专利名称：用于气冷堆的组合式氦气过滤取样装置及其安装方法
技术领域：
本发明涉及一种反应堆工程设备，特别是关于一种用于气冷堆的组合式氦气过滤取样装置及其安装方法。
背景技术：
华能山东石岛湾核电厂高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)，是在由清华大学自主设计、建造和运营的10兆瓦高温气冷实验堆的技术基础上建设的具有自主知识产权的200兆瓦高温气冷堆核电站示范工程，是中国第一座高温气冷堆商用示范电站。高温气冷堆的高温氦气过滤取样装置是工艺辐射监测系统的一个重要部件，主要用于收集HTR-PM反应堆引出的高温氦气中的裂变产物，测量裂变产物浓度、石墨粉尘浓度及其放射性比活度，据此得到堆芯燃料元件释放可沉积裂变产物的释放率，以及其他放射性源项参数。由于从高温气冷堆的蒸汽发生器引出的氦气约为750° C，经过热氦引流管后，出口温度约为650° C，使得经过氦气过滤取样装置的氦气温度较高，并且其中载带的裂变产物颗粒和石墨粉尘尺寸差别较大(粒径一微米以下至十几微米)、种类较多，因此要求氦气过滤取样装置在能够耐受较高温度的同时，高效的过滤氦气中的不同种类、不同尺寸的裂变产物颗粒和石墨粉尘，并能承受高温氦气对过该装置产生的压力。传统的单级过滤器过滤裂变产物的种类单一，并且效率偏低，不能满足上述要求。此外，由于高温氦气对过滤取样装置产生的压力较大，因此需要对氦气过滤取样装置的结构进行创新设计，在保持过滤孔径较小的前提下增大其过滤面积，使其能够在高效过滤的同时，保证其力学结构上的可靠性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够过滤不同种类、不同尺寸的裂变产物颗粒和石墨粉尘，且用于气冷堆的组合式氦气过滤取样装置及其安装方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种用于气冷堆的组合式氦气过滤取样装置，其特征在于，所述装置包括:套管，至少两个沿轴向间隔开地固定于所述套筒内壁上的过滤器组件，以及至少一个固定于相邻两个所述过滤器组件之间的分子筛组件。各所述过滤器组件包括通过若干过滤器彼此间隔开的相互平行的第一隔板和第二隔板，其中，所述第一隔板在与各所述过滤器的连接区域中设有第一开口，使得所述第一开口与相应的过滤器的内壁相通，并且所述第二隔板在不与各所述过滤器的连接区域中设有第二开口。各所述过滤器的 轴对称中心线垂直于所述第一隔板所在的平面。所述过滤器的材料为烧结金属或陶瓷。各所述过滤器组件中的过滤器的长度、孔径和材料相同或不同；同一所述过滤器组件中的各所述过滤器的孔径和材料相同或不同。最外侧的两个所述过滤器组件分别距离所述套管的两个开口端3 5cm。
各分子筛组件包括平行间隔设置的第一分子筛网和第二分子筛网，以及紧密连接在所述第一分子筛网和第二分子筛网之间的分子筛。一种上述装置的安装方法，其包括以下步骤:步骤10，将第一过滤器组件固定于套管的内壁上，并使第一过滤器组件的横截面垂直于套管的轴对称中心线；步骤20，将分子筛组件放置于第一过滤器组件后方的套管内；步骤30，将第二过滤器组件放置于分子筛组件后方的套管内，然后向分子筛组件方向挤压至各部分紧密接触，并使第二过滤器组件与第一过滤器组件平行。还包括步骤40，重复上述步骤20和30，依次安装第N分子筛组件以及第N+1过滤器组件，其中N为大于I的自然数。所述步骤20还包括以下步骤:步骤21，将第一分子筛网放置于第一过滤器组件后方的套管内，并使第一分子筛网平行于第一过滤器组件的横截面；步骤22，依次放入分子筛和第二分子筛网，并向第一分子筛网方向将分子筛压实；步骤23，将第二分子筛网调整与第一分子筛网平行，并将第二分子筛网固定于套管的内壁上，完成第一分子筛组件的安装。本发明由于采 取以上技术方案，其具有以下有益效果:1、本发明的过滤取样装置采用“过滤器组件-分子筛-过滤器组件”的三明治组合式结构，充分过滤从蒸汽发生器中引出的氦气载带的不同种类、不同尺寸的裂变产物颗粒和石墨粉尘。2、本发明的过滤取样单元利用多个烧结金属过滤元件的侧面，对氦气中的裂变产物颗粒及石墨粉尘进行过滤，使过滤后的氦气从烧结金属过滤元件的侧部流出再进入分子筛组件，从而提高了过滤面积。这种较大的过滤面积还可以保证过滤元件孔径较小时，过滤器组件以及每个烧结金属过滤元件所承受的压力较小，从而保证了系统的稳固性与安全性。3、本发明的过滤器组件中的过滤器的长度、孔径和材料可以不同，从而实现不同种类、不同粒径的裂变产物颗粒和石墨粉尘分开过滤的效果。4、本发明的相邻两个过滤组件中间的分子筛可以吸附极性裂变产物颗粒。5、本发明可以根据需要、并结合套管长度，串联数个过滤器组件和分子筛组件，从而实现多级过滤、充分沉积、吸附裂变产物颗粒和石墨粉尘的目的。6、本发明的过滤取样装置在沉积取样完成后，可以将该过滤取样装置按照套管、分子筛组件和过滤器组件进行分解，用以测量裂变产物颗粒和石墨粉尘的沉积情况。
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
图1是本发明提供的组合式氦气过滤取样装置的结构示意图；图2是本发明提供的组合式氦气过滤取样装置的结构俯视示意图；图3是本发明提供的组合式氦气过滤取样装置的过滤取样主单元的结构图；图4是本发明提供的组合式氦气过滤取样装置的过滤器组件的结构俯视图； 图5是图4的A-A剖视示意图；图6是本发明提供的组合式氦气过滤取样装置的分子筛组件的结构俯视图；图7是本发明提供的组合式氦气过滤取样装置的过滤取样级联单元的结构俯视示意在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施例方式下面对照附图，并通过对实施例的描述，来进一步详细地说明本发明。需要说明的是，本文中的“前方”、“后方”均针对于取样气流的流动方向来定义，其中“前方”指取样气流的流动方向的上游。图1、图2显示了根据本发明的组合式氦气过滤取样装置100，该装置包括:套管1，固定于套管I内壁上的过滤取样主单元2，以及串联于过滤取样主单元2后方的过滤取样级联单元3，且过滤取样级联单元3与过滤取样主单元2之间紧密相连。如图3显示了根据本发明的组合式氦气过滤取样装置的过滤取样主单元2。该过滤取样主单元2包括第一过滤器组件4、第一分子筛组件5和第二过滤器组件6。第一过滤器组件4固定于套管I内壁上，并使第一过滤器组件4的横截面垂直于套管I的轴对称中心线。在一个实施例中，第一过滤器组件4的前端可距离套管I的开口端3 5cm。第一分子筛组件5固定于第一过滤器组件4后方的套筒I内壁上，并使第一分子筛组件5的前端与第一过滤器组件4的后端紧密连接。第二过滤器组件6固定于第一分子筛组件5后方的套筒I内壁上，且第二过滤器组件6与第一过滤器组件4平行，并使第二过滤器组件6的前端与第一分子筛组件5的后端紧密连接。图4和5显示了根据本发明的组合式氦气过滤取样装置的第一过滤器组件4。该第一过滤器组件4包括第一隔板7、若干过滤器8和第二隔板9。过滤器8错位布置并焊接于第一隔板7的下部，并使过滤器8的轴对称中心线垂直于第一隔板7所在的平面。第二隔板9焊接在过滤器8的另一端，并使第二隔板9与第一隔板7平行。在第一隔板7与各过滤器8的焊接处开口，并使每一开口与相对应的过滤器8的内壁相通。在第二隔板9与过滤器8未焊接处开口，并使第二隔板9上的开口与第一隔板7上的开口形成阴阳互补结构。在一个优选的实施例中，各过滤器组件的结构相同，但过滤器8的长度、孔径和材料可以不同，从而实现不同种类、不同粒径的裂变产物颗粒和石墨粉尘分开过滤的效果。同时，同一过滤器组件中的各过滤器的孔径和材料也可以不同。上述实施例中，过滤器8的材料可以采用烧结金属或陶瓷。图6显示了组合式氦气过滤取样装置的第一分子筛组件5。该第一分子筛组件5包括第一分子筛网10、分子筛11和第二分子筛网12。第一分子筛网10固定于第一过滤器组件4后方的套管I内壁上，且第一分子筛网10平行于第一过滤器组件4的横截面，并使第一分子筛网10前端与第一过滤器组件4后端紧密连接。分子筛11固定于第一分子筛网10后方的套管I内壁上，并使分子筛11前端与第一分子筛网10后端紧密连接。第二分子筛网12固定于分子筛11后方的套筒I内壁上，且第二分子筛网12与第一分子筛网10平行，并使第二分子筛网12前端与分子筛11后端紧密连接。在一个优选的实施例中，第二分子筛组件13与第一分子筛组件5结构相同，但长度和材料可以不同，从而可以过滤不同粒径颗粒，并达到一定的过滤效率。 图7显示了根据本发明的组合式氦气过滤取样装置的过滤取样级联单元3。其结构和安装方式与过滤取样主单元2类似，区别在于过滤取样级联单元3仅包括第二分子筛组件13和设置于第二分子筛组件13后方的第三过滤器组件14。在一个优选的实施例中，可以根据实际过滤需要，选择性地串联数个过滤取样级联单元3于过滤取样主单元2后方并固定于套管I内壁上。如有多个过滤取样级联单元3，要求多个过滤取样级联单元3之间也紧密相连。在一个实施例中，最后一级过滤取样级联单元3的后端可距离套管I的另一 5开口端3 5cm。此外，也可不选择在过滤取样主单元2后方串联过滤取样级联单元3，即单独使用过滤取样主单元2工作。结合本发明上述实施例提供的组合式氦气过滤取样装置，本发明还提出了针对该装置的安装方法，其包括以下步骤:步骤10，将第一过滤器组件4固定于套管I的内壁上，并使第一过滤器组件4的横截面垂直于套管I的轴对称中心线；步骤20，将第一分子筛组件5放置于第一过滤器组件4后方的套管内；步骤30，将第二过滤器组件6放置于第一分子筛组件5后方的套管I内，然后向第一分子筛组件5方向挤压至各部分紧密接触，并使第二过滤器组件6与第一过滤器组件4平行；
步骤40，重复上述步骤20和30，依次安装第N分子筛组件以及第N+1过滤器组件，其中N为大于I的自然数。此外，第一分子筛组件5的安装方法包括以下步骤:步骤21，将第一分子筛网10放置于第一过滤器组件4后方的套管I内，并使第一分子筛网10平行于第一过滤器组件4的横截面；步骤22，依次放入分子筛11和第二分子筛网12，并向第一分子筛网10方向将分子筛11压实；步骤23，将第二分子筛网12调整与第一分子筛网10平行，并将第二分子筛网12固定于套管I的内壁上，即完成第一分子筛组件5的安装。第二分子筛组件13的安装方法与第一分子筛组件5相同，故不再赘述。由上述实施例可以看出，本发明可以通过多级过滤对载带裂变产物颗粒和石墨粉尘的氦气进行过滤。其中过滤取样主单元2中的第一过滤组件4可以对粒径较大的裂变产物颗粒和石墨粉尘做初级过滤，紧随其后的第一分子筛组件5可以对感兴趣的裂变产物核素(如131I)进行沉积，而后的第二过滤组件6可以对较小的裂变产物颗粒和石墨粉尘进行沉积。选择性地串联数个过滤取样级联单元3可以进一步有效地吸附氦气中的其他物质，如第二分子筛组件13可以吸附C02、H20等杂质气体，第三过滤组件14可以过滤更加细小的裂变产物颗粒和石墨粉尘，以达到充分沉积、吸附裂变产物颗粒和石墨粉尘的目的。以上所述仅是本发明的优选实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，可以做出若干改进和变型，例如关于过滤取样级联单元数量的增加或减少的改进或变型等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于气冷堆的组合式氦气过滤取样装置，其特征在于，所述装置包括: 套管， 至少两个沿轴向间隔开地固定于所述套筒内壁上的过滤器组件，以及 至少一个固定于相邻两个所述过滤器组件之间的分子筛组件。
2.如权利要求1所述的组合式氦气过滤取样装置，其特征在于，各所述过滤器组件包括通过若干过滤器彼此间隔开的相互平行的第一隔板和第二隔板，其中，所述第一隔板在与各所述过滤器的连接区域中设有第一开口，使得所述第一开口与相应的过滤器的内壁相通，并且所述第二隔板在不与各所述过滤器的连接区域中设有第二开口。
3.如权利要求2所述的组合式氦气过滤取样装置，其特征在于，各所述过滤器的轴对称中心线垂直于所述第一隔板所在的平面。
4.如权利要求2或3所述的组合式氦气过滤取样装置，其特征在于，所述过滤器的材料为烧结金属或陶瓷。
5.如权利要求3或4任一项所述的组合式氦气过滤取样装置，其特征在于，各所述过滤器组件中的过滤器的长度、孔径和材料相同或不同；同一所述过滤器组件中的各所述过滤器的孔径和材料相同或不同。
6.如权利要求1-5任一项所述的组合式氦气过滤取样装置，其特征在于，最外侧的两个所述过滤器组件分别距离所述套管的两个开口端3 5cm。
7.如权利要求1到6任一项所述的组合式氦气过滤取样装置，其特征在于，各分子筛组件包括平行间隔设置的第一分子筛网和第二分子筛网，以及紧密连接在所述第一分子筛网和第二分子筛网之间的分子筛。
8.—种如权利要求1到7所述装置的安装方法，其包括以下步骤: 步骤10，将第一过滤器组件固定于套管的内壁上，并使第一过滤器组件的横截面垂直于套管的轴对称中心线； 步骤20，将分子筛组件放置于第一过滤器组件后方的套管内； 步骤30，将第二过滤器组件放置于分子筛组件后方的套管内，然后向分子筛组件方向挤压至各部分紧密接触，并使第二过滤器组件与第一过滤器组件平行。
9.如权利要求8所述的安装方法，其特征在于，还包括步骤40，重复上述步骤20和30，依次安装第N分子筛组件以及第N+1过滤器组件，其中N为大于I的自然数。
10.如权利要求8或9所述的安装方法，其特征在于，所述步骤20还包括以下步骤: 步骤21，将第一分子筛网放置于第一过滤器组件后方的套管内，并使第一分子筛网平行于第一过滤器组件的横截面； 步骤22，依次放入分子筛和第二分子筛网，并向第一分子筛网方向将分子筛压实； 步骤23，将第二分子筛网调整与第一分子筛网平行，并将第二分子筛网固定于套管的内壁上，完成第一分子筛组件的安装。
全文摘要
本发明涉及一种用于气冷堆的组合式氦气过滤取样装置及其安装方法，其特征在于，所述装置包括套管，至少两个沿轴向间隔开地固定于所述套筒内壁上的过滤器组件，以及至少一个固定于相邻两个所述过滤器组件之间的分子筛组件。本发明的过滤取样装置采用“过滤器组件-分子筛-过滤器组件”的三明治组合式结构，充分过滤从蒸汽发生器中引出的氦气载带的不同种类、不同尺寸的裂变产物颗粒和石墨粉尘，能够实现多级过滤、充分沉积、吸附裂变产物颗粒和石墨粉尘的目的。
文档编号B01D46/00GK103212250SQ20131014668
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者房超, 曹建主, 包旭寅 申请人:清华大学