng)過三通I的氣體瞬時流量值，調節(jié)流量調節(jié)閥1、流量調節(jié)閥III的流量，確保浮子流量計I和浮子流量計II上顯示的瞬時流量值大于其量程的2/3，且在3min之內無變化。
[0016]e.當浮子流量計1、浮子流量計II上所顯示的流量值為量程的1/3時，關泵，并記錄質量流量計1、質量流量計II上顯示的累積流量值，然后依次關閉流量調節(jié)閥1、流量調節(jié)閥II1、流量調節(jié)閥I1、流量調節(jié)閥IV，浮子流量計1、浮子流量計I1、質量流量計1、質量流量計II，最后關閉催化氧化床、冷凝器，同時，取下取樣器上的軟管，獲取取樣器內的液體并進行稱量，取樣系統(tǒng)終止對氣體取樣管道內的全氚取樣。
[0017]本發(fā)明的取樣方法是采用冷凝器快速冷凝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鼓泡法，待取空氣樣品在冰點以下的冷凝器中冷凝，通過取樣器來獲取冷凝樣品。取樣系統(tǒng)采用兩路取樣設計，待測氣體經(jīng)過三通后分為兩路，一路氣體進入取樣器中直接冷凝取樣，可收集全氚氣體中的ΗΤ0，另一路氣體通過催化氧化床將氣體中的HT氧化為ΗΤ0，然后可同時收集氧化前的HTO和氧化后的HTO (全氚)。由于冷凝器的工作溫度一般在冰點以下，取樣器內置于冷凝器內，因此，進入取樣器的樣品可迅速冷凝收集，達到快速收集的目的，同時通過流量調節(jié)閥對取樣流量進行調節(jié)，可收集不同流速下的全氚樣品。
[0018]本發(fā)明的一種氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)，采用冷凝法彌補了目前鼓泡法全氚取樣流速小、取樣量小的不足，不僅能夠在短時間內冷凝大量樣品進行取樣，而且能夠在取樣流速大時進行樣品取樣，減輕了全氚監(jiān)測取樣人員的勞動強度并提高了工作效率。
[0019]本發(fā)明的一種氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)，采用浮子流量計和質量流量計同時顯示取樣流速，在取樣的各個時刻不僅能顯示瞬時流量，而且能夠顯示累計流量，使全氚取樣人員能夠在各個時刻實時獲取流量數(shù)據(jù)，進行取樣過程取樣量的控制。
[0020]本發(fā)明的一種氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)中在氣體樣品進入系統(tǒng)前采用過濾器進行雜質過濾，可大大減少雜質的引入對系統(tǒng)取樣準確性和長期穩(wěn)定性的影響。本發(fā)明完全 滿足涉氚場所(核電站、氚靶生產、中子發(fā)生器生產等)空氣中全氚的快速取樣測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)的結構示意圖；
圖中:1.氣體取樣管道 2.過濾器 3.三通I 4.流量調節(jié)閥I 5.浮子流量計I 6.質量流量計I 7.流量調節(jié)閥II 8.冷凝器 9.取樣頭I 10.取樣器 11.取樣頭II 12.流量調節(jié)閥III 13.浮子流量計II 14.質量流量計II
15.催化氧化床 16.流量調節(jié)閥IV 17.取樣頭III 18.軟管 19.取樣頭IV
20.三通II 21.泵 22.尾氣排放管道。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0023]實施例1
圖1為本發(fā)明的氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)的結構示意圖。在圖1中，
本發(fā)明的一種氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)，包括氣體取樣管道1、與氣體取樣管道I連接的過濾器2、三通I 3、三通II 20、浮子流量計I 5、浮子流量計II 13、質量流量計I 6、質量流量計II 14、催化氧化床15、設置有四個端口的取樣器10、冷凝器8以及泵21。其連接關系是，所述的過濾器2通過管道與三通I 3連接，三通I 3通過管道分別與流量調節(jié)閥I 4、流量調節(jié)閥III 12的一端連接。所述的流量調節(jié)閥I 4的另一端依次通過管道與浮子流量計I 5、質量流量計I 6、流量調節(jié)閥II 7、取樣頭I 9連接，取樣頭I 9與取樣器10的一端口連接；所述的流量調節(jié)閥III 12的另一端依次通過管道與浮子流量計II 13、質量流量計
II14、催化氧化床15、流量調節(jié)閥IV 16、取樣頭III17連接，取樣頭III17與取樣器10另一端口連接。所述的取樣器10另外兩個端口分別與取樣頭II 11、取樣頭IV 19的一端連接，取樣頭II 11、取樣頭IV 19的另一端分別通過管道與三通II 20的兩端連接，三通II 20的另一端通過管道與泵21連接，泵21通過氣管與尾氣排放管道22連接，取樣器10置于冷凝器8內。
[0024]所述的取樣器10的四個端口通過軟管18分別與取樣頭I 9、取樣頭II 11、取樣頭
III17、取樣頭IV 19連接，其中取樣頭I 9、取樣頭III 17用于進氣端口取樣，取樣頭II 11、取樣頭IV 19用于出氣端口取樣。
[0025]所述的過濾器2為濾布過濾器。
[0026]所述的取樣器10為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種。
[0027]所述的冷凝器8為半導體冷阱、液氮冷阱中的任意一種。
[0028]所述的泵21為真空泵。
[0029]所述的取樣頭I 9、取樣頭II 11、取樣頭III 17、取樣頭IV 19與取樣器10之間采用
軟管連接，所述管道均采用l/4inch的不銹鋼管道硬連接而成。
[0030]本發(fā)明的氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)的工作流程是:
a.將取樣器10置于冷凝器8內，取樣器10的四個端口通過軟管18分別與取樣頭
I9、取樣頭II 11、取樣頭III17、取樣頭IV 19連接，預先設置用于冷凝取樣器10中氣體的冷凝器8的溫度。
[0031]b.開啟催化氧化床15，并對其進行溫度閾值設置，設置的溫度閾值應高于HT轉化為HTO的溫度，低于催化氧化床內催化劑失活的溫度。
[0032]c.當冷凝器8和催化氧化床15的溫度處于所設定的溫度時，依次首先開啟浮子流量計I 5、浮子流量計II 13、質量流量計I 6、質量流量計II 14,其次開啟泵21,最后開啟流量調節(jié)閥I 4、流量調節(jié)閥III12、流量調節(jié)閥II 7、流量調節(jié)閥IV 16，取樣系統(tǒng)實現(xiàn)全氚取樣。
[0033]d.浮子流量計I 5、浮子流量計II 13顯示經(jīng)過三通I 2的氣體瞬時流量值，調節(jié)流量調節(jié)閥I 4、流量調節(jié)閥III 12的流量，確保浮子流量計I 5和浮子流量計II 13上顯示的瞬時流量值大于其量程的2/3，且在3min之內無變化。
[0034]e.當浮子流量計I 5、浮子流量計II 13上所顯示的流量值為量程的1/3時，關泵21，并記錄質量流量計I 6、質量流量計II 14上顯示的累積流量值，然后依次關閉流量調節(jié)閥I 4、流量調節(jié)閥III 12、流量調節(jié)閥II 7、流量調節(jié)閥IV 16，浮子流量計I 5、浮子流量計II 13、質量流量計I 6、質量流量計II 14，最后關閉催化氧化床15、冷凝器8，同時，取下取樣器10上的軟管18，獲取取樣器10內的液體并進行稱量，取樣系統(tǒng)終止對氣體取樣管道內的全氚取樣。
[0035]本實施例中，所述的過濾器2為濾布過濾器，泵21為真空泵，取樣器10為石英玻璃蛇形冷凝器，冷凝器8為半導體冷阱。
[0036]圖1中取樣頭I 9、取樣頭II 11、取樣頭III 17和取樣頭IV 19與取樣器13連接的
軟管18用細線表示，其余管路連接均用粗線表示。
[0037]本發(fā)明的氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)由兩路取樣子系統(tǒng)構成，一路取樣子系統(tǒng)通過取樣器10直接收集全氚氣體中的ΗΤ0，另一路取樣子系統(tǒng)經(jīng)過催化氧化床15將全氚中的HT催化氧化為HTO后，再通過取樣器10收集全氚氣體(氧化前的HTO和氧化后的ΗΤ0)，從而達到收集氣體中全氚的目的。
[0038]本發(fā)明中的催化氧化床15能夠將氣體中的HT進行充分催化氧化轉化為ΗΤ0，解決了低濃度HT的取樣測量問題，提高了全氚取樣的取樣效率。本發(fā)明中的冷凝器8能夠在不同取樣流速下、不同取樣時間內對取樣器10中的液體樣品進行快速冷凝收集，有效解決了取樣流速大、取樣時間短時全氚樣品的快速取樣問題。
[0039]本發(fā)明中的取樣頭I 9和取樣頭III17分別為氣體取樣的進氣端取樣，取樣頭II 11和取樣頭IV 19分別為氣體取樣的尾氣出氣端取樣，分別通過軟管18與取樣器10的四個端口連接，通過泵21抽取取樣氣體管道I中的全氚氣體經(jīng)過濾器2、三通I 3分為兩路，一路氣體經(jīng)過流量調節(jié)閥I 4、浮子流量計I 5、質量流量計I 6、流量調節(jié)閥II 7、取樣頭I 9與取樣器10 —端連接；另一路氣體經(jīng)過流量調節(jié)閥III 12、浮子流量計II 13、質量流量計
II14、催化氧化床15、流量調節(jié)閥IV 16、取樣頭III 17與取樣器10另一端連接，全氚氣體經(jīng)過冷凝器8冷凝后在取樣器10中進行快速取樣。
[0040]本發(fā)明中的過濾器安裝在取樣氣體管道I上氣體絮流處，流量調節(jié)閥I 4和流量調節(jié)閥III12能夠通過浮子流量計I 5和浮子流量計II 13上顯示的瞬時流量調節(jié)控制實時流過管路中氣體的流量，該流量主要用來確保取樣器10對取樣氣體管道I內氣體樣品進行等速取樣。流量調節(jié)閥I 4和流量調節(jié)閥III12能夠通過質量流量計I 6和質量流量計II 14調節(jié)流經(jīng)管路的氣體的累計流量，該流量可用來計算所取全氚氣體的總體積。流量調節(jié)閥
II7和流量調節(jié)閥IV 16能夠根據(jù)取樣器10中冷凝樣品情況控制氣體樣品的進入。當取樣器10中所取冷凝樣品已達到飽和時可關閉流量調節(jié)閥II 7和流量調節(jié)閥IV 16，更換新的取樣器后再次開始取樣，這樣可以有效防止樣品冷凝過多而引起的取樣管路堵塞，同時泵21繼續(xù)運行而引發(fā)的故障問題，進一步提高氣體中全氚快速取樣的可靠性和穩(wěn)定性。
[0041]實施例2
本實施例與實施例1的結構相同，不同之處是，所述的冷凝器為液氮冷凝器。
[0042]實施例3
本實施例與實施例1的結構相同，不同之處是，所述的取樣器為石英玻璃直形冷凝器。
[0043]實施例4
本實施例與實施例1的結構相同，不同之處是，所述的取樣器為石英玻璃直形冷凝器，冷凝器8為液氮冷凝器。
【權利要求】
1.一種氣體中全氚快速取樣系統(tǒng)，其特征在于:所述全氚取樣系統(tǒng)包括氣體取樣管道(I)、與氣體取樣管道(I)連接的過濾器(2)、三通I (3)、三通II (20)、浮子流量計I (5)、浮子流量計II (13)、質量流量計I (6)、質量流量計II (14)、催化氧化床(15)、設置有四個端口的取樣器(10)、冷凝器(8)以及泵(21);其連接關系是，所述的過濾器(2)通過管道與三通I (3)連接，三通I (3)通過管道分別與流量調節(jié)閥I (4)、流量調節(jié)閥111(12)的一端連接；所述的流量調節(jié)閥I (4)的另一端依次通過管道與浮子流量計I (5)、質量流量計I(6)、流量調節(jié)閥II (7)、取樣頭I (9)連接，取樣頭I (9)與取樣器(10)的一端口連接；所述的流量調節(jié)閥III(12)的另一端依次通過管道與浮子流量計II (13)、質量流量計II (14)、催化氧化床(15)、流量調節(jié)閥IV (16)、取樣頭IIK17)連接，取樣頭IIK17)與取樣器(10)另一端口連接；所述的取樣器(10)另外兩個端口分別與取樣頭II (11 )、取樣頭IV (19)的一端連接，取樣頭II (11)、取樣頭IV (19)的另一端分別通過管道與三通II (20)的兩端連接，三通II (20)的另一端通過管道與泵(21)連接，泵(21)通過氣管與尾氣排放管道(22)連接，取樣器(10)置于冷凝器(8)內。
2.根據(jù)權利要求1所述的全氚快速取樣系統(tǒng)，其特征在于:所述的取樣器(10)的四個端口通過軟管(18)分別與取樣頭I (9)、取樣頭II (11)、取樣頭111(17)、取樣頭IV(19)連接，其中取樣頭I (9)、取樣頭111(17)用于進氣端口取樣，取樣頭II (11)、取樣頭IV(19)用于出氣端口取樣。
3.根據(jù)權利要求1所述的全氚快速取樣系統(tǒng)，其特征在于:所述的過濾器(2)為濾布過濾器。
4.根據(jù)權利要求1所述的全氚快速取樣系統(tǒng)，其特征在于:所述的取樣器(10)為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種。
5.根據(jù)權利要求1所述的全氚快速取樣系統(tǒng)，其特征在于:所述的冷凝器(8)為半導體冷阱、液氮冷阱中的任意一種。
6.根據(jù)權利要求1所述的全氚快速取樣系統(tǒng)，其特征在于:所述的泵(21)為真空泵。
7.根據(jù)權利要求1所述的全氚快速取樣系統(tǒng)，其特征在于:所述管道均采用l/4inch的不銹鋼管道硬連接而成。
【文檔編號】G01N1/10GK103728163SQ201410017673
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權日:2014年1月16日
【發(fā)明者】孟丹, 陳志林, 常瑞敏, 穆龍, 劉秀華, 吳冠銀, 賀月虹, 譚昭儀, 涂俊, 陳華 申請人:中國工程物理研究院核物理與化學研究所