一种放射性气体取样装置论文和设计-陈伟忠

全文摘要

本申请公开了一种放射性气体取样装置，包括取样管线、取样泵、取样容器以及具有至少4个工作口的多通阀，取样容器上且靠近进气口处安装有压力表，取样管线具有进气取样管线和出气取样管线，多通阀具有第一工作口、第二工作口、第三工作口和第四工作口；取样泵为隔膜真空泵，且其一端连接进气取样管线，另一端连接多通阀的第一工作口，取样容器的进气口连接第二工作口，取样容器的出气口连接第三工作口，第四工作口连接出气取样管线。本申请的取样装置，能够取样含有易爆气体的放射性气体，能够在取样前进行保压检测，在取样过程中实时监测取样情况，保障了取样环境的安全性，也增加了取样气体的样本可靠性。

主设计要求

1.一种放射性气体取样装置，其特征在于：包括取样管线、取样泵、取样容器以及具有至少4个工作口的多通阀，所述取样容器具有进气口和出气口，所述取样容器上且靠近其进气口处安装有压力表，所述取样管线具有进气取样管线和出气取样管线，所述多通阀具有第一工作口、第二工作口、第三工作口和第四工作口；所述取样泵为隔膜真空泵，且其一端连接所述进气取样管线，另一端连接所述多通阀的第一工作口，所述取样容器的进气口连接所述第二工作口，所述取样容器的出气口连接所述第三工作口，所述多通阀的第四工作口连接所述出气取样管线。

设计方案

2.如权利要求1所述的放射性气体取样装置，其特征在于：还包括第一快插接头和第二快插接头，所述进气取样管线通过所述第一快插接头与所述取样泵连接，所述出气取样管线通过所述第二快插接头与所述多通阀的第四工作口连接。

3.如权利要求2所述的放射性气体取样装置，其特征在于：所述第一快插接头与取样泵之间设有第一隔离阀，所述第二快插接头与多通阀的第四出口之间设有第二隔离阀。

4.如权利要求1所述的放射性气体取样装置，其特征在于：所述取样容器上的进气口和出气口处分别具有进气阀和出气阀，所述多通阀的第二工作口与取样容器的进气阀之间、第三工作口与取样容器的出气阀之间均设有容器快插接头。

5.如权利要求1所述的放射性气体取样装置，其特征在于：还包括外接电源插座、内置电源和整流器，所述取样泵通过电源线连接所述外接电源插座，所述内置电源与所述取样泵并联，所述外接电源插座处设有整流器，用于外接电源给内置电源充电时转换电流。

设计说明书

技术领域

本申请涉及核电监测技术领域，尤其涉及一种放射性气体取样装置。

背景技术

在核电站及相关核工业中，涉及核反应堆或与放射性介质接触的气体往往具有放射性，一回路冷却剂会采用氢气覆盖的模式来抑制水的辐照分解，提供一个还原性的氛围。这些含氢气的气体会被吹扫到TEG(废弃处理系统)、RPE(核电排气和疏水系统)等容器系统中，在前沿的核电技术设计中，为保证这些系统中的放射性气体不外泄，多数系统都采用了负压设计。但是为了确保万无一失，需要按照相关技术质量和工业安全要求，对这些气体进行取样检测。

当前气体取样方法主要分为在线取样和离线取样，在线取样管线冗长，且微负压的设计让管线中的气体流动性较差，测量仪器采取到具有代表性的气体样品耗时较长。离线取样距离容器较近，需借助取样装置将气体牵引至取样气瓶中，目前市场有一种放射性气体离线取样装置，采用取样气瓶为取样容器，该设计结构较为简单，在使用过程中会出现以下几个问题：

1)该取样装置在使用前，无法进行气密性保压检测，按照工业安全要求，取样装置用于放射性气体，在使用前应当确保仪器的密封性和可靠性，而该装置无法保证取样过程中的放射性气体不泄露，一旦存在泄漏隐患，该取样装置将严重威胁到工作人员的人身安全；

2)在使用过程中，该装置无法辨识出气体样品是否经过抽气泵抽入进了取样气瓶内部，若取样系统是负压设计，抽气泵在启动后未能真正地抽取气体，而工作人员又未发现该问题，那么取样气瓶中的气体可能不具有代表性，大大影响了后续检测分析结果；

3)该取样装置仅适于普通放射性气体的取样，不能取样含有易爆气体的放射性气体，在核电工业中具有较大的局限性。

发明内容

本申请提供一种放射性气体取样装置，能够在取样前进行气密性保压试验，在取样过程中辨识取样情况，且能够取样含易爆气体的放射性气体。

为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

一种放射性气体取样装置，包括取样管线、取样泵、取样容器以及具有至少4个工作口的多通阀，取样容器具有进气口和出气口，取样容器上且靠近进气口处安装有压力表，取样管线具有进气取样管线和出气取样管线，多通阀具有第一工作口、第二工作口、第三工作口和第四工作口；取样泵为隔膜真空泵，且其一端连接进气取样管线，另一端连接多通阀的第一工作口，取样容器的进气口连接第二工作口，取样容器的出气口连接第三工作口，多通阀的第四工作口连接出气取样管线。

进一步地，还包括第一快插接头和第二快插接头，进气取样管线通过第一快插接头与取样泵连接，出气取样管线通过第二快插接头与多通阀的第四开口连接。第一快插接头与取样泵之间设有第一隔离阀，第二快插接头与多通阀的第四出口之间设有第二隔离阀。

进一步地，取样容器上的进气口和出气口处分别具有进气阀和出气阀，多通阀的第二工作口与取样容器的进气阀之间、第三工作口与取样容器的出气阀之间均设有容器快插接头。

进一步地，还包括外接电源插座、内置电源和整流器，取样泵通过电源线连接外接电源插座，内置电源与取样泵并联，外接电源插座处设有整流器，用于外接电源给内置电源充电时转换电流。

本申请的有益效果是：

1)在气体取样之前，本取样装置可以进行保压检测，进气取样管线、取样泵、多通阀、取样容器、出气取样管线之间连接并形成一条完整的密闭回路，取样容器的进气口处安装有压力表，关闭第一隔离阀和第二隔离阀后，可以通过压力表观察数值变化，进行气密性保压检测，预防性检测，该方式避免在气体取样时，工作人员受到装置泄露出的放射性气体的危害；

2)在气体取样过程中，可以通过观察压力表，判断气体样品的取样实况，即能够帮助工作人员判断样品是否已进入取样容器内，并是否达到需求量；

3)通过将多通阀的多个工作口之间的连接和切换连接，使得本取样装置能够实现气密性保压检测、取样管线吹扫、取样容器吹扫及气体取样、旁路更换取样容器、氮气吹扫消除放射性气体等功能，这些功能去除了其他气体的影响因素，显著提高取样气体的样本价值；

4)取样泵采用隔膜真空泵，具有防爆功能，使得取样装置能够采集含有易爆气体的放射性气体，大大扩大了其在核工业领域的应用范围。

附图说明

图1为一种放射性气体取样装置的结构示意图；

图2为一种放射性气体取样装置连接取样系统出气口和回气口前的结构示意图；

图3为一种放射性气体取样装置移除上盖后的立体图；

图4为取样泵供电的电路图；

图5为多通阀的第一工作口与第二工作口连接、第三工作口与第四工作口连接的结构示意图；

图6为多通阀的第一工作口与第四工作口连接、第二工作口与第三工作口连接的结构示意图；

图7为一种放射性气体取样装置的取样方法的流程图。

具体实施方式

在ERP核电站中，采用离线取样装置对放射性气体进行取样检测更为灵活、方便一些，离线取样装置主要分两类，第一类是以气囊为代表，用于正压气体取样，通过取样系统自身的压力将气体压入气囊当中，但是由于有些取样系统采用负压设计，气囊无法对负压取样，而且气囊若有细微破口，难以察觉出来，这就会使放射性气体泄露到环境中，生产环境风险增加。第二类就是以取样气瓶为代表，目前该设计只是简单地通过抽气泵带动取样的气体进入取样气瓶内，但是也会产生一些严重的问题。

本申请的一种放射性气体取样装置，能够在正压或负压的环境下，离线采集含氢气在内的易爆气体的放射性气体，并且在取样前能够进行气密性保压检测，保证整个装置密封无气体泄漏风险，在取样过程中实时监测取样气体的情况，保证取样气体具有样本价值，在取样后对整个取样装置吹扫，防止残留气体影响下一次的检测。

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

一种放射性气体取样装置，包括取样泵1、取样管线2、取样容器3以及具有至少4个工作口的多通阀4，取样泵1为隔膜真空泵，在易燃易爆的环境中具有防爆功能，其工作时无热量产生也不会产生火花。取样容器3具有进气口和出气口，取样容器上且靠近其进气口处安装有压力表31，用于显示取样容器或整个取样装置的气体压力值。取样管线2包括进气取样管线21和出气取样管线22。多通阀4具有第一工作口41、第二工作口42、第三工作口43和第四工作口44。取样泵1的一端连接进气取样管线21，另一端连接多通阀4的第一工作口41，取样容器3的进气口连接第二工作口42，取样容器3的出气口连接第三工作口43，第四工作口44连接了出气取样管线22。

取样容器的主要作用是装载放射性气体样品，并将放射性气体样品传输至测量仪器中，本实施方式采用不锈钢制的钢瓶，密封性好，避免放射性气体外泄对取样人员造成内照射。取样管线采用不锈钢编织软管，该软管足够柔软，耐压性好，该材质不与样品气体发生反应或释放污染样品气体的杂质。多通阀采用四通阀，各个工作口连接和切换使得该装置具有多种使用方法。其他实施方式中，取样容器、取样管线和多通阀可以为其他材质或类型。

一种放射性气体取样装置，还包括第一快插接头51和第二快插接头52，第一快插接头51和第二快插接头52固定设置在取样装置的侧边，进气取样管线21通过第一快插接头51与取样泵1连接，进气取样管线21的一头具有插针，第一快插接头51上具有插槽，两者可以快速连接并配对。同样地，出气取样管线22通过第二快插接头52与多通阀4的第四出口44连接，出气取样管线22的一头具有插针，第二快接插头52上具有插槽，两者可以快速连接并配对。如图2所示，两条取样管线2的另一头也具有插针，上游的取样系统的出气阀门a和回气阀门b附近均具有快插接头的插槽，所以进气取样管线21一端可以连接在第一快插接头上，另一端可以连接在取样系统的出气阀门a附近的快插接头上；出气取样管线22一端可以连接在第二快插接头52上，另一端可以连接在取样系统的回气阀门b附近的快插接头上。该装置可以根据实际情况运用不同长度的取样管线，连接上游的取样系统。不需要气体取样时，可以将两条取样管线从第一快插接头和第二快插接头上拔下，放置在取样装置内或挂置在取样装置的侧边。快插接头能够快速拔出和装插，连接起来快速且方便，且本实施方式中的快插接头都带有自闭锁功能，防止气体释放到环境中。

本实施方式还具有第一隔离阀61和第二隔离阀62，第一隔离阀61连接在第一快插接头51和取样泵1之间，第二隔离阀62连接在第二快插接头52和多通阀的第四出口44之间。当取样泵1不需要再往取样装置内抽气体时，可以关闭第一隔离阀61和第二隔离阀62，使得整个取样装置与外界隔离。而且内部充有气体，可以通过查看取样容器上的压力表31的数值是否有变化，来判断装置内的气密性，间隔一定时间后若压力表31的数值若无变化，则整个装置气密性良好，不会泄露气体；若有变化，则气密性差，会泄露气体，需要对整个取样装置进行逐一排查。

取样容器3的进气口和出气口上分别具有进气阀32和出气阀33，进气阀32和出气阀33均连接在取样容器3上，多通阀4的第二工作口42与取样容器的进气阀32之间设有容器快插接头34，多通阀4的第三工作口43与取样容器的出口阀33之间也设有容器快插接头34，两个容器快插接头用于断开取样容器3与整个取样装置的连接，便于取下取样容器3，以便进行后续的取样气体分析操作。

一种放射性气体取样装置，还包括外接电源插座71、内置电源72和整流器73，取样泵1通过电源线74连接外接电源插座，内置电源72与所述取样泵1并联，如图4所示，内置电源72旁串联了内置电源开关721，用于控制内置电源72的电源输出，本实施方式中内置电源为蓄电池，当然也可以为其他能够提供电力的装置。本实施方式中还具有供电开关75、指示灯76，供电开关75连接在内置电源72和取样泵1之间，指示灯76在供电开关75后并且与取样泵1并联，从指示灯76可以取样泵1是否有被供电。取样泵1的供电方式：1)由外接电源供电时，断开内置电源开关721，将外接电源插座71接入外接电源，打开供电开关75，指示灯76亮起，同时启动了取样泵1；2)由内置电源72供电时，外接电源插座71不接入外接电源，打开内置电源开关721和供电开关75，指示灯亮76起，同时启动取样泵1，该方式保证该取样装置能够在没有外接电源的情况，能够移动位置尽量靠近取样系统进行气体取样，取样方式更加灵活。本取样装置在外接电源插座71处设有整流器73，当内置电源72没电的情况下，可以由外接电源给内置电源72充电，操作如下：断开供电开关75，打开内置电源开关721，外接电源插座71接入外接电源，即可实现外接电源给内置电源充电，期间由整流器将外接电源的交流电转换为蓄电池所需的直流电。

为了保护工作人员不被放射性气体辐射，将该取样装置放置于一个不锈钢制的取样箱中，具有上盖的不锈钢取样箱能够形成屏障保护，同时取样装置整体大小和重量适中，便于灵活搬运取样箱。为了取样箱的灵活运输，可以将取样箱放置在便携推车上，便携推车上具有外向轮、固定卡件和把手等。

一种放射性取样装置的取样方法，包括以下步骤：

S100：保压检测

将取样管线2中的进气取样管线21、出气取样管线22分别与保压检测气体瓶的出气口、回气口连接，保压检测气体瓶在本实施方式中为氮气瓶，当然也可以为其他不影响取样气体以及不与易爆气体反应的气体。如图5所示，将多通阀的第一工作口41和第二工作口42连接，第三工作口43和第四工作口44连接，启动取样泵1，取样泵1充压至压力表31的预定压力值，本实施方式预定压力值为1bar，当达到该预定压力值后，关闭取样泵1、第一隔离阀61和第二隔离阀62，记录压力值，12个小时后观察压力表31上的压力值是否变化，若无变化说明设备气密性好，可正常使用；如有变化，需查找原因，严禁直接对放射性气体取样。

上述过程中，到达预定压力值之前，取样容器3的进气阀和出气阀、取样装置的第一隔离阀61和第二隔离阀62都需要保持开启状态，保证整个装置的管路畅通。

S200：取样管线吹扫

待保压检测合格后，将进气取样管21连接取样系统的出气口，出气取样管连接22取样系统的回气口，如图6所示，将多通阀的第一工作口41和第四工作口44连接，第二工作口42与第三工作口43连接，打开取样系统的出气阀门a和回气阀门b，启动取样泵1，进行取样管线吹扫，保证进气取样管线21和出气取样管线22充满具有代表性的取样气体，使其不会影响取样气体的样本。取样管线吹扫完成后关闭取样泵1，并将多通阀的第一工作口41和第二工作口42连接，第三工作口43和第四工作口44连接，为后续气体取样做准备。

这一个步骤需要切换多通阀的工作口连接方式，主要还是为了去除取样管线内部的其他气体，保障后续气体取样的样本可靠性。当然也可以不需要这个步骤，保压测试后，直接进行气体取样步骤。

S300：气体取样

启动取样泵1，多通阀4的连接方式如图5所示，取样气体开始吹扫取样容器3，使得取样容器3内充满代表性样品，也使得整个装置内充满取样气体的样品，这时候可以关闭取样容器的出口阀33，使得样品截留在取样容器内，为了更好地取样，本实施方式中，取样容器持续增压至2.5bar时，然后关闭取样容器的进口阀32，以此完成气体取样。

本步骤完成后，关闭取样泵1，关闭上游的取样系统的出气阀门a和回气阀门b，使得取样系统不再输出放射性气体。

S400：取下取样容器

待气体取样完成后，需要关闭所述取样容器的进气阀32和出气阀33，如图6所示，将多通阀的第一工作口41和第四工作口44连接、第二工作口42和第三工作口43连接，然后断开两个容器快插接头34，将所述取样容器3取下，运送到检测系统或直接连接到检测系统，进行分析操作。

本步骤中，将多通阀的第一工作口和第四工作口相连，主要作用是：在关闭取样容器的进气阀和出气阀后，取样泵到多通阀第一工作口的管路之间还具有2.5bar左右的压力值，这时候将多通阀的第一工作口连接到第四工作口上，可以对这段管路进行泄压，避免长时间高气压停留以致损坏取样泵。

其次，将第一工作口和第四工作口相连，切断了取样气体前往第三工作口和第四工作口之间的管路的通道，在断开容器快插接头时，若容器快插接头的自闭锁功能在装置使用过程中损坏，导致其不能阻挡取样气体漏出，那么接头处会释放出大量的放射性气体，严重威胁取样人员的人身安全，所以转换工作口的连接方式也可以提高取样过程中的安全性。

S500：取样装置吹扫

待所述分析操作完成后，将所述取样容器3装回取样装置内，如图5所示，将所述多通阀的第一工作口41和第二工作口42相连、第三工作口43和第四工作口44相连，并将所述取样进气管线21、取样出气管线22分别与氮气瓶的出气口和回气口连接，对整个所述取样装置进行吹扫。置换出放射性气体样品至放射性通风橱中，关闭取样泵1，待下次使用。

本实施方式中，取样管线、取样泵、取样容器之间通过具有至少4个工作口的多通阀连接在一起，取样容器的进气口处安装有压力表，当第一工作口和第二工作口相连、第三工作口和第四工作口相连时，形成一条完整的回路，该回路能够进行保压检测、气体取样、取样装置吹扫等程序步骤；当第一工作口和第四工作口相连、第二工作口和第三工作口相连时，取样装置形成两个回路，进气取样管线、取样泵、多通阀的第一工作口及第四工作口、出气取样管线这个回路可以对取样管线进行吹扫，去除取样管线内的妨碍气体，第二工作口、取样容器、第三工作口这条回路时，便于将取样容器取下，并且尽量减少放射性气体的泄露。

本申请的放射性气体取样装置，能通过多通阀实现气密性保压检测、取样管线吹扫、取样容器吹扫及气体取样、旁路更换取样容器、氮气吹扫消除放射性气体功能，而且在气体取样过程中，通过压力表可实时观察到取样容器中的气体压力，实现辨识取样代表性的可视化功能。另一方面，隔膜真空泵作为取样泵，使得取样装置能够采集含易爆气体的在内的放射性气体，大大扩大了放射性气体取样监测、检测的应用。

本申请的取样装置，一定程度上提供了安全系数较高的取样环境，降低取样人员受到放射性气体内照射的风险。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

设计图

一种放射性气体取样装置论文和设计

一种放射性气体取样装置论文和设计-陈伟忠

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主设计要求

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设计说明书

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