Установка автоматизированная пробоотбора трития и углерода-14 Российский патент 2021 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к устройствам отбора проб разных форм трития и углерода-14, находящихся в воздухе приземной атмосферы, рабочих помещений, вентиляционных труб, выбросах предприятий ядерно-топливного цикла. Может использоваться для выделения и концентрирования трития и углерода-14 из газовоздушной смеси (далее - ГВС) для последующего определения объемной активности жидкосцинтилляционным методом.

Известен аналог данного изобретения - пробоотборник пассивный («Пост пробоотборный», полезная модель №15023 от 23.02.2000, опубл. в БИ №25 10.09.2000), содержащий корпус, сообщенный с окружающим воздухом, в котором размещены система отбора аэрозолей, включающая аэрозольный фильтр и счетчик расхода воздуха, система отбора паров тритированной воды, включающая блок поглощения паров, счетчик расхода воздуха, элемент, задающий расход воздуха, при этом обе системы подсоединены к одному воздушному насосу, и блок отбора трития в форме газа, представляющий собой колонку, заполненную твердым сорбентом паров воды.

Недостатками поста пробоотборного являются невозможность отбора проб воздуха для определения содержания углерода 14, что делает невозможным достижение технического результата, обеспечиваемого заявляемым изобретением.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является расходомер-пробоотборник трития и углерода-14 TASC-HTO-HT-C14 (Описание типа средства измерений, приложение к свидетельству №53851). Эта система состоит из корпуса, в котором смонтированы: модуль отбора аэрозолей и измерения их суммарной альфа-активности и модуль отбора проб воздуха для последующего определения содержания трития.

Расходомер-пробоотборник состоит из центрального блока и панели отбора проб углерода-14. Центральный блок и панель отбора проб углерода-14 соединены шлангами воздуховодов. На передней панели центрального блока находится набор из 6 виал для отбора проб трития, индикатор расхода, индикатор температуры, таймер, переключатели управления, индикатор низкого потока, входные/выходные штуцеры, узел каталитического окисления.

Тритий, в форме тритиевой воды улавливается водой или этиленгликолем, которыми наполнены виалы вместимостью 20 см³. Виалы для отбора проб разделяются на 2 группы по 3 виалы для каждой формы трития находящегося в воздухе (3 для паров тритированной воды и 3 для газообразной формы трития). На панели для отбора проб углерода-14 расположены 4 флакона, содержащие осушитель Drierite™ и «Ascarite» картридж.

Недостатками данной системы являются:

1) сложность эксплуатации из-за отсутствия объединения виал в кассеты для оперативной замены;

2) отсутствие защиты расходомера газа теплового от паров в системе пробоотбора, что приводит искажению результата измерения объема прокачанного воздуха;

3) отсутствие централизованного автоматизированного управления установкой, а так же ведение архива динамики изменения параметров;

4) небольшие по размеру виалы без охлаждения приводят к испарению сорбирующей жидкости при экспозиции более суток;

5) использование при отборе углерода-14 сухого сорбента Ascarite - требует дополнительных трудоемких операций для извлечения углерода-14 и перевода его в жидкость для дальнейшего анализа, что ухудшает достоверность и воспроизводимость результатов;

6) применение пластиковых виал и связанные с этим сложности дезактивации.

Перечисленные недостатки усложняют обслуживание данной системы и не обеспечивают получения достоверных результатов.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является автоматизированный отбор проб трития в форме газообразного трития (НТ) и паров тритиевой воды (НТО) и углерода-14 в форме СО₂, СО и углеводородов, находящихся в воздухе приземной атмосферы, рабочих помещений, вентиляционных труб, выбросов предприятий ядерно-топливного цикла. Выделение и концентрирование из ГВС трития и углерода-14 для последующего определения объемной активности жидкосцинтилляционным методом.

Техническим результатом применения данного изобретения является:

1) простота эксплуатации, обеспечивающая непрерывный контроль ГВС;

2) автоматизированный отбор проб с возможностью контроля на внешнем устройстве и ведение архива динамики изменения параметров системы пробоотбора;

3) одновременный отбор трития и углерода-14, отделение их друг от друга,

4) концентрирование трития и углерода в растворах барботеров, снижая минимально детектируемую активность анализируемых радионуклидов;

5) количественное определение разных форм трития (НТ в НТО) и углерода-14 (СО и углеводородов);

6) увеличение времени экспозиции пробы;

7) повышение безопасности работ.

Технический результат достигается за счет:

- объединения барботеров в кассету с применением быстроразъемных соединений, что ускоряет замену барботеров и осушителей;

- применения барботеров большего размера с тремя рассекателями, что уменьшает унос капель сорбента в барботере, увеличивает время отбора ГВС, и поддерживает стабильность коэффициента отбора;

- применения программируемого логического контроллера с панелью оператора, обеспечивающего централизованное автоматизированное управление установкой, а так же ведение архива динамики изменения параметров;

- разделения системы отбора на две независимых друг от друга пробоотборных линии: отбора трития и углерода-14;

- применения двух узлов каталитического окисления для конверсии НТ в НТО, СО и углеводородов в СО₂;

- применения защиты расходомеров газа тепловых от повышенной влажности с помощью осушителей, позволяет получать достоверные данные о прокачанном объеме ГВС через систему пробоотбора.

Технический результат достигается тем, что в изобретении, содержащем корпус, сообщенный с окружающим воздухом, в котором размещены фильтродержатель с фильтром для улавливания аэрозолей, линия отбора трития, включающая в себя барботеры первой кассеты, улавливающие тритий в форме тритиевой воды, узел каталитического окисления, переводящий тритий в форме газообразного трития в тритиевую воду, и барботеры второй кассеты, улавливающие тритий, переведенный в форму тритиевой воды, расходомер газа тепловой и линия отбора углерода-14, включающая в себя барботеры первой кассеты, улавливающие углерод-14 в форме двуокиси углерода, узел каталитического окисления для перевода углеводородов и монооксида в двуокись углерода, и барботеры второй кассеты, улавливающие углерод-14 в форме двуокиси углерода-14, расходомер газа тепловой.

Барботеры одной линии объединены в кассеты с возможностью быстрой замены. Барботер представляет собой емкость вместимостью 200 см³ из нержавеющей стали с тремя последовательно вваренными рассекателями, для предотвращения уноса капель раствора из барботеров, и штуцерами для присоединения в кассету. Барботеры первой линии заполнены дистиллированной водой для абсорбции трития, второй линии - гидроокисью натрия молярной концентрацией 2 моль/дм³ для абсорбции углерода-14. Узел каталитического окисления представляет собой цилиндрическую трехзонную печь с программным управлением нагрева и емкостью, заполненной катализатором CuO, через которую прокачивается ГВС. Обе линии присоединены к одному воздушному насосу. Для защиты расходомеров газовых тепловых от влажности, на каждой линии установлены осушители, оснащенные быстроразъемными соединениями, для возможности быстрой замены. Благодаря панели оператора и программируемому логическому контроллеру можно централизованно управлять приборами установки, а так же вести наблюдение за текущим состоянием параметров установки по интерфейсу RS-485.

Функциональная схема установки представлена на чертеже. Установка состоит из фильтродержателя с фильтром 1, соединений быстроразъемных 2, осушителей 3, расходомеров газа тепловых 4, кассеты барботеров линии трития 5, узлов каталитического окисления 6, воздушного насоса 7, кассеты барботеров линии углерода-14 8, панели оператора 9 и программируемого логического контроллера 10. Все узлы объединены с помощью трубок из нержавеющей стали.

Автоматизированная установка пробоотбора трития и углерода-14 работает следующим образом. Программируемый логический контроллер предназначен для контроля и управления оборудованием установки. Панель оператора предназначена для изменения уставок пробоотбора, а так же ведение архива динамики изменения параметров. Воздушный насос 7 создает разряженную среду внутри трубопровода установки. ГВС начинает поступать через фильтродержатель с фильтром 1, предназначенным для улавливания радиоактивных аэрозолей. Далее ГВС разделяется на две линии пробоотбора трития и углерода-14. По первой линии ГВС проходит через три барботера первой кассеты 5, в которых улавливается тритий в форме паров тритированной воды. Далее ГВС поступает в узел каталитического окисления 6, где происходит конверсия газообразного трития в форму паров тритированной воды. Затем ГВС проходит через следующие три барботера первой кассеты линии трития 5. Далее ГВС проходит через осушитель 3, наполненный силикагелем или цеолитом марки NaX, для улавливания паров уносимой влаги из барботеров. Осушители оснащены быстроразъемными соединениями для оперативной замены. Далее ГВС проходит через расходомер газа тепловой 4, с помощью которых задается необходимый расход ГВС в линии. По второй линии ГВС проходит через пять барботеров второй кассеты 8, в которых улавливается углерод-14 в форме диоксида углерода (IV). Далее ГВС проходит через узел каталитического окисления 6, предназначенный для перевода оксида углерода (II) и углеводородов в форму диоксида углерода (IV), который улавливается в последующих трех барботерах второй кассеты линии углерода-14 8. Далее ГВС проходит через осушитель 3 и расходомер газа тепловой 4. Использование двух расходомеров позволяет проводить смену кассет барботеров 5 и 8 независимо друг от друга, а так же задавать необходимый расход на каждой из линий. После окончания пробоотбора линию останавливают и производят замену кассет барботеров.

Кассеты доставляют в лабораторию для последующего приготовления счетных образцов из растворов барботеров и сцинтилляционной жидкости для измерения активности трития и углерода-14. Измеренная активность трития в первых трех барботерах кассеты 5 соответствует тритию в форме НТО, во вторых газообразной форме НТ. Измеренная активность углерода в третьем и четвертом барботерах кассеты 8 соответствует углероду-14 в форме диоксида углерода (IV), в последних трех - форме оксида углерода (II) и углеводородов.

Использование предлагаемой установки позволяет повысить достоверность результатов измерений объемной активности трития и углерода-14 в газообразных выбросах с использованием жидкосцинтилляционного измерения, безопасность при эксплуатации, упростить и ускорить обслуживание установки и дистанционно вести наблюдение за текущим состоянием параметров установки по интерфейсу RS-485.

Изобретение предназначено для автоматизированного отбора проб воздушной среды, поступающей из вентиляционной трубы, измерения объема прокачанной воздушной среды и приготовления на ее основе растворов, содержащих радионуклиды трития и углерод-14. Функциональная схема установки состоит из фильтродержателя с фильтром, соединений быстроразъемных, осушителей, расходомеров газа тепловых, кассеты барботеров линии трития, узлов каталитического окисления, воздушного насоса, кассеты барботеров линии углерода-14, панели оператора и программируемого логического контроллера. Установка пробоотбора содержит линию отбора трития, включающую в себя барботеры улавливающие тритий в форме тритированной воды, узел каталитического окисления, расходомер газа тепловой и барботеры улавливающие газообразный тритий после окисления, линию отбора углерода-14, включающую в себя барботеры улавливающие углерод-14 в форме СО₂, узел каталитического окисления, расходомер газа тепловой и барботеры улавливающие углерод-14 в форме СО после окисления. В установку дополнительно введены металлические трубки с быстроразъемным соединением, которые исключают вероятность попадания измеряемой среды внутрь помещения, где находится установка, за счет того, что при разомкнутом состоянии быстроразъемное соединение не пропускает воздух. Барботеры одной линии объединены в кассеты с возможностью быстрой замены. Изобретение обеспечивает повышение скорости и качества отбора проб воздушной среды. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка автоматизированная пробоотбора трития и углерода-14, содержащая фильтродержатель с фильтром, расходомер газа тепловой, насос, узел каталитического окисления, отличающаяся тем, что установка содержит корпус, сообщенный с окружающим воздухом, в котором размещены фильтродержатель с фильтром для улавливания аэрозолей, соединенный с двумя линиями: линией отбора трития, включающей в себя барботеры с тремя рассекателями первой кассеты, улавливающие тритий в форме тритиевой воды, узел каталитического окисления, переводящий тритий в форме газообразного трития в тритиевую воду, и барботеры с тремя рассекателями, улавливающие тритий, переведенный в форму тритиевой воды, осушитель, расходомер газа тепловой; и линией отбора углерода-14, включающей в себя барботеры с тремя рассекателями второй кассеты, улавливающие углерод-14 в форме диоксида углерода IV, узел каталитического окисления для перевода оксида углерода (II) и углеводородов в форму диоксида углерода IV, улавливающегося в последующих барботерах с тремя рассекателями, осушитель, расходомер газа тепловой, при этом указанные узлы связаны между собой трубками из нержавеющей стали, а на кассетах барботеров и осушителях установлены быстроразъемные соединения.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно введен программируемый логический контроллер с панелью оператора, обеспечивающий централизованное автоматизированное управление установкой, а так же ведение архива динамики изменения параметров.