放射性废液取样装置初步研究

2013-07-14吴军龙南旭阳张靖波李江波

中国测试 2013年2期

吴军龙，南旭阳，谢华，何赟，张靖波，李江波

（1.西南科技大学核废物与环境安全国防重点学科实验室，四川绵阳 621010；2.中核四川环保工程有限责任公司，四川成都 610006）

0 引言

高放射性废液取样是进行高放研究（如水泥固化、玻璃固化等）经常遇到的问题。因为其高度的危险性，所以对取样装置的可靠性要求较高。20世纪60年代到90年代往往采用人工简单的吊样方式，不仅对取样人员的身体危害较大，而且由于取样罐内漆黑，取样精度也无法保障。随着国家核电业务的发展[1]，越来越多的放射性废液产生，需要取样频率、数量进一步加大，这就给实际取样工作带来很大困难，以前的取样方法已无法满足实际需要。本文结合实际工程问题，研制一种适合样品种类多、取样量大、取样定位准确的取样装置[2-4]。

1 取样装置的总体要求

根据放射性废液取样实际情况，取样装置要满足以下要求：（1）体积小、结构简单、安装拆解、操作方便，3～5人即可完成全部工作。取样完成后，不影响废液贮存工艺运行。（2）定点定位准确。能准确地取不同深度的定点位置，且避免大罐中废液搅动造成样品上下混合，污染样品品质。（3）利于辐射防护要求避免放射污染及人员受照。（4）取样时间短，每次取样时间不超过3h。（5）成本低，几次取样后，污染后要被弃置的部分少。

2 取样装置设计与实现

2.1 取样装置组成

取样装置主要由真空泵、取样容器、排气过滤器、阀门（阀门1、阀门2、真空补气阀）、管线等5部分组成，如图1所示。真空泵为ZX-4型便携式真空泵，使用220V交流电源，重量约10kg，设有真空进气、排气接口，真空度可达到95%。取样容器为适当容量的磨口玻璃瓶，瓶壁厚薄要求均匀，耐压情况好。使用之前经过检验与标定，且在瓶壁外侧将容量刻度进行标识。为了便于搬运，按照样瓶尽寸作合适的固定装置，并按辐射防护要求加铅皮屏蔽。过滤器，由气溶胶取样盒加双层滤纸组成，将其串联到取样抽气管中，过滤气体使真空泵免于污染。阀门由3个考克阀组成，连接成三通形式。阀门之间用软管连接，两端用卡箍固定，其作用是调节取样瓶内真空度，控制取样量。管线软管用1/2″PVC管，配合φ10×3P短节，组成相应的管路系统。同时在取样管末端加较长一些的不锈钢管，起到配重的作用，可以准确定位于液面下某点。

2.2 取样装置工作过程

图1 取样装置原理图

由于高放废液对人体的严重危害性及防止放射废液二次污染，取样过程可靠性尤为重要。必须保证一次取样成功。一次取样过程分为两步实施，第一步是验证调试，另一步是实际取样。

验证调试过程：（1）打开阀门1和真空补气阀，关闭阀门2，起动真空泵，正常工作应当是真空补气阀甩头有明显吸气现象。（2）真空泵正常工作后，打开阀门2，关闭真空补气阀，样瓶内形成负压，这时候取样管末端应有明显吸气现象。（3）检查样瓶橡胶塞和各接头，应无漏气现象。调试完成后停止真空泵。

图2 取样现场

实际取样过程：（1）关闭阀门2，将取样管从仪表套管下放至标定深度并固定。（2）打开阀门1和真空补气阀，起动真空泵，再打开阀门2。（3）手动控制真空补气阀，将其缓慢关闭，这时样瓶形成负压，从取样管慢慢有料液进入样瓶。观察进料管，手动控制真空补气阀开度，调节样瓶真空度，可以调节抽料速度。（4）料液接近样瓶刻度线时同时手动调节真空补气阀和阀门2开关，料液达到预定量的刻度线，关阀门2，开真空补气阀，停真空泵。（5）关阀门1，打开阀2，使样瓶内外压力平衡。（6）拆除排气管、过滤器芯、抽气管、阀门组合、样瓶橡胶塞、取样管，并进行简单擦拭去污，一同做固体废物处理。（7）盖上样瓶原磨口盖，核对样品标签，送至指定地点，取样结束。（8）若一次取若干个样，只需准备新样瓶及取样管，重复以上操即可完成。

取样现场如图2所示，图2（a）为电机伺服系统，完成对真空泵的控制及照明控制，通过控制电机的转速，调节装置内真空度的速度及抽真空的程度，电机使用的供电系统是220V的交流电，在实际工作中可以十分方便连接到就近的插座上。图2（b）为真空缓冲罐，完成对气流的调节，其上接真空表，指示罐内的真空程度，用来反馈电机转速的快慢，当真空程度达到设定要求后，电机不再运行，使得装置系统达到合理的真空度。图2（c）为取样瓶及支架，完成样品的取样及对取样瓶的固定。为了保护人员的安全，必须对取样瓶进行固定，在整个装置工作过程中，取样人员离取样瓶等要保持安全距离，以防意外发生。图2（d）为热实验中确保实验人员安全而转移运送的防护铅皮，防止取样过程中放射性废液意外溅出。