核电厂惰性气体分离纯化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种核电厂惰性气体分离纯化系统，其包括：气体输送单元，与气体存储设备或核电厂排气口连接，用于提供气源；气体吸附和过滤单元，与气体输送单元连接，包括依次连接的洗气池、分子筛干燥单元和过滤单元；碘同位素滞留单元，设置有第一活性炭冷阱；活性炭吸附和解析单元，与第一活性炭冷阱出口管线连接，包括至少一组活性炭吸附组件；以及色谱分离和纯化单元，与活性炭吸附和解析单元的出口管线连通，包括设置有色谱柱和进样控制系统以及检测装置的色谱仪。与现有技术相比，本发明专利技术装置简单、操作方便，具备制备高纯度单一元素惰性气体的能力。此外，本发明专利技术还提供了一种核电厂惰性气体分离纯化的方法。

System and method of inert gas separation and purification in nuclear power plant

The invention discloses a nuclear power plant in an inert gas purification system, comprising: a gas conveying unit, connected with the exhaust gas storage device or nuclear power plant, to provide air; gas adsorption and filtration unit is connected with the gas conveying unit comprises a gas washing pool, molecular sieve drying unit and a filtering unit; iodine isotope retention unit is provided with a first cold trap activated carbon; activated carbon adsorption and desorption of activated carbon unit is connected with the first cold trap outlet pipe, which comprises at least one group of activated carbon adsorption components; and chromatographic separation and purification unit is communicated with the outlet pipeline of the activated carbon adsorption and desorption unit, comprises a column and sampling control system and detecting device of chromatograph. Compared with the existing technology, the invention has the advantages of simple device, convenient operation, and the ability to prepare high purity single element inert gas. In addition, the invention also provides a method for the separation and purification of inert gas in a nuclear power plant.

【技术实现步骤摘要】
核电厂惰性气体分离纯化系统及方法
本专利技术属于核电领域，更具体地说，本专利技术涉及一种核电厂惰性气体分离纯化系统及方法。
技术介绍
核电站运行过程中，排放的放射性物质经过液态流出物和气态流出物进入环境，可能对环境造成辐射影响。我国国家标准《核动力厂环境辐射防护规定》(GB6249-2011)中明确规定了核电厂放射性流出物排放应采取剂量控制、排放总量控制和排放浓度控制标准，且要求气载放射性流出物中惰性气体的年排放总量控制值为600TBq。当前核电厂对气载流出物中的惰性气体开展监测的方法是采用3L的标准钢瓶进行采样，并将采样气体置于高纯锗γ谱仪上进行测量，由于部分核素的γ衰变分支比较小，低于高纯锗γ谱仪的探测下限，使得谱分析结果不能正确完整地显示被测气载流的成分信息，相关核素评估也只能采用更保守的方法，影响了对核电厂气载流出物的辐射影响的分析。有鉴于此，确有必要提供一种核电厂惰性气体分离纯化系统及方法，将核电厂气态流出物中的放射性气体分离纯化，获得高浓度高纯度的单一元素惰性气体，使其活度浓度满足监测设备的探测下限要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种核电厂惰性气体分离纯化系统及方法，将核电厂气态流出物中的放射性气体分离纯化，获得高浓度高纯度的单一元素惰性气体，使其活度浓度满足监测设备的探测下限要求。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种核电厂惰性气体分离纯化系统，包括：气体输送单元，与气体存储设备或核电厂排气口连接，用于提供气源；气体吸附和过滤单元，与气体输送单元连接，包括依次连接的洗气池、分子筛干燥单元和过滤单元；碘同位素滞留单元，设置有第一活性炭冷阱；活性炭吸附和解析单元，与第一活性炭冷阱出口管线连接，包括至少一组活性炭吸附组件；以及色谱分离和纯化单元，与活性炭吸附和解析单元的出口管线连通，包括设置有色谱柱和进样控制系统以及检测装置的色谱仪。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化系统的一种改进，所述气体存储设备为气体钢瓶或可移动的气体存储容器，采用氮气或氦气作为载气对气体存储设备的取样气体进行吹扫，气体存储设备的出口管线上设置有压力调节阀。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化系统的一种改进，所述洗气池包括酸性洗气池和碱性洗气池，酸性洗气池采用亚硫酸钠溶液进行气体吸附，碱性洗气池采用氢氧化钠溶液进行气体吸附。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化系统的一种改进，所述过滤单元入口管线上设置有增压设备，所述过滤单元内设置有选择性高分子聚合物渗透膜或纳米级石墨烯孔洞薄膜或内部填充有铜网的回形管。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化系统的一种改进，所述活性炭吸附组件包括第二活性炭冷阱和与第二活性炭冷阱连接的加热器，所述第一活性炭冷阱、第二活性炭冷阱连接有液氮供给单元，所述第一活性炭冷阱中设置有碘同位素的吸附剂。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化系统的一种改进，所述碘同位素滞留单元与活性炭吸附和解析单元之间的管线上设置有四通阀，所述四通阀与色谱分离和纯化单元通过管线与氦气吹扫单元连通。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化系统的一种改进，还包括废气收集单元，分别通过管线与碘同位素滞留单元、活性炭吸附和解析单元以及色谱分离和纯化单元的出口管线连接。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种核电厂惰性气体分离纯化的方法，包括以下步骤：1)取气和气体输送，从核电厂排气口取气，并加压暂存在气体存储设备中，通过管线将暂存在气体存储设备中的气体通入下游处理系统；2)吸附和过滤，通过洗气池、分子筛干燥单元和过滤单元对混合气体中的单质碘、二氧化碳、氮氧化物、水蒸气、氧气、有机碘、Ar和Kr进行吸附过滤；3)碘同位素滞留，通过第一活性炭冷阱对有机物形式的碘同位素进行冷凝滞留；4)活性炭吸附和解析，通过活性炭吸附组件对惰性气体进行浓缩；5)色谱分离和纯化，通过设置有色谱柱和进样控制系统以及检测装置的色谱仪对惰性气体进行分离和纯化。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化的方法的一种改进，经过步骤2)后，所述氧气的含量低于0.01％。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化的方法的一种改进，所述过滤单元两侧的压力差不高于0.2MPa。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化的方法的一种改进，所述第一活性炭冷阱中设置有碘同位素吸附剂，第一活性炭冷阱的温度不高于-78℃。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化的方法的一种改进，步骤4)中，所述活性炭吸附组件包括第二活性炭冷阱和加热器，在吸附阶段，所述第二活性炭冷阱的温度不高于-175℃，通过第二活性炭冷阱的气体流量不超过3L/min，在解析阶段，所述第二活性炭冷阱通过加热器加热到150～220℃，对吸附滞留在第二活性炭冷阱中的惰性气体进行解析。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化的方法的一种改进，还包括气体收集步骤，对经过色谱分离和纯化后的气体进行收集并贮存。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化的方法的一种改进，所述色谱分离和纯化通过氦气作为载气进行吹扫。作为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化的方法的一种改进，所述色谱柱的出峰时间误差小于1分钟，相邻两组分峰时间间隔大于4分钟。相对于现有技术，本专利技术核电厂惰性气体分离纯化系统和方法具有以下技术效果：1)通过使用可以承受高压的气体钢瓶，可以在核电厂厂房空间受限的情况下尽可能多的采集到流出物气体，降低对下游探测设备的探测下限要求，提高测量结果的可信度；2)各分离纯化单元具有可调节的配置，针对下游不同的使用要求可以选择性的串联配置不同种类和不同数量的分离纯化单元；3)本方法可将混合惰性气体中各核素分离开来，具备制备高纯度单一元素惰性气体的能力，可进一步用于制备高纯度单一核素惰性气体；4)本方法操作简单，使用安全，适用于工业化生产。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术核电厂惰性气体分离纯化系统、方法及其有益技术效果进行详细说明，其中：图1为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化系统的示意图。图2为本专利技术核电厂惰性气体分离纯化方法的流程图。附图标记：10-气体输送单元；100-氮气或氦气载气罐；104-气体存储设备；20-气体吸附和过滤单元；200-洗气池；201-酸性洗气池；202-碱性洗气池；206-分子筛干燥单元；208-增压设备；210-过滤单元；30-碘同位素滞留单元；300-第一活性炭冷阱；40-活性炭吸附和解析单元；42-活性炭吸附组件；420-第二活性炭冷阱；422-加热器；424-第二活性炭冷阱；426-加热器；50-色谱分离和纯化单元；502-色谱柱和进样控制系统；504-检测装置；60-废气收集单元；70-氦气吹扫单元；80-液氮供给单元；V6-四通阀；V8-四通阀；V11-压力调节阀；V10,V12,V13,V14,V15,V16,V17,V18,V19,V20,V21,V22,V23,V24-阀门。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式只是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术。请参阅图1所示，本专利技术核电厂惰性气体分离纯化系统，包括：气体输送单元10，与气体存储设备104或核电厂排气口连接，用于提供气源；气体吸附和过滤单元20，与气体输送单元10连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核电厂惰性气体分离纯化系统，其特征在于，包括：气体输送单元，与气体存储设备或核电厂排气口连接，用于提供气源；气体吸附和过滤单元，与气体输送单元连接，包括依次连接的洗气池、分子筛干燥单元和过滤单元；碘同位素滞留单元，设置有第一活性炭冷阱；活性炭吸附和解析单元，与第一活性炭冷阱出口管线连接，包括至少一组活性炭吸附组件；以及色谱分离和纯化单元，与活性炭吸附和解析单元的出口管线连通，包括设置有色谱柱和进样控制系统以及检测装置的色谱仪。

【技术特征摘要】
1.一种核电厂惰性气体分离纯化系统，其特征在于，包括：气体输送单元，与气体存储设备或核电厂排气口连接，用于提供气源；气体吸附和过滤单元，与气体输送单元连接，包括依次连接的洗气池、分子筛干燥单元和过滤单元；碘同位素滞留单元，设置有第一活性炭冷阱；活性炭吸附和解析单元，与第一活性炭冷阱出口管线连接，包括至少一组活性炭吸附组件；以及色谱分离和纯化单元，与活性炭吸附和解析单元的出口管线连通，包括设置有色谱柱和进样控制系统以及检测装置的色谱仪。2.根据权利要求1所述的核电厂惰性气体分离纯化系统，其特征在于，所述气体存储设备为气体钢瓶或可移动的气体存储容器，采用氮气或氦气作为载气对气体存储设备的取样气体进行吹扫，气体存储设备的出口管线上设置有压力调节阀。3.根据权利要求1所述的核电厂惰性气体分离纯化系统，其特征在于，所述洗气池包括酸性洗气池和碱性洗气池，酸性洗气池采用亚硫酸钠溶液进行气体吸附，碱性洗气池采用氢氧化钠溶液进行气体吸附。4.根据权利要求1所述的核电厂惰性气体分离纯化系统，其特征在于，所述过滤单元入口管线上设置有增压设备，所述过滤单元内设置有选择性高分子聚合物渗透膜或纳米级石墨烯孔洞薄膜或内部填充有铜网的回形管。5.根据权利要求1所述的核电厂惰性气体分离纯化系统，其特征在于，所述活性炭吸附组件包括第二活性炭冷阱和与第二活性炭冷阱连接的加热器，所述第一活性炭冷阱、第二活性炭冷阱连接有液氮供给单元，所述第一活性炭冷阱中设置有碘同位素的吸附剂。6.根据权利要求1所述的核电厂惰性气体分离纯化系统，其特征在于，所述碘同位素滞留单元与活性炭吸附和解析单元之间的管线上设置有四通阀，所述四通阀与色谱分离和纯化单元通过管线与氦气吹扫单元连...

【专利技术属性】
技术研发人员：高耀毅，熊军，陈小强，魏学虎，尹淑华，贾运仓，
申请(专利权)人：中广核工程有限公司，中国广核集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44