一种适用于密闭空间火灾条件下的气溶胶采样预处理系统技术方案

本发明专利技术提供一种适用于密闭空间火灾条件下的气溶胶采样预处理系统，包括取样器、设置在辅助支持台架上的电加热烘箱、温控仪、冷凝器、干燥管和流量计、设置在取样器端部取样管、设置在电加热烘箱内的气溶胶滞留装置，取样管的端部穿过电加热烘箱和气溶胶滞留装置后与冷凝器器连接，冷凝器的出口与干燥管连接，干燥管的端部与流量计连接，在取样器端部与辅助支持台架之间的取样管上缠绕有加热带。本发明专利技术能进行有效、可控、安全的取样，同时使样品气体满足气溶胶测量仪器的测量条件。满足气溶胶测量仪器的测量条件。满足气溶胶测量仪器的测量条件。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于密闭空间火灾条件下的气溶胶采样预处理系统


[0001]本专利技术涉及一种适用于密闭空间火灾条件下的气溶胶采样预处理系统，主要用于开展核设施火灾条件下的气溶胶实验，同时本专利技术也适用于气溶胶(粉尘)相关实验的取样测量。

技术介绍

[0002]乏燃料后处理是实现核燃料闭合循环的关键步骤，它能充分利用铀资源、安全妥善管理放射性废物，对于核能的可持续发展具有重要意义。火灾是威胁乏燃料后处理厂正常运行的重要安全隐患，环保部最新发布的《乏燃料后处理设施安全要求》试行版中，对火灾事故下的放射性源项控制提出了明确要求，通风系统的设计需要充分考虑火灾事故下的放射性源项控制能力。目前国际上和国内运行的乏燃料后处理厂普遍采用PUREX流程，主要包括切割、溶解、分离收集及固化等工艺流程。其中共去污与钚纯化是PUREX流程中的关键环节，主要利用磷酸三丁酯(TBP)/稀释剂通过溶剂萃取法从乏燃料溶解液中回收钚和铀。萃取剂作为一种易燃有机溶剂，当出现泄漏并遇明火或高温时，容易发生燃烧进而引起火灾，并有可能经由通风系统蔓延至其他工艺隔间，造成火灾事故的进一步扩大。火灾条件下工艺隔间内由于温度升高而呈现正压环境，气空间中含有大量放射性碳烟类气溶胶、有机溶剂小液滴以及有机物燃烧产生的水蒸汽，火灾燃烧产生的碳烟类放射性气溶胶，在火焰羽流的携带作用以及空间温度场的驱动下，会发生宏观迁移运动，同时受到惯性力和热泳力的作用，这些气溶胶还可能沉降在墙体壁面上，从而导致气空间中的气溶胶浓度水平呈现一定的分布规律。准确掌握火灾条件下的气溶胶参数及浓度分布对于通风过滤系统设计至关重要，对此开展深入的基础研究，有助于提升乏燃料后处理厂通风系统对火灾事故的应对能力。
[0003]气空间气溶胶浓度测量主要依赖于专用的采样预处理及测量系统，国内外对于气溶胶取样器的研究开始于上个世纪40、50年代。早期针对气溶胶取样器进行研究主要是为了采集大气中人体可吸入的气溶胶，如K.R.MAY的设计，此类取样器的原理及外观类似化工上所用的洗气瓶，只能针对常温常压的大气环境进行取样，且取样效率随取样流量的变化有很大的波动，并且用液体对大气中的气溶胶进行捕获，无法进行精确的测量。后来，Abraham Koblin和Baltimore专利技术了一种气溶胶取样器，专利号US 3001402，针对主要由液体化合物或自然界中的有机化合物产生的蒸汽中的有机气溶胶，该取样器也是用液体来捕获可溶性的有机气溶胶，但是无法控制取样过程中因冷凝造成的损失，且无法在较大的取样流量下进行取样。Benjamin Y.H.Liu和Kenneth T.Whitby专利技术了一种两级静电气溶胶采样器，专利号US 3520172，该取样器主要通过离子脉冲使气溶胶带电，然后让带电的气溶胶通过电场，发生定向移动，最后被收集面捕获。该取样器可以很好的避免气溶胶损失，但是由于气溶胶粒径大小不一，速度不同，所以所需的电场范围以及收集面大小很难控制，且该取样器无法用于蒸汽取样。A.KHLYSTOV、G.P.WYERS和J.SLANINA设计了一种依靠蒸汽喷射带走空气中的气溶胶，然后将含气溶胶的蒸汽进行冷凝，对凝液中的气溶胶进行测量的取
样方式，该取样方式需要多级的蒸汽喷射才能确保气溶胶绝大部分被蒸汽携带，因此结构复杂，此外蒸汽的凝液可能会附着在一些设备的壁面，造成取样损失，无法保证取样精度。中国辐射防护研究院针对气溶胶取样管道中粒子损失进行了实验研究，当取样气体湍流程度越强，气溶胶的损失越大，因此在大取样流量下，如何避免气溶胶损失是一个难点。徐月、付嫚等人专利技术了一种适用于高温高压高湿管路环境的气溶胶采样装置，专利号CN 201935838 U，该装置采用迎流取样的方式，针对存在气流流动的管路内的气溶胶采用，阀门在取样上游控制取样流量，阀门作为节流复杂装置，会造成气溶胶的滞留损失，而且该装置整体有较高的耐压要求，提高了装置的整体加工要求，而且其尾气排放过程是一个带压气体的喷放过程，具有一定的危险性。综上所述，针对密闭空间火灾条件下，不同取样流量下，对气溶胶进行无损取样一直是一个工程难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了能够对密闭火灾空间这样一个复杂热工环境中的气溶胶进行有效、可控、安全的取样，同时使样品气体满足气溶胶测量仪器的测量条件。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：包括取样器、设置在辅助支持台架上的电加热烘箱、温控仪、冷凝器、干燥管和流量计、设置在取样器端部取样管、设置在电加热烘箱内的气溶胶滞留装置，取样管的端部穿过电加热烘箱和气溶胶滞留装置后与冷凝器器连接，冷凝器的出口与干燥管连接，干燥管的端部与流量计连接，在取样器端部与辅助支持台架之间的取样管上缠绕有加热带。
[0006]本专利技术还包括这样一些结构特征：
[0007]1.所述取样器包括相互连接的锥形入口段、圆柱形主腔室和出口段、设置在圆柱形主腔室下方的旁通回路，取样管设置在圆柱形主腔室中间位置且端部穿出出口段。
[0008]2.旁通回路包括与主腔室连通的旁通管、设置在旁通管端部的微型过滤器、设置在微型过滤器内的金属纤维毡、设置在微型过滤器下端的调节阀。
[0009]3.所述冷凝器包括设置在冷却水箱、循环水泵、冷凝管，所述冷凝管与冷却水箱侧壁外管相连，循环水泵置于冷却水箱中，将水箱中的冷却水泵入冷凝管中，实现冷却水的循环，在冷凝管的底部设置带刻度的凝液收集装置。
[0010]4.所述干燥管包括圆柱形透明塑料容器、球形分子筛、变色硅胶，球形分子筛和变色硅胶分别填充于圆柱形透明塑料容器，其中变色硅胶填充于出口处。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术结构简单，布局紧凑，占用空间小。通过合理的取样器结构设计优化，采用取样器对样品气体进行降压限流，同时实现了取样时避免样品气体中气溶胶的损失，保证了样品的真实性和有效性。通过不同装置的串联布置，实现了对密闭空间火灾条件中的气溶胶进行有效、可控、安全的取样目的。
附图说明
[0012]图1为气溶胶取样预处理系统的整体结构图。
[0013]图2为取样器的横截面图。
[0014]图3为冷凝器的横截面图。
[0015]图4为冷凝管结构图。
[0016]图5为干燥管结构图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。
[0018]本专利技术的系统主要由取样器1.1、气溶胶滞留装置1.2、电加热烘箱1.3、冷凝器1.4、干燥管1.5流量计1.6和温控系统1.71、1.72组成。各部件采用由高压向低压、由高温向低温的策略串联布置。
[0019]所述的取样器1.1包括锥形入口段1.11、圆柱形主腔室1.12、旁通管1.13、微型过滤器1.14、金属纤维毡1.15、出口段1.16和调节阀1.17。所述的锥形入口段1.11为特定尺寸的结构设计，该结构采用优化设计的孔口尺寸、锥角及整体长度。特定的孔口设计能够保证上游气流在孔口处形成临界流动，一方面在下游取样环境压力改变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于密闭空间火灾条件下的气溶胶采样预处理系统，其特征在于：包括取样器、设置在辅助支持台架上的电加热烘箱、温控仪、冷凝器、干燥管和流量计、设置在取样器端部取样管、设置在电加热烘箱内的气溶胶滞留装置，取样管的端部穿过电加热烘箱和气溶胶滞留装置后与冷凝器器连接，冷凝器的出口与干燥管连接，干燥管的端部与流量计连接，在取样器端部与辅助支持台架之间的取样管上缠绕有加热带。2.根据权利要求1所述的一种适用于密闭空间火灾条件下的气溶胶采样预处理系统，其特征在于：所述取样器包括相互连接的锥形入口段、圆柱形主腔室和出口段、设置在圆柱形主腔室下方的旁通回路，取样管设置在圆柱形主腔室中间位置且端部穿出出口段。3.根据权利要求2所述的一种适用于密闭空间火灾条件下的气溶胶采样预处理系统，其特征在于：旁通回路包括与主腔室连通的旁通管、设置在旁通管端部的微型过滤器、设置在微型过滤器内的金属纤维毡...

【专利技术属性】
技术研发人员：周艳民，杨敬豪，谷海峰，马钎朝，孙中宁，阎昌琪，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：