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低溫活性炭測試設備是一種用于從混合氣體中例如氧氣，氮氣和裂變產物氣體等雜質中凈化氦氣的設備。由于氧和氮的分子較小，因此需要低溫(極低溫)條件。低溫活性炭測試設備有一個低溫容器，活性炭塔，液氮儲罐和氦儲罐(純凈的混合的)。本期討論了安裝在低溫容器內的活性炭柱中溫度變化的研究。研究的目的是發現活性炭塔內部可以達到的低溫度，從而可以實現較好的純化過程。
活性炭凈化氦氣系統
該系統具有一列用于兩種凈化目的功能，即正常情況和事故情況。普通功能包括機械過濾器，電加熱器，氧化銅床轉換器。帶有水分分離器的冷卻器，分子篩床和低溫裝置。活性炭過濾器通過使用CuO氧化劑去除顆粒雜質，CO和H2轉化為CO2和H2O，分子篩吸附CH4和CO2，而低溫活性炭吸附氧氣，氮氣和其他氣態裂變產物。凈化系統的最后一個子系統階段是低溫容器，其功能是覆蓋活性炭塔。低溫裝置由活性炭塔冷阱組件和-196°C的液氮填充組成。將活性炭柱安裝在低溫容器的內部。正常運行的機組也要進行氦氣凈化，以用于啟動前的反應堆運行。進水事件的事故處理系統并行地內置在凈化管線中。它有一個過濾器，冷卻器，水水分分離器，和鼓風機。
低溫活性炭柱測試設施
低溫吸附器經過專門設計，可消除氦氣中的雜質，例如O2，N2和氣態裂變產物，這些雜質通常很難去除。基于活性炭柱上可逆的低溫捕集，所有這些雜質都是干凈的。如圖1所示的設備由三個主要部分組成，即混合氣體容器，低溫裝置和純氦儲罐。
圖1：低溫活性炭柱測試設施。
低溫單元是一系列熱交換器，稱為冷阱和活性炭吸附柱，它們浸入裝有液氮的容器中。該系列熱交換器是氦氦換熱器(HE的管中管類型)。過冷器將氦氣溫度降低至-153°C。吸附器將一根裝有活性炭的U型管立柱。如圖2所示，在色譜柱周圍安裝了一個電加熱器以進行再生。低溫容器是雙壁容器，其中壁之間的間隙中充滿了超絕熱材料。該容器裝有液氮，并將吸附過程保持在低溫(±180°C)下。
圖2：低溫容器和活性炭塔。
活性炭的吸附作用
設置該系統的目的是將進入主冷卻劑的各種氣體雜質去除到一定程度。這些雜質包括化合物，例如氫，水蒸氣，氧氣，一氧化碳，二氧化碳，甲烷和氮氣，以及放射性核素裂變產物，例如鉀，氙和銫。將活性炭浸入液氮浴中，其功能是去除殘留的雜質，例如氧氣，氮氣，鉀和氙或其他裂變產物。
當進行的氮氣和氧氣吸附模擬測試如圖3所示。當活性炭塔的氣壓升高時，-180°C下氮氣在活性炭上的吸附能力將增加。由于壓力或溫度的變化，吸附劑可能會吸附更多。在氮分壓大于1毫巴時，吸附能力大于0.1N.m3/g。因為必須進行吸附才能克服擴散阻力，所以當吸附氣體混合物流過活性炭床時，活性炭首先會形成傳質區域。在形成該傳質區域之后，在均勻的氣體流速期間，當更多的雜質被吸附時，其長度也沿流動方向均勻地增加。在動態吸附過程中，吸附床分為三部分。
圖3：活性炭低溫吸附N2和O2的模擬測試。
除溫度外，活性炭吸附N2，O2和裂變產物雜質氣體的能力取決于一些因素，包括被吸附物與活性炭的接觸時間以及床中活性炭的量。被吸附物與吸附劑之間的接觸時間將增加雜質的吸附效率。如果接觸時間短而雜質含量大，則氦中可能殘留大量吸附物。足夠的接觸時間可使被吸附物吸收到活性炭的表面，而較少的接觸時間則無法達到吸附平衡，因此所吸收的雜質不是最佳的。因此，活性炭柱變長，期望吸附物具有足夠的接觸時間以被活性炭吸附。
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