专利名称：一种可在线加碘的碘蒸气配送装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种碘蒸气的产生与配送装置。
背景技术：
安全壳过滤排放系统是为了确保安全壳的完整性而设置的一套系统，当发生堆芯熔毁的严重事故时,安全壳过滤排放系统将通过主动卸压的方式将安全壳内的气体进行洗涤和过滤后排放到环境中，以达到防止安全壳超压，尽可能的减少释放到环境中放射性物质及降低公众承受事故辐照剂量的目的。1311作为其中一种裂变产物，很容易从有缺陷的燃料元件中泄漏出来，有很强的放射性，其释放到环境中的量一直被用作度量事故严重程度的标准，为降低严重事故的后果，需将安全壳内的放射碘通过过滤排放系统去除，因此过滤排放系统对碘的去除性能是验证其可靠性和安全性的一项必要工作。碘在常温下为固体，在反应堆发生严重事故时，产生的碘主要以气态形式存在于安全壳内，随着事故的进行，安全壳内压力逐渐升高，当压力高于理论限值(0.45MPa)时启动过滤排放系统进行排放卸压，过滤排放系统的自主运行时间不小于24小时，因此为模拟事故工况下安全壳内的大气环境以验证过滤排放系统的性能，需要向过滤排放系统的实验回路长时间(24h以上)稳定连续提供一定浓度的高压碘蒸气，这就需要一套能提供一定浓度高压碘蒸气的装置。目前常规的方法是使用高纯度氮气与一定量的碘混合配制成所需浓度的碘蒸气，然后由高压钢瓶存储，输送至用气环境，此方法可以提供连续、浓度比较稳定的碘蒸气，但该方法却存在较大不足:首先工序复杂，制备和存储碘蒸气的成本过高；其次，由于钢瓶充装气体有限，长时间连续使用需要准备多个钢瓶备用，并且钢瓶更换频繁，因此该方法不适合长时间连续使用。除此之外，目前国内外对碘蒸气的发生装置已有一定的研制成果。在专利申请号为9827605.7,98237990.0及02209679.5的专利文件中公开了一种采用电阻丝加热的碘蒸气发生装置，其特点是以氦气为载气，采用电阻丝加热将固体碘加热至熔融状态，用鼓泡法携带产生的碘蒸气，以备使用；在专利申请号为200710158294.0的专利文件中也公开了一种快速连续供碘装置，以系统框图的形式来描述所述供碘装置，但未对碘发生器的结构做任何描述，且以上所述几种供碘装置都是针对氧碘激光器设计的，这种碘蒸气发生装置特点是瞬时供碘量大，不能长时间连续工作，无法保证过滤排放系统实验回路所要求的长时间(24小时)连续工作的要求；另外，以冷的氦气作为载气，氦气盘管在加热电阻丝的正上方，若加热不充分，冷的氦气会扰动发生器内的温度，打破碘发生器内所建立的动态平衡过程，从而影响碘发生器的性能，造成碘出口浓度的不稳定；最后，所述碘蒸气发生器采用法兰连接，体积和重量较大，拆卸不便。在专利申请号为201020132053.6的专利文件中公开了一种碘蒸气的配置装置，所述的碘蒸气发生装置采用加热带加热的方法，以氮气为载气将产生的碘蒸气携带至预定的带压系统，但该装置未描述载气与碘蒸气的混合过程，也没有提及在线加碘这一方法，无法确定在连续运行过程中配送装置的工作状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于长时间连续稳定的能够在线加碘的可在线加碘的碘蒸气配送装置。本发明的可在线加碘的碘蒸气配送装置由碘蒸气发生系统、载气预热系统、在线加碘系统以及连接所述各系统的管道和阀门组成；所述载气预热系统包括空气压缩机25、储气瓶24、螺旋管3和第一水浴19，空气压缩机25与储气瓶24连接，储气瓶24与螺旋管3的一端连接，螺旋管3的另一端与三通阀4的一端连接，螺旋管3置于第一水浴19中；所述碘蒸气发生系统包括碘池13、上均气板14、载气管15、下均气板16、载气扩散喷头18、第二水浴20，上均气板14、下均气板16分别设置于碘池13内部的上部与下部，载气扩散喷头18位于下均气板16的下部并与载气管15连接，碘池13置于第二水浴20中，碘池13的上部带有出气管21，上均气板14和下均气板16上分布有若干个圆孔；所述在线加碘系统包括加料斗8、球形阀10、进料管11，球形阀10设置于加料斗8与进料管11之间，进料管11连接于碘池13的底部，料斗8的上部连接平衡气管5 ；所述三通阀4的另外两端分别与所述载气管15和所述平衡气管5连接。本发明的可在线加碘的碘蒸气配送装置还可以包括:1、所述加料斗8上设置排气阀6。2、下均气板16上的所述圆孔位于靠近中心的不同直径的圆周上。3、上均气板14上的所述圆位于靠近外围的不同直径的圆周上。4、加料斗8由上下两部分组成的，上下两部分之间由快速接头7连接。本发明为安全壳过滤排放系统性能实验，提供了一种经济可靠、能满足不同工况连续运行要求的碘蒸气配送系统。本发明的装置同样适用于化工等其他领域需要长时间连续供碘的系统。本发明可实现的有益效果包括:1、能够实现碘蒸气的长时间连续稳定供给，保证系统出口碘蒸气浓度稳定。2、能够满足多种浓度的碘蒸气的配送要求，且可在较大的范围内进行浓度调整。3、能够在线加碘，可减少初始装碘量，从而使碘蒸气发生装置体积和重量减小，满足碘蒸气发生装置小型化的要求。4、采用水浴加热可以精确控制载气和碘池内部的温度，不需加保温材料。
图1是本发明的整体结构示意图。图2是碘蒸气发生装置的整体结构和内部混合气体流动示意及加料装置示意图。图3(a)是上均气孔板的局部放大图；图3(b)是下均气孔板的局部放大图。图4(a)是载气扩散喷头的局部放大图；图4(b)是图4(a)的仰视图。
具体实施例方式下面参照附图对本发明作进一步说明
如图1所示，一种可在线加碘的碘蒸气配送装置，是由碘蒸气发生系统、载气预热系统、在线加碘系统以及连接各个装置的管道和阀门组成。空气压缩机25与储气瓶24连接，储气瓶出口与流量计26连接，流量计26与针型阀I连接，螺旋管3 —端和针型阀I连接，另一端和三通阀4连接，三通阀的另外两端分别与进气管15和平衡气管5连接，进气管15的另一端连接的是碘蒸气发生装置，而平衡气管5的另一端连接的是加料系统。系统运行前，空气压缩机25运行使储气瓶24内存储一定压力的压缩气体，同时将水浴19和水浴20的温度设定到所需值，当温度达到设定值时，水浴自动停止加热。系统正常运行时，干燥的压缩空气载气通过针型阀I调节流量后进入螺旋管3被加热到所需温度，通过三通阀4和进气管15进入碘池13内部，载气通过扩散喷头18形成径向辐射气流，与产生的碘蒸气混合，混合气经扩散喷头18和碘池13之间的环形间隙向上流动依次经过下均气孔版16和上均气孔版14后由出气管21和针型阀22调节进入用碘系统。图2所示为碘蒸气发生装置的碘池13及加料系统的结构示意图，碘蒸气发生装置的碘池13为立式罐体，圆柱形空腔，其顶部焊接有进气管15、出气管21、压力表9和热电偶12。碘池13并非一体的，而是分为上下两部分，中间用快速接头17连接，以在检修时方便拆卸。进气管15通过立式罐体13顶部进入立式罐体内，并依次穿过上均气板14和下均气板16，其末端与扩散喷头18焊接在一起，并保持扩散喷头和碘池13底部留有一定的间隙，以便给所加的碘颗粒留有一定的空间。上均气板14和下均气板16通过其外圆周与碘池内壁焊接，在上均气板14的外围不同直径的圆周上均匀的分布有若干个圆孔，下均气板16在靠近中心处的不同直径的圆周上均匀的分布有若干个圆孔，如图3(a)-(b)所示。加料系统中的平衡气管5下部通过焊接固定在加料斗8的顶部，用以平衡加料时碘池内部的压力。加料斗8分为上下两部分，中间用快速接头7连接，以便在加料时，方便拆卸，缩短加料时间。在加料斗8的顶部还连接有一排气管，在排气管上有一排气阀6，用以排除加料后加料管内残存的气体。加料斗8的下半部分通过管线与球形阀10连接，之后球形阀10与加料管11连接，加料管11与碘池13的下部焊接在一起，且加料管口应低于扩散喷头18，以免加碘时碘颗粒被环形间隙阻塞。碘蒸气发生装置工作之前，需通过加料装置向碘池13内加入一定量的碘颗粒作为生产碘蒸气的原料，在初始加碘时不需要平衡气源，因为加料斗8和碘池13内部均为常压，碘颗粒可以依靠重力进入碘池内部，所加碘颗粒的最大量应保证其高度不淹没扩散喷头18，以免堵死扩散喷头上的圆孔。扩散喷头18为半圆弧形的，在其表面分布着若干个圆孔，这样可以使载气通过时呈辐射状的，其结构示意图如图4(a)-(b)所示。随着产生的碘蒸气越来越多的被带走，碘池内的碘量越来越少，当碘量少到一定程度后，载气携带的碘蒸气已不能满足用碘系统所要求的碘量，此时需要通过加料装置向碘池内加碘。加碘时，先打开快速接头7，向加料斗8内加入一定量的碘，将快速接头7迅速拧紧，然后在将三通阀4切换至平衡气管5的同时，打开球阀10，由于碘池13内部停止供气，因此此时加料斗8内的压力大于碘池内部，所加的碘可以顺利进入碘池13的内部。当加料结束后，迅速关闭球阀10，将三通阀4切换至进气管15，则碘蒸气发生器又重新开始工作，此时在加料管线11和加料斗8内部残存有一部分气体，打开排气阀6，排除这些气体即可。本发明的碘蒸气发生系统是由碘池13、上均气板14、载气管15、下均气板16、快速接头17、载气扩散喷头18、精密压力表9、热电偶12、控温水浴20组成，目的在于碘蒸气长时间连续稳定的供给。
碘蒸汽的产量与碘池13内部的温度和压力有关，在温度和压力固定时，碘池13内碘的升华和凝华会达到一个动态平衡过程，因此当碘池13内部的温度和压力保持不变时，碘池13内部单位时间内产生的碘蒸气的量是一定的，载气量与携带的碘蒸气量存在以下关系。初始载气携带的碘蒸气量随载气流量的增大而增大，这是因为在这个阶段单位时间载气携带的碘蒸气量小于碘池13内部单位时间内碘升华产生的碘蒸气的量；继续增加载气流量至某一值后，携带出的碘蒸气的量达到一最大值，之后保持稳定，此时继续增大流量，携带出的碘蒸气量也不会增加，这是因为在这个阶段载气单位时间内携带的碘蒸气量大于碘池13内部单位时间内碘升华产生的碘蒸气的量。因此，可以通过两种方法来控制载气携带的碘蒸气的量:保持碘池13内部温度和压力不变，通过控制载气的流量来控制载气携带的碘蒸气的量，从而使携带出的碘蒸气的量稳定在所需值；保持载气流量不变，通过控制碘池13内部的温度和压力来控制产生的碘蒸气量，同样可以使携带出的碘蒸气量稳定在所需值。所述碘蒸气发生装置为一密闭的结构，装置运行过程中，热的载气经载气管15通过扩散喷头18形成辐射状气流，接着与碘池内产生的碘蒸气发生搅混，然后混合气体由扩散喷头18与碘池13之间的环形间隙向碘池上部流动，由于载气经过预热可以达到与碘池内部相同温度，因此载气不会对碘池内部的温度造成扰动，可以始终维持碘池内部已建立的动态平衡过程。混合气体经环形间隙向上流动的过程中，首先通过下均气板16，下均气板16在靠近中心附近开有两周均匀的圆孔，它在改变混合气体流程的同时，也使混合气体的浓度变的更加均匀。通过下均气板16后，混合气体继续向上流动，到达上均气板14，上均气板14在靠近外围不同直径的圆周上开有两排均匀的圆孔，用以第二次改变混合气体的流程，从而再次使气体混合均匀，设置上下均气板，可以使载气与碘蒸气充分混合，从而保证出口碘蒸气浓度的稳定。通过上均气板14后，混合气体便经出气管21流出碘池13。在碘池13的顶部，装有压力和温度的测点，在正常运行过程中精密压力表9和热电偶12可以随时监测碘池内部的压力和温度，以免碘池内部温度和压力发生大的波动，从而造成碘蒸气产量的波动。碘池13采用水浴加热的方式，该方法的优点在于:可以精确控制碘池13内部的温度为某一定值，不需要另外采取保温措施；可以通过灵活改变水浴的温度，进而改变碘池13内部的温度，来控制碘蒸汽的产量，以满足不同工况对碘蒸气浓度的需求。本发明的加碘系统是由平衡气管5、排气阀6、快速接头7、加料斗8、球形阀10、进料管11组成。为方便拆卸，节省加料时间，加料斗8由上下两部分组成的，上下两部分用快速接头7连接。加料斗8的上部和平衡气管5连接，平衡气管5用以提供一路平衡气源，以平衡碘池13内部的压力，保证所加的碘可以顺利进入碘池13。球形阀10处于常闭状态，用以隔离碘池和加碘系统，在加碘时打开，加碘后即关闭。排气阀6处于常闭状态，在加碘过程完成后打开，用以排放残存于加料斗内的气体，避免下次加碘打开快速接头时残存的气体发生喷射，保证下次加碘能够安全进行。由于碘蒸气有毒，因此上述碘蒸气发生装置及在线加碘系统均放在通风橱内，避免有可能的泄露造成碘蒸气在室内的扩散。本发明的载气预热系统用以加热载气，由于冷的载气进入碘池13内部，会扰动碘池13内部的温度，从而打破碘池13内部已建立的动态平衡过程，对载气进行预热，可以保证载气的温度与碘发生器内的温度一致，从而始终维持碘池13内部的动态平衡，保证碘发生器出口碘蒸气浓度的稳定。上述载气预热装置是由针型阀1、螺旋管3、控温水浴19及热电偶27组成。针型阀I可以在较大范围内调节载气的流量，以适应不同工况的要求。预热管13为螺旋状的紫铜管，采用螺旋管可以增加预热管与水的接触面积，从而使得换热能力增强；选用紫铜管是因为紫铜管的传热系数大，换热能力强，耐腐蚀。热电偶27用于监测载气出口的温度，与热电偶12配合使用，可以保证载气和碘池内部始终保持相同的温度。配送回路主要有空气压缩机25、储气瓶24、流量计26、针型阀I及载气预热装置和碘蒸气发生装置组成。空气压缩机25给储气瓶24提供一定压力的空气，压缩空气经针型阀I调节至所需的流量后进入载气预热装置2，载气被加热至所需的温度进入碘池13，将产生的碘蒸气带出至需碘的系统。
权利要求
1.一种可在线加碘的碘蒸气配送装置，其特征是由碘蒸气发生系统、载气预热系统、在线加碘系统以及连接所述各系统的管道和阀门组成； 所述载气预热系统包括空气压缩机(25)、储气瓶(24)、螺旋管(3)和第一水浴(19)，空气压缩机(25)与储气瓶(24)连接，储气瓶(24)与螺旋管(3)的一端连接，螺旋管(3)的另一端与三通阀(4)的一端连接，螺旋管(3)置于第一水浴(19)中； 所述碘蒸气发生系统包括碘池(13)、上均气板(14)、载气管(15)、下均气板(16)、载气扩散喷头(18)、第二水浴(20)，上均气板(14)、下均气板(16)分别设置于碘池(13)内部的上部与下部，载气扩散喷头(18)位于下均气板(16)的下方并与载气管(15)连接，碘池(13)置于第二水浴(20)中，碘池(13)的上部带有出气管(21)，上均气板(14)和下均气板(16)上分布有若干个圆孔； 所述在线加碘系统包括加料斗(8)、球形阀(10)、进料管(11 )，球形阀(10)设置于加料斗(8 )与进料管(11)之间，进料管(11)连接于碘池(13 )的底部，料斗(8 )的上部连接平衡气管(5)； 所述三通阀(4)的另外两端分别与所述载气管(15)和所述平衡气管(5)连接。
2.根据权利要求1所述的可在线加碘的碘蒸气配送装置，其特征是:所述加料斗(8)上设置排气阀(6)。
3.根据权利要求1或2所述的可在线加碘的碘蒸气配送装置，其特征是:下均气板(16)上的所述圆孔位于靠近中心的不同直径的圆周上。
4.根据权利要求1或2所述的可在线加碘的碘蒸气配送装置，其特征是:上均气板(14)上的所述圆位于靠近外围的不同直径的圆周上。
5.根据权利要求3所述的可在线加碘的碘蒸气配送装置，其特征是:上均气板(14)上的所述圆位于靠近外围的不同直径的圆周上。
6.根据权利要求1或2所述的可在线加碘的碘蒸气配送装置，其特征是:加料斗(8)由上下两部分组成的，上下两部分之间由快速接头(7 )连接。
7.根据权利要求3所述的可在线加碘的碘蒸气配送装置，其特征是:加料斗(8)由上下两部分组成的，上下两部分之间由快速接头(7)连接。
8.根据权利要求4所述的可在线加碘的碘蒸气配送装置，其特征是:加料斗(8)由上下两部分组成的，上下两部分之间由快速接头(7)连接。
9.根据权利要求5所述的可在线加碘的碘蒸气配送装置，其特征是:加料斗(8)由上下两部分组成的，上下两部分之间由快速接头(7)连接。
全文摘要
本发明提供的是一种可在线加碘的碘蒸气配送装置。由碘蒸气发生系统、载气预热系统、在线加碘系统以及连接所述各系统的管道和阀门组成。载气预热系统包括空气压缩机、储气瓶、螺旋管和第一水浴。碘蒸气发生系统包括碘池、上均气板、载气管、下均气板、载气扩散喷头、第二水浴。线加碘系统包括加料斗、球形阀、进料管。本发明为安全壳过滤排放系统性能实验，提供了一种经济可靠、能满足不同工况连续运行要求的碘蒸气配送系统。本发明的装置同样适用于化工等其他领域需要长时间连续供碘的系统。
文档编号B01F5/00GK103111211SQ201210436238
公开日2013年5月22日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者谷海峰, 孙中宁, 王军龙, 阎昌琪, 孙立成, 曹夏昕, 王建军, 范广铭 申请人:哈尔滨工程大学