DIN ISO 2889 Bb 3-2015 Sampling airborne radioactive materials from the stacks and ducts of nuclear facilities Supplement 3 Estimation of aerosol particle penetration and depositio.pdf

1、Mrz 2015 DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDEDIN-Normenausschuss Radiologie (NAR)Preisgruppe 17DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Ber

2、lin, gestattet.ICS 13.040.40!%$“2012757www.din.deDDieses Beiblatt enthlt Informationen zuDIN ISO 2889, jedoch keine zustzlichgenormten Festlegungen.DIN ISO 2889 Beiblatt 3Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlenund Kaminen kerntechnischer Anlagen; Beiblatt 3: Abschtzung von

3、bertragungsgraden und Abscheideverlusten von Aerosolpartikeln in ProbenentnahmeleitungenSampling airborne radioactive materials from the stacks and ducts of nuclear facilities;Supplement 3: Estimation of aerosol particle penetration and depositional losses in samplelineschantillonnage des substances

4、 radioactives contenues dans lair dans les conduits etmissaires de des installations nuclaires; Supplment 3: valuation des facteurs depntration et pertes de dpoussirage dans les lignes de prlvementAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 29 SeitenDIN IS

5、O 2889 Bbl 3:2015-03 2 Inhalt SeiteVorwort. 4 1 Anwendungsbereich 4 2 Begriffe und Formelzeichen 4 3 Allgemeines . 7 4 Wechselwirkung von Aerosolpartikeln mit der Wandoberflche . 8 4.1 Allgemeines . 8 4.2 Abprallen von Aerosolpartikeln von der Wandoberflche . 8 4.3 Resuspension von haftenden Partike

6、ln. 8 5 Berechnung der Anlagerungs- oder Abscheidegeschwindigkeiten und der bertragungs-grade fr die verschiedenen Rohrleitungstypen und Mechanismen . 9 5.1 bertragungsgrad in einer geraden Rohrleitung.9 5.1.1 Allgemeines 9 5.1.2 Sedimentationsabscheidung 11 5.1.2.1 Allgemeines. 11 5.1.2.2 Sedimenta

7、tionsabscheidung aus turbulenter Strmung . 11 5.1.2.3 Sedimentationsabscheidung aus laminarer Strmung . 12 5.1.2.4 Schlussfolgerung. 12 5.1.3 Abscheidung aus turbulenter Strmung infolge der Massentrgheit . 14 5.1.4 Diffusionsabscheidung . 17 5.1.4.1 Allgemeines. 17 5.1.4.2 Diffusionsabscheidung bei

8、turbulenter Strmung . 17 5.1.5 Abscheidung durch elektrostatische Krfte 19 5.1.5.1 Allgemeines. 19 5.1.5.2 Abscheidung in elektrisch leitenden Rohren. 19 5.1.5.3 Abscheidung in elektrisch nicht leitenden Rohrleitungen 19 5.1.6 Abscheidung durch Thermophorese 20 5.2 Abscheidung in einem gekrmmten Roh

9、r (Krmmer). 21 5.3 Abscheidung bei nderungen des Querschnitts der Rohrleitung und der Strmungs-geschwindigkeit . 23 5.3.1 Allgemeines 23 5.3.2 Verengung des Querschnitts der Probenentnahmeleitung 23 5.3.3 Abrupte Erweiterung des Querschnitts der Rohrleitung. 24 6 Abscheideverluste in Probenentnahmes

10、onden. 24 7 Abscheidung von gasfrmigen Iodverbindungen 25 Literaturhinweise 27 Bild 1 Schematische Darstellung eines Rohres mit dem Neigungswinkel . 10 Bild 2 Berechnete bertragungsgrade bei Sedimentation PjSin einem 5 m langen Rohr mit einem Innendurchmesser dtvon 0,02 m fr Aerosolpartikel mit eine

11、m aerodynamischen Aerosol-partikeldurchmesser Davon 5 m, 10 m und 20 m als Funktion der mittleren Strmungs-geschwindigkeit Um. 11 Bild 3 Berechnete bertragungsgrade bei Sedimentation PjSin einem 5 m langen Rohr mit einem Innendurchmesser dtvon 0,06 m fr Aerosolpartikel mit einem aerodynamischen Aero

12、sol-partikeldurchmesser Davon 5 m, 10 m und 20 m als Funktion der mittleren Strmungs-geschwindigkeit Um. 12DIN ISO 2889 Bbl 3:2015-03 3 SeiteBild 4 Berechnete bertragungsgrade PjTvon Aerosolpartikeln aus turbulenter Strmung in einem 5 m langen Rohr mit 0,02 m Innendurchmesser fr aerodynamische Aeros

13、olpartikel-durchmesser Davon 5 m, 10 m und 20 m als Funktion der mittleren Strmungs-geschwindigkeit Um15 Bild 5 Berechnete bertragungsgrade PjTvon Aerosolpartikeln aus turbulenter Strmung in einem 5 m langen Rohr mit 0,06 m Innendurchmesser fr aerodynamische Aerosolpartikel-durchmesser Davon 5 m, 10

14、 m und 20 m als Funktion der mittleren Strmungs-geschwindigkeit Um15 Bild 6 Abscheidegrad Mj von elektrisch geladenen Aerosolpartikeln durch elektrische Spiegel-krfte in einer elektrisch leitenden Rohrleitung mit 0,02 m Innendurchmesser und 5 m Lnge19 Bild 7 Experimentell bestimmte Abscheidegrade Ej

15、 von elektrisch geladenen Aerosolpartikeln mit einem geometrischen Durchmesser von 0,6 m in einem Rohr mit 0,03 m Innendurch-messer und 1 m Lnge aus unterschiedlichem Material in Abhngigkeit von der Ladung20 Bild 8 Berechneter Abscheidegrad infolge von Thermophorese Pj in einem Rohr mit 0,02 m bzw.

16、0,1 m Innendurchmesser und 1 m Lnge in Abhngigkeit vom Aerosolpartikel-durchmesser und der Temperaturdifferenz21 Bild 9 Berechnete bertragungsgrade bei Impaktion PjIin rechtwinkligen Krmmungen eines Rohres mit 0,02 m Innendurchmesser dtund 0,1 m Krmmungsradius RCfr einen aerodynamischen Aerosolparti

17、keldurchmesser von 5 m, 10 m und 20 m als Funktion der mittleren Strmungsgeschwindigkeit Um.22 Bild 10 Berechnete bertragungsgrade bei Impaktion PjIin rechtwinkligen Krmmungen eines Rohres mit 0,06 m Innendurchmesser dtund 0,3 m Krmmungsradius RCfr einen aerodynamischen Aerosolpartikeldurchmesser vo

18、n 5 m, 10 m und 20 m als Funktion der mittleren Strmungsgeschwindigkeit Um.22 Bild 11 Schematische Darstellung einer allmhlichen Verengung eines Rohres unter dem ffnungswinkel 23 Bild 12 Abscheidegrad Vj von konischen Verengungen bei einem Verhltnis der Durchmesser von 2,0 in Abhngigkeit vom ffnungs

19、winkel (nach Che95) 23 Bild 13 Schematische Darstellung einer abrupten Erweiterung eines Rohres24 Bild 14 Nach Gleichung (31) berechneter Abscheidegrad Nj in der Einlasszone von Proben-entnahmesonden, abhngig vom aerodynamischen Aerosolpartikeldurchmesser, dem Durchmesser der Einlassffnung der Probe

20、nentnahmesonde und der Strmungs-geschwindigkeit in der Einlasszone der Probenentnahmesonde 25 Bild 15 Berechneter Abscheidegrad Jvon elementarem Iod bei Rohrleitungen aus Edelstahl und Polytetrafluorethylen (PTFE) mit 30 m Lnge und 0,02 m Innendurchmesser als Funktion der Zeit .26 Tabelle 1 Formelze

21、ichen .4 Tabelle 2 Lnge eines horizontalen Rohres L50fr eine 50%ige Abscheidung und L99fr eine 99%ige Abscheidung durch Sedimentation aus turbulenter Strmung bei einer mittleren Strmungsgeschwindigkeit Umvon 5 m s1und einem Haftgrad von 1 fr verschiedene Aerosolpartikeldurchmesser DP, Rohrinnendurch

22、messer dt, Aerosolpartikeldichten Pund Volumenstrme q .13 Tabelle 3 Abscheidegrad jTbei turbulenter Strmung in einem vertikalen Rohr, gemessen fr verschiedene Aerosolpartikeldurchmesser DP, Partikeldichten P, Rohrinnendurch-messer dt, Rohrlngen L und Volumenstrme q16 Tabelle 4 Rohrlngen L20, L50und

23、L95fr Diffusionsabscheidungen von 20 %, 50 % und 95 % der Aerosolpartikel aus turbulenter Strmung in Rohren mit kreisfrmigem Querschnitt, berechnet fr verschiedene Volumenstrme q, Strmungsgeschwindigkeiten Umund Aerosolpartikel-durchmesser DP.18 DIN ISO 2889 Bbl 3:2015-03 4 Vorwort Fr dieses Beiblat

24、t ist das nationale Arbeitsgremium GUK 967.2 Aktivittsmessgerte fr den Strahlenschutz“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE (www.dke.de), Gemeinschaftsgremium mit dem Normenausschuss Radiologie (NAR), zustndig. Zu Fragen der berwa-chung luftgetrage

25、ner Aktivittsableitungen hat dieses den Arbeitskreis GAK 967.2.4 eingesetzt. Zur Untersttzung der Anwendung der DIN ISO 2889:2012-07 hat dieses folgende Beibltter verffentlicht: DIN ISO 2889 Beiblatt 1 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anl

26、agen; Beiblatt 1: Verteilungen von Aktivitt ber dem Aero-solpartikeldurchmesser DIN ISO 2889 Beiblatt 2 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anlagen; Beiblatt 2: Abschtzung der nderungen der Kon-zentration der Aerosolpartikel infolge nicht-is

27、okinetischer Probenentnahme DIN ISO 2889 Beiblatt 3 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anlagen; Beiblatt 3: Abschtzung von bertragungsgraden und Abscheideverlusten von Aerosolpartikeln in Probenentnahmeleitungen DIN ISO 2889 Beiblatt 4 Prob

28、enentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anlagen; Beiblatt 4: Sammelverfahren DIN ISO 2889 Beiblatt 5 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anlagen; Beiblatt 5: Bestimmung der aktivittsbezogene

29、n Kor-rektionsfaktoren: aktivittsbezogener Gesamtverlustfaktor und aktivittsbezogener Rohrfaktor 1 Anwendungsbereich DIN ISO 2889 stellt leistungsbezogene Kriterien und Empfehlungen fr die Auslegung und den Gebrauch von Einrichtungen zur Entnahme von Proben von luftgetragenen radioaktiven Stoffen in

30、 der Abluft oder Fortluft in Kanlen und Kaminen kerntechnischer Einrichtungen zur Verfgung. Dieses Beiblatt liefert Informationen zur Abschtzung von bertragungsgraden und Abscheideverlusten von Aerosolpartikeln in Probenentnahmeleitungen bei der Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stof-fe

31、n aus Kanlen und Kaminen kerntechnischer Anlagen. 2 Begriffe und Formelzeichen Es gelten die Begriffe und Formelzeichen nach DIN ISO 2889. In diesem Beiblatt verwendete Formelzeichen, auch in DIN ISO 2889 bereits aufgefhrte, sind der besseren bersicht halber in Tabelle 1 zusammengestellt. Tabelle 1

32、Formelzeichen (1 von 4) Formelzeichen Benennung Einheit C Cunningham-Korrektionsfaktor; C = 1 + Kn (1,26 + 0,4 e1,1/Kn) CLspezifische Wrme der Luft J K1 kg1c Aerosolpartikelkonzentration m3 DDDiffusionskoeffizient fr Partikel; DD= 0,1 KB T C DP1 1m2 s1 Daaerodynamischer Aerosolpartikeldurchmesseram

33、DPAerosolpartikeldurchmesser dEInnendurchmesser der Einlassffnung einer Probenentnahmesonde m dtInnendurchmesser eines Rohres oder einer Komponente der Proben-entnahmeeinrichtung, bei nicht kreisrunden Rohren nherungsweise der hydraulische Durchmesser m Fr Froude-Zahl; Fr = Um (dt g)0,5DIN ISO 2889

34、Bbl 3:2015-03 5 Tabelle 1 Formelzeichen (2 von 4) Formelzeichen Benennung Einheit fwSchubspannungsfaktor; fr laminare Strmung: fw = 24 Re1fr turbulente Strmung: fw = 0,08 Re0,25(Nherung) fw0,5= 1,8 log(6,9 Re1+ 0,23 1,11 DD1,11) andere Gleichungen fr fwknnen Zig85 entnommen werden g Fallbeschleunigu

35、ng; g = 9,81 m s2m s2 H Haftgrad KBBoltzmannkonstante; KB= 1,38 1023J K1J K1kLWrmeleitfhigkeit in Luft W m1 K1kPWrmeleitfhigkeit im Aerosolpartikel W m1 K1KTthermophoretischer Koeffizient KuWrmebertragungskoeffizient J m2 s1 K1Kn Knudsen-Zahl; Kn = 2 DP1 L Lnge eines Rohres m P bertragungsgrad fr di

36、e gesamte Transport- oder Probenentnahme-leitung Pjbertragungsgrad fr eine Komponente j der Probenentnahmeleitung Pjibertragungsgrad fr eine Komponente j der Probenentnahmeleitung durch den Anlagerungsmechanismus i PjDbertragungsgrad fr eine Komponente j der Probenentnahmeleitung durch Diffusion aus

37、 turbulenter Strmung PjIbertragungsgrad fr eine Komponente j der Probenentnahmeleitung durch Impaktion PjPbertragungsgrad fr eine Komponente j der Probenentnahmeleitung durch Thermophorese PjSbertragungsgrad fr eine Komponente j der Probenentnahmeleitung durch Sedimentation aus turbulenter Strmung P

38、jTbertragungsgrad fr eine Komponente j der Probenentnahmeleitung durch turbulente Abscheidung PKjbertragungsgrad fr einen Krmmer j PRjbertragungsgrad fr ein gerades Rohrstck j Pr Prandtl-Zahl; Pr = CL kL1q Volumendurchfluss der Luftprobe m3 s1 RaOberflchenrauheitm RCKrmmungsradius eines Rohres m Re

39、Reynolds-Zahl (Strmung); Re = Um dt L 1RePReynolds-Zahl (Aerosolpartikel); ReP= Um DP L 1Sc Schmidt-Zahl; Sc = L1 DD1Sh Sherwood-Zahl; Sh = vd dt DD1DIN ISO 2889 Bbl 3:2015-03 6 Tabelle 1 Formelzeichen (3 von 4) Formelzeichen Benennung Einheit St Stokes-Zahl (Strmung); St = Um dt1 T Temperatur K TLT

40、emperatur der Luft K TWTemperatur der Rohrwandung K Ummittlere Strmungsgeschwindigkeit der Luftprobe m s1vaAnlagerungsgeschwindigkeit, allgemeinbm s1vaIAnlagerungsgeschwindigkeit infolge von Impaktion m s1vaMAnlagerungsgeschwindigkeit durch sonstige Mechanismen m s1vaSAnlagerungsgeschwindigkeit info

41、lge von Sedimentation m s1 vaTAnlagerungsgeschwindigkeit infolge von Trgheitseffekten m s1 vdAbscheidegeschwindigkeit, allgemeincm s1vdAAbscheidegeschwindigkeit bei Aufweitung m s1vdDAbscheidegeschwindigkeit infolge von Diffusion m s1vdeGesamt-Abscheidegeschwindigkeit m s1vdEAbscheidegeschwindigkeit

42、 infolge von elektrischen Krften m s1vdHAbscheidegeschwindigkeit fr Iodhydrid (HI) an Edelstahl m s1vdIAbscheidegeschwindigkeit fr Impaktion m s1vdJAbscheidegeschwindigkeit fr elementares Iod an Edelstahl m s1vdMAbscheidegeschwindigkeit infolge der Massentrgheit m s1vdPAbscheidegeschwindigkeit infol

43、ge von Thermophorese m s1vgSinkgeschwindigkeit; im Stokes-Bereich: vg= 0,056 C (P L) DP2 g 1m s1vwSchubspannungsgeschwindigkeit; vw= 0,7 fw0,5 Umm s1zPLadung des Aerosolpartikels eV Diffusionskoeffizient fr turbulente Strmung m2 s1 Abscheidegrad, allgemein jDAbscheidegrad durch Diffusion fr eine Kom

44、ponente j jEAbscheidegrad durch elektrostatische Krfte fr eine Komponente j HAbscheidegrad von Iodhydrid (HI) IAbscheidegrad durch Impaktion JAbscheidegrad von elementarem Iod (I2) jNAbscheidegrad bei Probenentnahmesonden fr eine Komponente j jMAbscheidegrad durch elektrische Spiegelkrfte fr eine Ko

45、mponente j jPAbscheidegrad durch Thermophorese fr eine Komponente j RGesamt-Abscheidegrad einer Rohrleitung jSAbscheidegrad infolge Sedimentation fr eine Komponente j jVAbscheidegrad infolge Rohrverengung fr eine Komponente j DIN ISO 2889 Bbl 3:2015-03 7 Tabelle 1 Formelzeichen (4 von 4) Formelzeich

46、en Benennung Einheit Krmmungswinkel rad mittlere freie Weglnge in Luft; = 6 108m m dynamische Viskositt der Luft; = 1,85 105kg m1 s1kg m1 s1 ffnungswinkel grad LDichte der Luft; L= 1,23 kg m3kg m3PDichte des Aerosolpartikels kg m3 Relaxationszeit; im Stokes-Bereich: = 0,056 C (P L) DP2 1 ansonsten s

47、iehe Literatur, z. B. Hin82 s +dimensionslose Relaxationszeit; += vw2 L 1 Neigungswinkel gegenber der Waagrechten rad aFr kugelfrmige Teilchen gilt: D=PaP0DPmit P0= 1 000 kg m3. bDie Anlagerungsgeschwindigkeit ist ein Vektor, der senkrecht auf der inneren Wandung eines Rohres oder einer anderen Komp

48、onente der Probenentnahmeleitung steht. Der Betrag dieses Vektors ist definiert als die Anzahl der je Flchen- und Zeiteinheit an die Wand herangefhrten Aerosolpartikel durch die Aerosolpartikelkonzentration an dieser Stelle. Das zugehrige Formelzeichen darf nicht verwechselt werden mit dem griechischen Buchstaben der kinema