CN109300564A - 一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置和方法，所述装置包括：蒸汽发生控制模块、流速和冷凝模块、数据采集和处理模块以及过滤器测试模块；蒸汽发生控制模块包括蒸汽发生器和功率调节器；流速和冷凝模块包括依次连接的加热软管、恒流泵和冷凝管，恒流泵和冷凝管之间通过耐压玻璃管连接；所述流速和冷凝模块第一端通过加热软管与蒸汽发生控制模块连接，第二端通过冷凝管与数据采集和处理模块第一端连接，数据采集和处理模块第二端通过耐压玻璃管连接的过滤器测试模块。本发明提供的装置和方法可模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的过程，运用于实验研究，可获取相关的基础参数，并用于研发高效过滤器的滤芯材料和后处理火灾事故的预防措施制定。

Description

一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置和方法

技术领域

本发明属于核技术领域，具体涉及一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置和方法。

背景技术

乏燃料后处理厂是实现核燃料的回收利用，并有利于核废物的妥善处置的处理厂，是实现核燃料闭式循环的一个重要环节。普雷克斯流程(Purex)是用磷酸三丁酯萃取法从辐照核燃料中回收铀、钚的一种化工过程，是现今最有效、最成功的后处理流程。

脉冲柱在后处理厂又称萃取柱，能够将乏燃料溶解液中铀和钚，通过萃取的方式分离出来，是后处理Purex流程中极为重要的环节。脉冲柱内的溶液由煤油-磷酸三丁酯混合溶剂和硝酸/硝酸盐溶液组成。假设脉冲柱出现破口，内部溶液全部泄漏，遇到火源或者达到一定温度便能引燃。其能直接或间接地影响与安全相关的建(构)筑物、系统和部件的起火。

由于空间狭小，一旦发生火灾，周围温度迅速上升。在高温下，泄漏出的溶液中部分煤油和磷酸三丁酯发生蒸发，煤油和磷酸三丁酯热解生成挥发性蒸汽，以及硝酸高温分解出氮氧化物，这些蒸汽和气体与水蒸气形成酸性的混合蒸汽，在烟道流动过程中，逐渐降温冷凝形成小液滴。在经过烟气过滤器的时候，会粘附在过滤器中，从而堵塞过滤器，导致烟气不能及时排出使得烟道过压，使得过滤器发生变形甚至破坏过滤器，而含有放射性的气溶胶会释放到环境中。此外，这些附着在过滤器上的液滴呈酸性和强氧化性，能够腐蚀过滤器，导致过滤器失效，最终含放射性的气溶胶释放入环境中。

因此，有必要发明了一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置和方法，对其进行实验研究，获取相关的基础参数，并用于研发高效过滤器的滤芯材料和后处理火灾事故的预防措施制定。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置和方法，可模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的过程，运用于实验研究，可获取相关的基础参数，并用于研发高效过滤器的滤芯材料和后处理火灾事故的预防措施制定。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置，所述装置包括蒸汽发生控制模块、流速和冷凝模块、数据采集和处理模块以及过滤器测试模块；

所述蒸汽发生控制模块包括蒸汽发生器和功率调节器；

所述流速和冷凝模块包括依次连接的加热软管、恒流泵和冷凝管，恒流泵和冷凝管之间通过耐压玻璃管连接；

所述流速和冷凝模块第一端通过加热软管与蒸汽发生控制模块连接，第二端通过冷凝管与数据采集和处理模块第一端连接，数据采集和处理模块第二端通过耐压玻璃管连接的过滤器测试模块。

进一步的，所述装置还包括空气过滤器，所述空气过滤器第一端为进气口，第二端通过耐压玻璃管连接所述蒸汽发生器。

进一步的，所述装置还包括尾气处理模块，所述尾气处理模块第一端通过玻璃管连接所述过滤器测试模块，第二端为出气口。

进一步的，所述数据采集和处理模块包括温度、压力、流速的测试仪表和数据采集器。

进一步的，所述过滤器测试模块中滤芯可更换，所述滤芯为玻璃纤维、活性炭、涤纶纤维或金属丝网。

本发明采用的另一种技术方案是：一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将过滤器测试模块中安装预设滤芯；

(2)取预设体积的预设溶液加入蒸汽发生控制模块，直至所述溶液并稳定蒸发；

(3)启动恒流泵，将其调节至预设流速，采用加热软管将蒸汽发生器的蒸汽接入恒流泵；

(4)数据采集器自动记录测试数据，实验结束取下过滤器的滤芯进一步分析处理。

进一步的，预设溶液为水、硝酸溶液、煤油、磷酸三丁酯溶液、丁醇溶液或乙酸乙酯溶液中的至少一种。

进一步的，所述滤芯为玻璃纤维、丙纶纤维、涤纶纤维、泡沫塑料、活性炭和金属丝网中的任意一种。

进一步的，步骤(4)中滤芯进一步分析处理具体包括：

将过滤器滤芯用电子天平测试实验前后的重量变化，分析过滤器对蒸汽的吸收能力；

采用光学显微镜、扫描电镜等方式观测过滤器实验前后的结构变化，分析蒸汽对过滤器的腐蚀情况。

进一步的，实验完成后可得到的物理参数包括通道内的气体温度、气体压力、气体流速及过滤器的增重量。

本发明的效果在于，采用本发明所述的装置和方法，可模拟不同蒸汽成分、不同蒸汽浓度、不同通风速率下蒸汽对过滤器的影响，还可模拟不同滤芯材料蒸汽的过滤效果和不同滤芯厚度蒸汽堵塞过滤器的情况，将其运用于实验研究，可获取相关的基础参数，并用于研发高效过滤器的滤芯材料和后处理火灾事故的预防措施制定。

附图说明

图1是本发明所述装置一实施例的结构示意图；

图2是本发明所述方法一实施例的技术路线图；

图3是本发明所述方法一实施例的流程示意图。

图中：1-尾气处理装置；2-可装载不同实验滤芯的过滤器；3-温度、压力、流速的测试仪表；4-数据采集器；5-冷凝管；6-耐压玻璃管；7-恒流泵；8-加热软管；9-蒸汽发生器；10-功率调节器；11-空气过滤器。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

参阅图1所示，图1是本发明所述装置一实施例的结构示意图。所述装置包括：蒸汽发生控制模块、流速和冷凝模块、数据采集和处理模块以及过滤器测试模块。

所述蒸汽发生控制模块包括蒸汽发生器9和功率调节器10。蒸汽发生器9可以存放各种实验用的溶液，如放水、硝酸溶液、煤油、磷酸三丁酯、丁醇或乙酸乙酯等。功率调节器10可以对蒸汽发生器9内的溶液进行加热蒸发，通过调节功率的大小可以调节蒸汽的产率。

所述流速和冷凝模块包括依次连接的加热软管8、恒流泵7和冷凝管5，恒流泵7和冷凝管5之间通过耐压玻璃管6连接。恒流泵7启动时用于抽取蒸汽发生器9内产生的蒸汽，同时调节恒流泵7的功率可控制耐压玻璃管6内的空气流速。对于易冷凝的蒸汽采用加热软管8输送，防止蒸汽在管道内直接冷凝。对于不易冷凝的蒸汽采用冷凝管5冷却降温。

所述流速和冷凝模块第一端通过加热软管8与蒸汽发生控制模块连接，第二端通过冷凝管5与数据采集和处理模块第一端连接，数据采集和处理模块第二端通过耐压玻璃管6连接的过滤器测试模块。

所述装置还包括空气过滤器11，所述空气过滤器11第一端为进气口，第二端通过耐压玻璃管6连接所述蒸汽发生器9。空气过滤器11可装置避免受外界空气干扰和防止蒸汽发生器9中蒸汽外逸。

所述装置还包括尾气处理模块1，所述尾气处理模块1第一端通过玻璃管连接所述过滤器测试模块，第二端为出气口。通过过滤器2的废气经尾气处理模块1处理后，达到空气排放标准排入空气。所述数据采集和处理模块包括温度、压力、流速的测试仪表3和数据采集器4。在过滤器测试模块前端装有测试仪表3包括温度计、流速计和压力计。蒸汽流经该处，通过数据采集器4可以实时监测蒸汽的温度和流速以及管道内的压力。通过分析管道压力的变化情况分析过滤器2的堵塞情况。

所述过滤器测试模块为可装载不同实验滤芯的过滤器2。所述过滤器测试模块中滤芯可更换，所述滤芯为玻璃纤维、活性炭、涤纶纤维或金属丝网等。实验前后，采用电子天平测试重量变化，分析过滤器2对蒸汽的吸收能力。实验前后，可采用光学显微镜、扫描电镜等方式观测过滤器2的结构变化，从而分析蒸汽对过滤器的腐蚀情况。

所述装置实验流程为，实验开始时，蒸汽发生器9产生大量的蒸汽，在恒流泵7的带动下，空气经过空气过滤器11与蒸汽混合，然后进入输送管道，再经过冷凝管5发生冷却，最终形成的小液滴覆盖在过滤器2表面，从而堵塞和腐蚀过滤器2，而过滤出的气体最后经尾气处理装置1排放出来。

区别于现有技术，本发明提供的一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置，该装置设计紧凑，可模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的过程，运用于实验研究，可获取相关的基础参数，并用于研发高效过滤器的滤芯材料和后处理火灾事故的预防措施制定。

本发明提供的方法是针对不同滤芯材料的实验，实验变量包括蒸汽成分、蒸汽浓度、恒流泵流速，测试参数包括气流压力、气体流速、气流温度、过滤器的质量变化及过滤器的结构变化。

参阅图2-3，图2是本发明所述方法一实施例的技术路线图，图3是本发明所述方法一实施例的流程示意图。所述方法包括以下步骤：

步骤101：将过滤器测试模块中安装预设滤芯。

所述过滤器测试模块为可装载不同实验滤芯的过滤器2。所述过滤器测试模块中滤芯可更换，所述滤芯为玻璃纤维、丙纶纤维、涤纶纤维、泡沫塑料、活性炭和金属丝网中的任意一种。

在实验开始前还包括给冷凝管接入冷却水，检查相关仪器设备，查看是否正常。

步骤102：取预设体积的预设溶液加入蒸汽发生控制模块，直至所述溶液并稳定蒸发。

具体的将预设体积的预设溶液加入蒸汽发生控制模块的蒸汽发生器中。预设溶液可以为水、硝酸溶液、煤油、磷酸三丁酯溶液、丁醇溶液或乙酸乙酯溶液中的至少一种。

例如，在一个具体的实施例中，预设溶液可以为硝酸溶液。在其他实施例中，预设溶液也可以为硝酸溶液和煤油的混合物。

步骤103：启动恒流泵，将其调节至预设流速，采用加热软管将蒸汽发生器的蒸汽接入恒流泵。

为了模拟不同通风速率蒸汽对过滤器的影响，采用加热软管将蒸汽发生器中能稳定蒸发的蒸汽接入恒流泵，再调节恒流泵至预设流速。

步骤104：数据采集器自动记录测试数据，实验结束取下过滤器的滤芯进一步分析处理。

对过滤器的滤芯进一步分析具体为：将过滤器滤芯用电子天平测试实验前后的重量变化，分析过滤器对蒸汽的吸收能力。采用光学显微镜、扫描电镜等方式观测过滤器实验前后的结构变化，分析蒸汽对过滤器的腐蚀情况。

实验完毕后，清洗设备，对数据进行整理、分析，并总结成实验报告。实验完成后可得到的物理参数包括通道内的气体温度、气体压力、气体流速及过滤器的增重量。

针对不同滤芯材料的实验，可调节实验变量，实现不同的实验目的。采用本发明提供的方法具体可以分析内容如下：(1)通风过程中不同蒸汽成分堵塞过滤器的情况；(2)不同蒸汽浓度下，蒸汽对过滤器的影响；(3)不同通风速率蒸汽对过滤器的影响；(4)不同滤芯材料的过滤器对蒸汽的过滤效率；(5)不同滤芯厚度，蒸汽堵塞过滤器的情况；(6)不同蒸汽成分对不同滤芯材料的腐蚀情况。

区别于现有技术，本发明提供的模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的方法，可模拟不同蒸汽成分、不同蒸汽浓度、不同通风速率下蒸汽对过滤器的影响，还可模拟不同滤芯材料蒸汽的过滤效果和不同滤芯厚度蒸汽堵塞过滤器的情况，将其运用于实验研究，可获取相关的基础参数，并用于研发高效过滤器的滤芯材料和后处理火灾事故的预防措施制定。

本领域技术人员应该明白，本发明所述的装置和方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置，其特征在于，所述装置包括：蒸汽发生控制模块、流速和冷凝模块、数据采集和处理模块以及过滤器测试模块；

所述蒸汽发生控制模块包括蒸汽发生器和功率调节器；

所述流速和冷凝模块包括依次连接的加热软管、恒流泵和冷凝管，恒流泵和冷凝管之间通过耐压玻璃管连接；

所述流速和冷凝模块第一端通过加热软管与蒸汽发生控制模块连接，第二端通过冷凝管与数据采集和处理模块第一端连接，数据采集和处理模块第二端通过耐压玻璃管连接的过滤器测试模块。

2.根据权利要求1所述一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置，其特征在于，

所述装置还包括空气过滤器，所述空气过滤器第一端为进气口，第二端通过耐压玻璃管连接所述蒸汽发生器。

3.根据权利要求1所述一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置，其特征在于，

所述装置还包括尾气处理模块，所述尾气处理模块第一端通过玻璃管连接所述过滤器测试模块，第二端为出气口。

4.根据权利要求1所述一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置，其特征在于，

所述数据采集和处理模块包括温度、压力、流速的测试仪表和数据采集器。

5.根据权利要求1所述一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的装置，其特征在于，所述过滤器测试模块中滤芯可更换，所述滤芯为玻璃纤维、活性炭、涤纶纤维或金属丝网。

6.一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将过滤器测试模块中安装预设滤芯；

(2)取预设体积的预设溶液加入蒸汽发生控制模块，直至所述溶液并稳定蒸发；

(3)启动恒流泵，将其调节至预设流速，采用加热软管将蒸汽发生器的蒸汽接入恒流泵；

(4)数据采集器自动记录测试数据，实验结束取下过滤器的滤芯进一步分析处理。

7.根据权利要求6所述一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的方法，其特征在于，预设溶液为水、硝酸溶液、煤油、磷酸三丁酯溶液、丁醇溶液或乙酸乙酯溶液中的至少一种。

8.根据权利要求6所述一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的方法，其特征在于，所述滤芯为玻璃纤维、丙纶纤维、涤纶纤维、泡沫塑料、活性炭和金属丝网中的任意一种。

9.根据权利要求6所述一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的方法，其特征在于，步骤(4)中滤芯进一步分析处理具体包括：

将过滤器滤芯用电子天平测试实验前后的重量变化，分析过滤器对蒸汽的吸收能力；

采用光学显微镜、扫描电镜等方式观测过滤器实验前后的结构变化，分析蒸汽对过滤器的腐蚀情况。

10.根据权利要求6所述一种模拟蒸汽堵塞和腐蚀过滤器的方法，其特征在于，实验完成后可得到的物理参数包括通道内的气体温度、气体压力、气体流速及过滤器的增重量。