气溶胶配送与采样系统的制作方法

本发明属于固体颗粒物料配送及采样领域，具体涉及一种气溶胶配送与采集系统。

背景技术：

严重事故后，压水堆核电厂可能会发生超压的情况，进而会造成安全壳完整性的破坏，放射性物质大量外泄，则会导致对环境及人员的威胁。为此，压水堆核电厂设置了一套安全壳过滤排放系统，用以在严重事故后进行安全壳大气的过滤排放，确保安全壳压力不超过设计值，从而保证安全壳的完整性，同时对排放气体进行过滤，避免排放气体放射性超过排放限值。严重事故后安全壳大气的主要成分是含放射性气溶胶，为测得气溶胶在过滤容器内的过滤效率，需要建立试验回路。在试验回路中，气溶胶的配送方法是一项重要的研究内容。

为验证试验体过滤器对气溶胶的去除效率，需要向试验回路内配送一定量的气溶胶，使得试验回路内气体中的气溶胶含量与发生严重事故时安全壳大气中气溶胶的含量相近。根据相关文献，在发生严重事故24小时后，安全壳大气中气溶胶的浓度约为100～600mg/m³。因此，气溶胶配送系统要能够持续稳定且长时间向试验回路内配送气溶胶，且气溶胶浓度与安全壳大气中气溶胶浓度相当。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种气溶胶配送与采样系统，能够向实验回路主管道中持续、稳定、且长时间地配送一定浓度的气溶胶，使得实验回路主管道内气体中气溶胶的含量与发生严重事故时安全壳大气中含量相近，并抽取实验回路主管道中一定体积的气溶胶气体，验证过滤器对气溶胶的去除效率，避免排放气体放射性超过排放限值。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种气溶胶配送与采样系统，包括气溶胶配送系统和气溶胶采样系统，所述气溶胶配送系统用于配制一定浓度的气溶胶并将配置好的气溶胶输送实验回路主管道中，其包括装有气溶胶粉末的气溶胶发生器及用于向气溶胶发生器提供稳定气源的气体输送系统；气溶胶采样系统用于采集实验回路主管道中的气溶胶气体并将该气溶胶气体进行固气分离，其包括采样部分及与其连接的固气体分离部分。

进一步，所述气溶胶发生器包括密闭的发生器本体及设置在发生器本体内位置可上下调节的中心流化管，发生器本体的下部为锥形结构，底部设有进气口，上部设有加粉口，顶部设有气溶胶气体出口。

进一步，所述气体输送系统包括气体进入管道，该气体进入管道一端与气溶胶发生器底部的进气口相连接，另一端储气罐相连接，气体进入管道上设有用于调节进入气体压力和流量的调节部件。

进一步，所述调节部件包括用于调整气体压力的调压阀和用于调整气体流量的第二调节阀。

进一步，所述采样部分包括采样头和采样管；采样头布置在主管道的中心轴线上，与气流保持同轴逆向；采样管外部设有加热带。

进一步，所述固气体分离部分包括与采样管连接、用于获取气溶胶粉末的过滤器及与过滤器连接、用于获取气体的凝结水收集器。

进一步，所述过滤器与凝结水收集器之间设有用于将经过滤器过滤出来的水蒸气凝结的冷凝器。

进一步，所述凝结水收集器出口设有用于测量采样气体流量的第一流量计。

进一步，所述过滤器为板式过滤器，过滤器内的滤膜采用耐高温且吸湿性小的聚四氟乙烯滤膜。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明通过设置气溶胶配送系统，能够保证长期、持续、稳定地向主管道中配送实验所需浓度的气溶胶；

(2)本发明通过设置气溶胶采样系统，能够采集实验回路主管道中一定体积的气溶胶气体，并将该气溶胶气体进行固气分离，从而获取一定体积的被测气体中所含气溶胶的质量，从而验证过滤器对气溶胶的去除效率；

(3)结构简单，操作容易。

附图说明

图1是本发明气溶胶配送系统的结构示意图；

图2是气溶胶发生器的结构示意图；

图3是本发明气溶胶采样系统的结构示意图；

图4是采样头的结构示意图。

图中：

1、10-速关阀 2-压差传感器 3-过滤器 4-减压阀 5-冷凝器 6-凝结水收集器 7-疏水阀 8-第一调节阀 9-第一流量计 11-真空泵 12-实验回路主管道 13-采样头 14-采样管 15-加热带 16-空压机 17-储气罐 18-空气过滤器 19-调压阀 20-球阀 21-第二流量计 22-第二调节阀 23-空气联箱 24-气溶胶发生器 25-旁通阀 26-截止阀 241-发生器本体 242-中心流化管 243-进气口 244-加粉口 245-气溶胶气体出口

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

本发明提供的气溶胶配送及采样系统，包括气溶胶配送系统及气溶胶采样系统。

如图1所示，是本发明提供的气溶胶配送系统，该气溶胶配送系统包括装有气溶胶粉末的气溶胶发生器24、气体进入系统和气溶胶气体输出系统，该气溶胶发生器24分别与气体进入系统及气溶胶气体输出系统相连通。

其中，气体进入系统包括气体进入管道，气体进入管道上依次设有空压机16、储气罐17、空气过滤器18、调压阀19、球阀20、第二流量计21、第二调节阀22及空气联箱23。

空压机16优选无油空气压缩机，用于向储气罐17内冲入一定压力的压缩空气或惰性气体。

储气罐17储存一定压力的气体，并保证罐内气体压力稳定性。

空气过滤器18用于过滤储气罐17出口的空气，去除空气中的杂质，保证空气的洁净度。

调压阀19用于调节进入气溶胶发生器的气体压力，为气溶胶发生器提供稳定的载气气源。

球阀20用于截断或接通管道中的介质。

第二流量计21用于检测进入管道内气体的流量。

第二调节阀22用于调节管道内气体的流量。

空气联箱23用于将气体进入管道与气溶胶发生器24连接。

气溶胶发生器24用于接收气体进入系统输送的载气气体，并与其内部的气溶胶混合成具有一定浓度的气溶胶气体后，通过气溶胶气体输出系统输送至实验回路主管道12中，从而保证实验回路主管道内气溶胶的含量与发生严重事故时安全壳大气中含量相近。

气溶胶气体输出系统包括气溶胶气体输出管道，气溶胶气体输出管道上依次设有旁通阀25及截止阀26。

旁通阀25用于调节气溶胶气体进入实验回路主管路中的流量。

截止阀26用于隔断或连通向实验回路主管道配送的气溶胶气体。

另外，本发明提供了专用的气溶胶发生器，如图2所示，该气溶胶发生器24包括密闭的发生器本体241及设置在发生器本体241内位置可上下调节的中心流化管242。发生器本体241的下部设成锥形结构，其底部设有进气口243，上部设有加粉口244，顶部设有气溶胶气体出口245。其中，中心流化管242为外带螺纹结构，与发生器本体241之间通过螺纹连接，从而可以调整其在发生器本体内的高度。

发生器本体241的下部设成锥形结构，底部进气口243直接与通气管相连接，使下落的粉末能够落到气溶胶发生器进气口上，避免使用侧路通风，导致各路进气的流量不均。同时，将中心流化管242设计成带外螺纹的结构，通过调整中心流化管上下高度实现供粉截面的调节，从而实现出粉量的可控与调节。

发生器本体241侧壁上设有加粉口244，可以保证在不停止实验的情况下，通过外部加料装置定期向气溶胶发生器内补充气溶胶粉末，从而保证气溶胶发生器长期稳定地向实验回路管道中配送气溶胶。

通过实验证明，采用本发明提供的气溶胶发生器，实验中粉末的流化性能较好，出粉量稳定，且当中心流化管的位置固定后，随着载气流量的增加，出粉量呈线性增长，这样便可以通过实验得出不同供粉间隙、不同载气流量下的出粉量变化规律，可在后来的正式实验中，根据实验所需的配送浓度来确定气溶胶发生器的供料间隙和载气流量。

本发明的配送系统是这样实现的：

实验前，利用空压机16将储气罐17内充入一定压力的压缩空气，再通过调压阀19和调节阀22调节压缩空气的压力和流量，保证内供应压力和流量稳定的载气气源。与此同时，根据实验工况需要，将气溶胶发生器24中心流化管与发生器本体的锥体之间的间隙调整至合适位置，向气溶胶发生器内填装足量的气溶胶粉末以备实验之用。实验时，将一定压力和流量的载气通入气溶胶发生器，获取所需浓度的气溶胶气体，并将其配送到实验回路主管道中，用于实验。

如图3所示，是本发明提供的气溶胶采样系统，其包括采样部分及与其相连接的固气分离部分。

采样部分包括采样头13和采样管14。固气分离部分包括过滤器3和凝结水收集器6。过滤器3和凝结水收集器6之间设有冷凝器5。过滤器3与冷凝器5之间设有减压阀4。凝结水收集器6上设有疏水管线及疏气管线，疏水管线上设有疏水阀7，疏气管线上依次设有第一调节阀8、第一流量计9、速关阀10及真空泵11。过滤器3的进出口设有压差传感器2。

其中，采样头13采用薄壁管，其布置在主管道12的中心轴线上，与气流保持同轴逆向。为了保证能够较好等速采样，尽量减少采样头管壁对主气流的扰动，避免气溶胶颗粒因与管壁碰撞而改变运动方向，由此，采样管的管口进行打磨或车削，以保证入口边缘的厚度足够薄，如图4所示。采样管14外部设有加热带15，当采样管14需要加热时，接通电源对采样管进行加热。采样管14上还设有能够迅速关闭的速关阀1。

过滤器3采用不锈钢板式过滤器，过滤器入口处和过滤器出口处设有不同直径的滤膜，过滤器入口处的滤膜优选47mm，过滤器入口处的滤膜优选142mm。本发明采用不锈钢板式过滤器，密封性、承压性和耐温性好，且便于拆卸，易于与主管道连接，能够满足实验需要。

为提高实验中气溶胶浓度测量的准确性，必须提高滤膜对气溶胶颗粒的捕捉效率，本发明滤膜采用耐高温且吸湿性较小的聚四氟乙烯滤膜，其孔隙直径优选为0.22μm。

本发明采样系统是这样实现的：

首先，通过采样头13和采样管14从实验回路主管道12中采集一定体积的气溶胶气体，经过速关阀1到达过滤器3内的滤膜表面，采样气体内的气溶胶颗粒被滤膜拦截，停留在滤膜表面，而空气与水蒸汽则流出过滤器3；然后，经过减压阀4将压力降到合适范围，再进入冷凝器5将水蒸汽凝结下来，流出冷凝器5的气-水混合物进入凝结水收集器6，完成气-水分离；最后，不凝性气体从凝结水收集器6上部的疏气管线输出，经第一流量计9测量流量后排入后处理系统，凝结水收集器6中的液体从疏水管线输出。由此，本发明的采样系统，采用滤膜计重法测量气溶胶浓度，然后根据滤膜的增重计算出一定体积的被测气体中所含气溶胶的质量，过滤后的采样气体通过流量计测量其累计流量，这样便可以计算出单位体积采样气体中所含的气溶胶质量(单位：mg/m³)。

本发明的气溶胶配送与采样系统并不限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。