氚污染金属去污净化及氚回收系统

摘要

本发明公开了一种氚污染金属去污净化及氚回收系统，通过对加热解析装置中待去污金属加热的同时，通入气体进行交换载带，去污产生的氚混合尾气根据污染金属附着油污、氚污染程度不同进行不同处理，实现去污氚混合尾气的吸附净化达标排放或回收再利用；本发明实现了氚污染金属的快速去污，满足氚污染金属的污染降级或恢复再使用功能，通过三级过滤吸附解决了系统管道易于堵塞问题，同时实现了高活度浓度氚的净化回收再利用，降低了氚工艺现场工作人员的摄入剂量和环境排放量；适用于核电站、氚靶生产、中子发生器生产、核设施退役及聚变能源研究等场所产生的氚污染金属的去污净化和氚的回收。

说明书

技术领域

本发明属于辐射防护与环境保护技术领域，具体涉及一种氚污染金属去污净化及氚回收系统。

背景技术

国内外涉及到氚操作的设施都会产生一定量的氚污染金属，如不锈钢管线、阀门等。目前，国内外对氚污染金属的普遍处理方法是先去污，根据去污的测量结果再进行物件的分类处理或再利用。但是考虑到氚是重要的战略资源，需要进行氚的分离回收。另外由于氚在空气中主要以氚化水和氚气的形态存在，在常温、常压、正常湿度下，大约60天左右会有一半HT转化为HTO，而HTO的吸入危害是气态氚的1.0×10⁴倍，HTO还能通过皮肤吸收进入体内。因此基于HT和HTO的放射性危害和战略重要性，在辐射防护中，氚污染金属快速去污净化分离回收利用日益受到重视。

目前，针对氚污染金属表面的快速去污方法主要为擦拭去污，即通过蘸取1:3的丙三醇/无水乙醇混合溶液对污染表面进行擦拭。该去污方法存在问题是经过表面擦拭去污后氚的表面污染会随着时间升高，尤其是氚污染金属污染放置时间久污染程度高时，擦拭去污只能去除部分污染，无法实现高效率去污。

国内外的氚污染加热去污研究报道表明加热是对各种污染的金属、陶瓷元件和石墨砖的氚去除最有效手段。加热炉通常的额定工作温度为350℃～500℃。氚加热炉去污系统已经非常成功地用于小元件表面和近表面氚的去除。普林斯顿大学等离子体物理实验室（PPPL）发明的“Oxidative Tritium Decontamination System”加热氧化去污系统，采用该去污系统进行常规性去污验证试验测得氚的去污因子（DF）大于100，实现了高的去污效率，但其去污过程中不考虑氚的净化回收利用。而在实际应用中，一方面去污的污染金属往往带有其他的表面污染如油污、油漆会随着加热而挥发出来在管道中逐渐沉积而堵塞管道，另外一方面氚活度浓度高时要考虑回收利用。因此，实际去污中需要考虑氚的分离吸附净化，以避免系统管道堵塞，并在线监测，实现氚的回收再利用和达标排放。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氚污染金属去污净化及氚回收系统。

本发明的氚污染金属去污净化及氚回收系统，其特点是：所述的氚污染金属去污净化及氚回收系统的气体引入装置、加热解析装置、在线测量装置Ⅰ、气动阀Ⅳ、抽气泵Ⅰ、催化氧化器、分子筛收集装置、气动阀Ⅰ、抽气泵Ⅱ、气动阀Ⅱ、在线测量装置Ⅱ、气动阀Ⅲ、尾气排放管道通过管道顺序连接；

所述的气动阀Ⅳ为三通，入口为在线测量装置Ⅰ，出口的一路与抽气泵Ⅰ相连，出口的另一路与吸附过滤器、过滤分离器、吸附过滤床、气动阀Ⅴ、气体收集装置通过管道顺序连接；

所述的气动阀Ⅴ为三通，入口为吸附过滤床，出口的一路与气体收集装置相连，出口的另一路与抽气泵Ⅰ相连；

所述的气动阀Ⅲ为三通，入口为在线测量装置Ⅱ（9），出口的一路与尾气排放管道相连，出口的另一路与催化氧化器相连；

所述的氚污染金属去污净化及氚回收系统的A工作过程如下：

A1. 在氚加热解析装置中加热氚污染金属，氚污染金属表面的污染物气化成气体Ⅰ；

A2. 在气体引入装置中通入气体Ⅱ；

A3. 气体Ⅰ和气体Ⅱ的混合气体Ⅰ进入在线测量装置Ⅰ，在线测量装置Ⅰ测量混合气体Ⅰ中氚的浓度，氚的浓度≤10⁹Bq/L时，抽气泵Ⅰ带动气体Ⅰ和气体Ⅱ的混合气体进入催化氧化器、分子筛收集装置、气动阀Ⅰ、抽气泵Ⅱ、气动阀Ⅱ进行净化处理，得到混合气体Ⅱ；

A4. 在线测量装置Ⅱ测量混合气体Ⅱ的氚浓度，氚浓度≤10⁷Bq/L时，混合气体Ⅱ排放至空气中；氚＞10⁷Bq/L，混合气体Ⅱ通过气动阀Ⅲ进入催化氧化器、分子筛收集装置、气动阀Ⅰ、抽气泵Ⅱ、气动阀Ⅱ、在线测量装置Ⅱ重复净化处理直至混合气体Ⅱ中的氚浓度≤10⁷Bq/L时排放至空气中；

所述的氚污染金属去污净化及氚回收系统的B工作过程如下：

B1. 在氚污染金属表面附着油污、油漆时，在氚加热解析装置中加热氚污染金属，氚污染金属表面的污染物气化成气体Ⅰ；

B2. 在气体引入装置中通入气体Ⅱ；

B3. 气体Ⅰ和气体Ⅱ的混合气体Ⅰ顺序进入在线测量装置Ⅰ，在线测量装置Ⅰ测量混合气体Ⅰ中氚的浓度，氚的浓度≤10⁹Bq/L时，混合气体Ⅰ进入气动阀Ⅳ，同时打开气动阀Ⅳ与吸附过滤器的出口和吸附过滤床与抽气泵Ⅰ的出口，混合气体Ⅰ经吸附过滤器、过滤分离器、吸附过滤床、气动阀Ⅴ进入抽气泵Ⅰ、催化氧化器、分子筛收集装置、气动阀Ⅰ、抽气泵Ⅱ、气动阀Ⅱ进行净化处理，得到混合气体Ⅱ；

B4.在线测量装置Ⅱ测量混合气体Ⅱ的氚浓度，氚浓度≤10⁷Bq/L时，混合气体Ⅱ排放至空气中；氚＞10⁷Bq/L，混合气体Ⅱ通过气动阀Ⅲ进入催化氧化器、分子筛收集装置、气动阀Ⅰ、抽气泵Ⅱ、气动阀Ⅱ、在线测量装置Ⅱ重复净化处理直至混合气体Ⅱ中的氚浓度≤10⁷Bq/L时排放至空气中；

所述的氚污染金属去污净化及氚回收系统的C工作过程如下：

C1.在氚加热解析装置中加热氚污染金属，氚污染金属表面的污染物气化成气体Ⅰ；

C2. 在气体引入装置中通入气体Ⅱ；

C3. 气体Ⅰ和气体Ⅱ的混合气体Ⅰ顺序进入在线测量装置Ⅰ，在线测量装置Ⅰ测量混合气体Ⅰ中氚的浓度，氚的浓度＞10⁹Bq/L时，混合气体Ⅰ进入气动阀Ⅳ，同时打开气动阀Ⅳ与吸附过滤器的出口和吸附过滤床与气体收集装置的出口，在气体收集装置中收集混合气体Ⅰ。

所述的加热解析装置上连接光源引入装置，光源引入装置发射紫外光或激光，通过加热解析装置表面安装的光学玻璃窗照射加热解析装置中放置的氚污染金属。

所述的分子筛收集装置为密封容器，容器中放置亲水性分子筛。

所述的吸附过滤器、过滤分离器、吸附过滤床之间采用不锈钢管道连接。

所述的在线测量装置Ⅰ和在线测量装置Ⅱ中的电离室为流气式测氚电离室。

所述的气体引入装置的一种为高压气瓶，高压气瓶中引入空气、氩气、臭氧、氢气或加湿空气中的一种，所述的气体引入装置的另一种为气体发生装置，气体发生装置产生臭氧、氢气或加湿空气中的一种。

所述的催化氧化器为装填Pt无机疏水催化剂的催化反应器，所述的Pt无机疏水催化剂为含Pt≥1.0%的氧化铝催化剂。

所述的管道为EP级不锈钢管道。

本发明的氚污染金属去污净化及氚回收系统，通过对加热解析装置中待去污金属加热的同时，通入气体进行交换载带，去污产生的氚混合尾气根据污染金属附着油污、氚污染程度不同进行不同处理，实现氚混合尾气的吸附净化达标排放或回收再利用；本发明实现了氚污染金属的快速去污，满足氚污染金属的污染降级或恢复再使用功能，通过三级过滤吸附解决了管道易于堵塞问题，同时实现了高活度浓度氚的净化回收再利用，适用于核电站、氚靶生产、中子发生器生产、核设施退役及聚变能源研究等场所产生的氚污染金属的去污净化和氚的回收。

附图说明

图1为氚污染金属去污净化及氚回收系统示意图；

图中，1.加热解析装置 2.在线测量装置Ⅰ 3.抽气泵Ⅰ 4.催化氧化器 5.分子筛收集装置 6.气动阀Ⅰ 7.抽气泵Ⅱ 8.气动阀Ⅱ 9.在线测量装置Ⅱ 10.气动阀Ⅲ 11.气体收集装置 12.过滤分离器 13.吸附过滤器 14.吸附过滤床 15.尾气排放管道 16.气体引入装置 17.光源引入装置 18气动阀Ⅳ 19气动阀Ⅴ。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的氚污染金属去污净化及氚回收系统的气体引入装置16、加热解析装置1、在线测量装置Ⅰ2、气动阀Ⅳ18、抽气泵Ⅰ3、催化氧化器4、分子筛收集装置5、气动阀Ⅰ6、抽气泵Ⅱ7、气动阀Ⅱ8、在线测量装置Ⅱ9、气动阀Ⅲ10、尾气排放管道15通过管道顺序连接；

所述的气动阀Ⅳ18为三通，入口为在线测量装置Ⅰ，出口的一路与抽气泵Ⅰ3相连，出口的另一路与吸附过滤器13、过滤分离器12、吸附过滤床14、气动阀Ⅴ19、气体收集装置11通过管道顺序连接；

所述的气动阀Ⅴ19为三通，入口为入口为吸附过滤床，出口的一路与气体收集装置11相连，出口的另一路与抽气泵Ⅰ3相连；

所述的气动阀Ⅲ10为三通，入口为在线测量装置Ⅱ9，出口的一路与尾气排放管道15相连，出口的另一路与催化氧化器4相连；

所述的氚污染金属去污净化及氚回收系统的A工作过程如下：

A1. 在氚加热解析装置1中加热氚污染金属，氚污染金属表面的污染物气化成气体Ⅰ；

A2. 在气体引入装置16中通入气体Ⅱ；

A3. 气体Ⅰ和气体Ⅱ的混合气体Ⅰ进入在线测量装置Ⅰ2，在线测量装置Ⅰ2测量混合气体Ⅰ中氚的浓度，氚的浓度≤10⁹Bq/L时，抽气泵Ⅰ3带动气体Ⅰ和气体Ⅱ的混合气体进入催化氧化器4、分子筛收集装置5、气动阀Ⅰ6、抽气泵Ⅱ7、气动阀Ⅱ8进行净化处理，得到混合气体Ⅱ；

A4. 在线测量装置Ⅱ9测量混合气体Ⅱ的氚浓度，氚浓度≤10⁷Bq/L时，混合气体Ⅱ排放至空气中；氚的浓度＞10⁷Bq/L时，混合气体Ⅱ通过气动阀Ⅲ10进入催化氧化器4、分子筛收集装置5、气动阀Ⅰ6、抽气泵Ⅱ7、气动阀Ⅱ8、在线测量装置Ⅱ9重复净化处理直至混合气体Ⅱ中的氚浓度≤10⁷Bq/L时排放至空气中；

所述的氚污染金属去污净化及氚回收系统的B工作过程如下：

B1. 在氚污染金属表面附着油污等时，在氚加热解析装置1中加热氚污染金属，氚污染金属表面的污染物气化成气体Ⅰ；

B2. 在气体引入装置16中通入气体Ⅱ；

B3. 气体Ⅰ和气体Ⅱ的混合气体Ⅰ顺序进入在线测量装置Ⅰ2，在线测量装置Ⅰ2测量混合气体Ⅰ中氚的浓度，氚的浓度≤10⁹Bq/L时，混合气体Ⅰ进入气动阀Ⅳ18，同时打开气动阀Ⅳ18与吸附过滤器13的出口和吸附过滤床14与抽气泵Ⅰ3的出口，混合气体Ⅰ经吸附过滤器13、过滤分离器12、吸附过滤床14、气动阀Ⅴ19进入抽气泵Ⅰ3、催化氧化器4、分子筛收集装置5、气动阀Ⅰ6、抽气泵Ⅱ7、气动阀Ⅱ8进行净化处理，得到混合气体Ⅱ；

B4.在线测量装置Ⅱ9测量混合气体Ⅱ的氚浓度，氚的活度浓度≤10⁷Bq/L时，混合气体Ⅱ排放至空气中；氚的活度浓度＞10⁷Bq/L，混合气体Ⅱ通过气动阀Ⅲ10进入催化氧化器4、分子筛收集装置5、气动阀Ⅰ6、抽气泵Ⅱ7、气动阀Ⅱ8、在线测量装置Ⅱ9重复净化处理直至混合气体Ⅱ中的氚的活度浓度≤10⁷Bq/L时排放至空气中；

所述的氚污染金属去污净化及氚回收系统的C工作过程如下：

C1.在氚加热解析装置1中加热氚污染金属，氚污染金属表面的污染物气化成气体Ⅰ；

C2. 在气体引入装置16中通入气体Ⅱ；

C3. 气体Ⅰ和气体Ⅱ的混合气体Ⅰ顺序进入在线测量装置Ⅰ2，在线测量装置Ⅰ2测量混合气体Ⅰ中氚的浓度，氚的活度浓度＞10⁹Bq/L时，混合气体Ⅰ进入气动阀Ⅳ18，同时打开气动阀Ⅳ18与吸附过滤器13的出口和吸附过滤床14与气体收集装置11的出口，在气体收集装置11中收集混合气体Ⅰ。

所述的加热解析装置1上连接光源引入装置17，光源引入装置17发射紫外光或激光，通过加热解析装置1表面安装的光学玻璃窗照射加热解析装置1中放置的氚污染金属。

所述的分子筛收集装置5为密封容器，容器中放置亲水性分子筛。

所述的吸附过滤器13、过滤分离器12、吸附过滤床14之间采用不锈钢管道连接。

所述的在线测量装置Ⅰ2和在线测量装置Ⅱ9中的电离室为流气式测氚电离室。

所述的气体引入装置16的一种为高压气瓶，高压气瓶中引入空气、氩气、臭氧、氢气或加湿空气中的一种，所述的气体引入装置16的另一种为气体发生装置，气体发生装置产生臭氧、氢气或加湿空气中的一种。

所述的催化氧化器4为装填Pt无机疏水催化剂的催化反应器，所装填的Pt无机疏水催化剂为含Pt≥1.0%的氧化铝催化剂。

所述的管道为EP级不锈钢管道。

本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。