一种放射性废气中目标气体浓度测量方法及装置与流程

1.本发明涉及一种放射性废气中目标气体浓度测量方法及装置，属于放射气体检测技术领域。


背景技术：

2.核电厂废气系统用于收集、处理并排放含氢和含氧的放射性废气，使厂区外放射性释放保持在可以接受的范围内。废气中气体成分包括氢气、氧气、氮气、水蒸气，以及放射性的惰性气体例如氙和氪等，为了防止氢气燃烧和爆炸，需要对废气中氢气浓度和氧气浓度进行测量。
3.现有技术中测量氢气浓度的方法有多种，包括气相色谱、热导、催化燃烧、固态薄膜氢气传感器等；其中，气相色谱仪是比较贵重的设备，维护和运行的技术复杂成本高；热导仪因为实际背景气体成分复杂而使得误差大；催化燃烧及固态薄膜氢气传感器测量范围小，无法满足实际需求。
4.另外，现有技术中测量氧气浓度的方法有多种，包括气相色谱、顺磁、燃料电池、氧化锆等；其中，气相色谱仪维护和运行的技术复杂成本高；顺磁仪对环境要求高，不能受到振动；燃料电池仪表传感器寿命短；废气的温度不在氧化锆仪表适宜的工作温度范围。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述技术问题，本发明设计了一种放射性废气中目标气体浓度测量方法，采用全新设计思路，应用溶解氢数据与溶解氧数据，结合废气的压力与温度，高效实现废气中氢浓度与氧浓度的测量，并且实际应用成本低。
6.本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种放射性废气中目标气体浓度测量方法，首先针对放射性废气进行测量，获得放射性废气的温度值t
测
、压力值p
测
、以及放射性废气中目标气体所对应的溶解目标气体浓度值；然后根据温度值t
测
、压力值p
测
、以及溶解目标气体浓度值，计算获得放射性废气中目标气体浓度。
7.作为本发明的一种优选技术方案：所述目标气体为氢气，即所述获得放射性废气中氢气所对应的溶解氢浓度值dh
测
，结合放射性废气的温度值t
测
、压力值p
测
，按如下步骤a至步骤c，实现放射性废气中氢气浓度的获得；
8.步骤a.根据温度-饱和溶解氢对照表，应用插值法计算获得温度值t
测
所对应的饱和溶解氢浓度dh
计
，然后进入步骤b；
9.步骤b.按如下公式：
10.pw＝1.013*exp{1*10-[4*103 2*105/(273.15 t
测
)]/(273.15 t
测
)}
[0011]
计算获得水蒸气所对应的饱和蒸汽压pw，然后进入步骤c；
[0012]
步骤c.按如下公式：
[0013][0014]
计算获得放射性废气中氢气浓度ch，实现放射性废气中氢气浓度的获得。
[0015]
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤a包括如下步骤a1至步骤a2；
[0016]
步骤a1.根据温度-饱和溶解氢对照表，获得所述温度值t
测
相邻的两个温度值t1、t2，以及温度值t1、t2分别对应的饱和溶解氢浓度dh1、dh2，然后进入步骤a2；其中，t1＜t2；
[0017]
步骤a2.按如下公式：
[0018][0019]
计算获得温度值t
测
所对应的饱和溶解氢浓度dh
计
，然后进入步骤b。
[0020]
作为本发明的一种优选技术方案：所述放射性废气中氢气所对应的溶解氢浓度值dh
测
，通过电化学溶解氢分析法获得。
[0021]
作为本发明的一种优选技术方案：所述目标气体为氧气，即所述获得放射性废气中氧气所对应的溶解氧浓度值do
测
，结合放射性废气的温度值t
测
、压力值p
测
，按如下步骤i至步骤iii，实现放射性废气中氧气浓度的获得；
[0022]
步骤i.按如下公式：
[0023]
do
计
＝1.013*exp{2*10-[5*10
3-1*106/(273.15 t
测
)]/(273.15 t
测
)}
[0024]
计算获得温度值t
测
所对应的饱和溶解氧浓度do
计
，然后进入步骤ii；
[0025]
步骤ii.按如下公式：
[0026]
pw＝1.013*exp{1*10-[4*103 2*105/(273.15 t
测
)]/(273.15 t
测
)}
[0027]
计算获得水蒸气所对应的饱和蒸汽压pw，然后进入步骤iii；
[0028]
步骤iii.按如下公式
[0029][0030]
计算获得放射性废气中氧气浓度co，实现放射性废气中氧气浓度的获得。
[0031]
作为本发明的一种优选技术方案：所述获得放射性废气中氧气所对应的溶解氧浓度值do
测
，通过荧光法溶解氧分析法获得。
[0032]
本发明为了解决上述技术问题，本发明设计了一种实现放射性废气中目标气体浓度测量方法的装置，采用全新设计思路，应用电化学溶解氢分析仪与荧光法溶解氧分析仪，结合用于废气压力与温度的测量装置，高效实现废气中氢浓度与氧浓度的测量，并且实际应用成本低。
[0033]
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种实现放射性废气中目标气体浓度测量方法的装置，包括第一针型阀、第二针型阀、控制模块，以及分别与控制模块相连接的压力表、温度计、用于实现放射性废气中氢气所对应溶解氢浓度值获得的电化学溶解氢分析仪、用于实现放射性废气中氧气所对应溶解氧浓度值获得的荧光法溶解氧分析仪；
[0034]
其中，所述放射性废气通过管路分别对接第一针型阀的其中一端、第二针型阀的
其中一端；第一针型阀的另一端对接电化学溶解氢分析仪的输入端，第二针型阀的另一端对接荧光法溶解氧分析仪的输入端；电化学溶解氢分析仪的输出端与荧光法溶解氧分析仪的输出端通过管路汇聚、并通过管路经压力表、温度计后输出；
[0035]
控制模块用于接收来自压力表的压力值p
测
、温度计的温度值t
测
、以及来自电化学溶解氢分析仪的放射性废气中氢气所对应的溶解氢浓度值dh
测
、来自荧光法溶解氧分析仪的放射性废气中氧气所对应的溶解氧浓度值do
测
，并分别执行放射性废气中氢气浓度测量方法、氧气浓度测量方法，实现放射性废气中氢气浓度的计算获得、氧气浓度的计算获得。
[0036]
作为本发明的一种优选技术方案：还包括第一三通阀、压力调节器、防爆泵、第二三通阀，所述放射性废气通过管路送入第一三通阀的输入端，第一三通阀的两个输出端分别通过管路对接压力调节器的输入端、防爆泵的输入端，压力调节器的输出端、防爆泵的输出端分别通过管路对接第二三通阀的两个输入端，第二三通阀的输出端通过管路分别对接所述第一针型阀的其中一端、所述第二针型阀的其中一端。
[0037]
作为本发明的一种优选技术方案：还包括第一流量计、第二流量计；所述电化学溶解氢分析仪的输出端通过管路对接第一流量计的其中一端，荧光法溶解氧分析仪的输出端通过管路对接第二流量计的其中一端，第一流量计的另一端与第二流量计的另一端通过管路汇聚、并通过管路经所述压力表、温度计后输出。
[0038]
作为本发明的一种优选技术方案：还包括过滤器，所述第二三通阀的输出端通过管路对接过滤器的输入端，过滤器的输出端通过管路分别对接第一针型阀的其中一端、第二针型阀的其中一端。
[0039]
本发明所设计一种放射性废气中目标气体浓度测量方法及装置，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0040]
本发明所设计一种放射性废气中目标气体浓度测量方法，采用全新设计思路，基于对废气中溶解氢与溶解氧的求解，结合废气的压力检测结果与温度检测结果，进行综合数据处理应用，能够高效准确获得废气中的氢气浓度与氧气浓度；同时应用电化学溶解氢分析仪、荧光法溶解氧分析仪、以及压力表、温度计，获得实现放射性废气中目标气体浓度测量方法的装置的构建，整个设计大大简化了装置，使得造价和维护成本都大幅度降低，并且实际应用中干扰因素少，测量精度高，装置的稳定性得到有效提高，维护工作时间大幅度降低，减少了工作人员从事维护工作时因处于放射性环境经受的辐射量。
附图说明
[0041]
图1是本发明所设计放射性废气中目标气体浓度测量方法的装置的示意图。
[0042]
其中，1.第一三通阀，2.压力调节器，3.防爆泵，4.第二三通阀，5.过滤器，6.第一针型阀，7.电化学溶解氢分析仪，8.第一流量计，9.第二针型阀，10.荧光法溶解氧分析仪，11.第二流量计，12.压力表，13.温度计，14.控制模块。
具体实施方式
[0043]
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0044]
本发明设计了一种放射性废气中目标气体浓度测量方法，首先针对放射性废气进行测量，获得放射性废气的温度值t
测
、压力值p
测
、以及放射性废气中目标气体所对应的溶解
目标气体浓度值；然后根据温度值t
测
、压力值p
测
、以及溶解目标气体浓度值，计算获得放射性废气中目标气体浓度。
[0045]
关于上述针对放射性废气中目标气体浓度的获得，在具体的实际应用当中，诸如设计目标气体为氢气、氧气，其中，对于氢气来说，即通过电化学溶解氢分析法，获得放射性废气中氢气所对应的溶解氢浓度值dh
测
，并结合放射性废气的温度值t
测
、压力值p
测
，具体按如下步骤a至步骤c，实现放射性废气中氢气浓度的获得。
[0046]
步骤a.根据温度-饱和溶解氢对照表，应用插值法计算获得温度值t
测
所对应的饱和溶解氢浓度dh
计
，然后进入步骤b。
[0047]
实际应用中，上述步骤a具体执行如下步骤a1至步骤a2。
[0048]
步骤a1.根据温度-饱和溶解氢对照表，如下表1所示，获得所述温度值t
测
相邻的两个温度值t1、t2，以及温度值t1、t2分别对应的饱和溶解氢浓度dh1、dh2，然后进入步骤a2；其中，t1＜t2。
[0049]
表1
[0050]
t℃dh μg/lt℃dh μg/lt℃dh μg/lt℃dh μg/l019221816273614065412291190419161337139655121821886201599381386561206318682115843913775711944185122156940136758118251833231555411358591169618162415414213496011567179925152843133961114281782261515441330621128917662715034513206311141017492814914613116410991117332914804713016510831217173014684812916610671317013114574912816710501416863214465012716810331516713314365112616910151616563414265212517099617164135141653124071976
[0051]
步骤a2.按如下公式：
[0052][0053]
计算获得温度值t
测
所对应的饱和溶解氢浓度dh
计
，然后进入步骤b。
[0054]
步骤b.按如下公式：
[0055]
pw＝1.013*exp{1*10-[4*103 2*105/(273.15 t
测
)]/(273.15 t
测
)}
[0056]
计算获得水蒸气所对应的饱和蒸汽压pw，然后进入步骤c。
[0057]
步骤c.按如下公式：
[0058][0059]
计算获得放射性废气中氢气浓度ch，实现放射性废气中氢气浓度的获得。
[0060]
对于作为目标气体的氧气来说，即通过荧光法溶解氧分析法，获得放射性废气中氧气所对应的溶解氧浓度值do
测
，并结合放射性废气的温度值t
测
、压力值p
测
，具体按如下步骤i至步骤iii，实现放射性废气中氧气浓度的获得。
[0061]
步骤i.按如下公式：
[0062]
do
计
＝1.013*exp{2*10-[5*10
3-1*106/(273.15 t
测
)]/(273.15 t
测
)}
[0063]
计算获得温度值t
测
所对应的饱和溶解氧浓度do
计
，然后进入步骤ii。
[0064]
步骤ii.按如下公式：
[0065]
pw＝1.013*exp{1*10-[4*103 2*105/(273.15 t
测
)]/(273.15 t测)}
[0066]
计算获得水蒸气所对应的饱和蒸汽压pw，然后进入步骤iii。
[0067]
步骤iii.按如下公式
[0068][0069]
计算获得放射性废气中氧气浓度co，实现放射性废气中氧气浓度的获得。
[0070]
关于上述具体所设计放射性废气中目标气体浓度测量方法，实际应用当中，本发明具体设计了实现此方法的装置，具体如图1所示，包括第一针型阀6、第二针型阀9、控制模块14，以及分别与控制模块14相连接的压力表12、温度计13、用于实现放射性废气中氢气所对应溶解氢浓度值获得的电化学溶解氢分析仪7、用于实现放射性废气中氧气所对应溶解氧浓度值获得的荧光法溶解氧分析仪10。
[0071]
其中，所述放射性废气通过管路分别对接第一针型阀6的其中一端、第二针型阀9的其中一端；第一针型阀6的另一端对接电化学溶解氢分析仪7的输入端，第二针型阀9的另一端对接荧光法溶解氧分析仪10的输入端；电化学溶解氢分析仪7的输出端与荧光法溶解氧分析仪10的输出端通过管路汇聚、并通过管路经压力表12、温度计13后输出。
[0072]
控制模块14用于接收来自压力表12的压力值p
测
、温度计13的温度值t
测
、以及来自电化学溶解氢分析仪7的放射性废气中氢气所对应的溶解氢浓度值dh
测
、来自荧光法溶解氧分析仪10的放射性废气中氧气所对应的溶解氧浓度值do
测
，并分别执行放射性废气中氢气浓度测量方法、氧气浓度测量方法，实现放射性废气中氢气浓度的计算获得、氧气浓度的计算获得。
[0073]
溶解氢分析仪包括电化学原理和热导原理两种，其中，热导原理溶解氢分析仪需要氮气吹扫，而且废气中可能存在的氦气等惰性气体会对测量产生干扰；电化学原理溶解氢分析结构简单，不需要氮气，没有惰性气体的干扰，因此，本发明采用电化学溶解氢分析仪。
[0074]
溶解氧分析仪包括荧光法原理和电化学原理两种，其中，荧光法溶氧表的稳定性高于电化学溶解氧分析仪，维护量也小于电化学溶解氧分析仪，因此，本发明采用荧光法溶
解氧分析仪。
[0075]
荧光法溶氧分析仪利用由特定有机色素材料构成的发光体发出的荧光，在有氧的情况下会淬灭，该发光体吸收激发光线，并且会通过发射荧光的方式将一部分吸收到的能量释放掉，当有氧存在时，该能量将会从受激发的发光体直接传输给氧离子，而不是通过发射荧光的方式释放出来，从而导致可测量的荧光信号量减少，通过检测该荧光信号，就能测出溶氧值。
[0076]
其中，溶解氧浓度与荧光光强符合stern-volmer方程：
[0077]
f0/f＝1 k
sv
*do
[0078]
式中，f0—无氧时的荧光强度，f—有氧时的荧光强度，do—溶氧浓度，k
sv
—stern-volmer常数。
[0079]
基于上述所设计实现放射性废气中目标气体浓度测量方法的装置基础之上，如图1所示，本发明进一步设计还包括第一三通阀1、压力调节器2、防爆泵3、第二三通阀4，所述放射性废气通过管路送入第一三通阀1的输入端，第一三通阀1的两个输出端分别通过管路对接压力调节器2的输入端、防爆泵3的输入端，压力调节器2的输出端、防爆泵3的输出端分别通过管路对接第二三通阀4的两个输入端，第二三通阀4的输出端通过管路分别对接所述第一针型阀6的其中一端、所述第二针型阀9的其中一端。
[0080]
并且在实际应用中，进一步加入过滤器5、第一流量计8、第二流量计11；其中，第二三通阀4的输出端通过管路对接过滤器5的输入端，过滤器5的输出端通过管路分别对接第一针型阀6的其中一端、第二针型阀9的其中一端；并且设计所述电化学溶解氢分析仪7的输出端通过管路对接第一流量计8的其中一端，荧光法溶解氧分析仪10的输出端通过管路对接第二流量计11的其中一端，第一流量计8的另一端与第二流量计11的另一端通过管路汇聚、并通过管路经所述压力表12、温度计13后输出。
[0081]
如上述方案设计，本发明在实现对废气中氢浓度、氧浓度进行测量获得的过程中，并未直接应用测量氢气和氧气浓度的仪表，而是应用用于测量液体中气体溶解浓度的溶氢分析仪和溶氧分析仪，获得废气中的溶解氢数据和溶解氧数据，同时结合对废气压力和温度的测量，按上述设计方案，计算获得废气中的氢气浓度和氧气浓度。
[0082]
并且对于上述所设计实现放射性废气中目标气体浓度测量方法的装置，实际应用中，如图1所示，放射性废气通过第一三通阀1、压力调节器2、第二三通阀4，进入过滤器5，随后过滤器5输出端分为两路：一路依次经第一针型阀6、溶解氢分析仪7，进入第一流量计8；另一路依次经第二针型阀9、溶解氢分析仪10，进入第二流量计11；然后第二流量计8输出端与第二流量计11的输出端两路合并，最后经压力表12和温度计13后，进行排放。
[0083]
实际应用中，调节压力调节器2、第一针型阀6、第二针型阀9，观察第一流量计8和第二流量计11，使得溶解氢分析仪7和溶解氢分析仪10得到合适的流量；并且当进气压力足够高，能保证溶解氢分析仪7和溶解氢分析仪10获得测量所需废气流量的同时，第一三通阀1的输出端和第二三通阀4的输入端均转向压力调节器2，防爆泵3不启动；当进气压力不够高，不能保证溶解氢分析仪7和溶解氢分析仪10获得测量所需的废气流量时，第一三通阀1的输出端和第二三通阀4的输入端均转向防爆泵3，防爆泵3启动。
[0084]
上述技术方案所设计一种放射性废气中目标气体浓度测量方法，采用全新设计思路，基于对废气中溶解氢与溶解氧的求解，结合废气的压力检测结果与温度检测结果，进行
综合数据处理应用，能够高效准确获得废气中的氢气浓度与氧气浓度；同时应用电化学溶解氢分析仪7、荧光法溶解氧分析仪10、以及压力表12、温度计13，获得实现放射性废气中目标气体浓度测量方法的装置的构建，整个设计大大简化了装置，使得造价和维护成本都大幅度降低，并且实际应用中干扰因素少，测量精度高，装置的稳定性得到有效提高，维护工作时间大幅度降低，减少了工作人员从事维护工作时因处于放射性环境经受的辐射量。
[0085]
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。