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专利名称：一种自启动式用于安全壳内氢气浓度测量的取样分析装置的制作方法
技术领域：
一种自启动式用于安全壳内氢气浓度测量的取样分析装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种氢气浓度的取样分析装置，属于气体浓度分析测量技术领 域。
背景技术：
[0002]核电厂超基准事故工况和严重事故下安全壳内的气体组成是以空气与水蒸气为 主，含有氢气及其他气体的高温高湿混合性气体。氢气的来源1)事故早期，锆-水反 应高速率地产生氢气；2)事故中后期，水的辐照分解、堆芯融溶物和混凝土的反应，也 会产生大量氢气。事故工况下，反应堆放出大量的热量，安全壳内的温度可高达180°C， 同时产生大量的水蒸气。水蒸气和氢气的含量随着事故的进程不断变化。为了避免发生 破坏安全壳完整性的氢爆燃事故，必须通过测量氢气体积浓度的方式对氢气聚集状态进 行监视，以便采取适当的预防措施。[0003]对于类似安全壳的密闭空间，目前有两种测量方式[0004]一种是将分析传感器直接安装在安全壳内测量氢气浓度，传感器需要耐受安全 壳内高温、高压、高湿、高辐照的环境条件，而面对可能产生的各种突发事件的危险， 研制高可靠性、高安全性的传感器和在使用中如何进行维护保养都是世界范围内核电领 域还待研究和解决的难题，尚没有成熟产品；[0005]另一种是将气体从安全壳内抽出，送到安全壳外的测量系统完成气体预处理和 气体浓度分析，测量后的气体无泄漏地返回安全壳。对于氢气类有爆炸危险的气体，选 择防爆型分析传感器提高测量的安全性。抽出式浓度测量装置通过结构设计和流程设计 可以很好地满足核电站氢气测量安全性和抗震性能的要求，在安全壳外定期的维护、保 养可以保证事故发生后执行连续测量功能。本技术方案正是基于此种抽出式浓度测量方 式提出的方法。[0006]目前氢气体积浓度的分析方法主要以热导原理、电化学原理、催化反应原理为 主。利用这些原理的传感器对测量介质的状态存在局限，温度范围为50°C以下，相对湿 度范围为85% RH以下，流量和压力也有限制。国内外目前已安装使用的核电厂抽出式 氢气测量装置多采用基于热导、电化学原理的气体分析传感器。[0007]在核电厂工况下，安全壳内气体作为测量介质，为了保证上述分析气体分析传 感器的正常工作和准确测量，必须将安全壳内高温高湿并有一定压力的气体进行冷却、 降压、除湿等预处理，转变为传感器能够处理的介质后，才能测量氢气体积浓度。相对 于安全壳内的高温高湿的“湿态”气体条件(因为其中含有水蒸气)，冷却除湿等预处 理后的气体可暂称为“干态”气体(因为冷却后其中水蒸气凝结，所以气体中不含有水 蒸气)。抽出式测量装置中安装的常见氢传感器用于分析自然环境条件下氢气组分的体 积浓度，也就是“干态”气体中氢气体积浓度，因此要对抽取的含有水蒸气的高温高湿“湿态”被测气体进行预处理，“湿态”气体在预处理中的冷却过程中，随着温度不断 降低，被测气体中所含水蒸气不断冷凝。当冷却至10 45°C时，绝大部分的水蒸气转化为液态水被析出，被测气体的总分子个数减少，而被测气体组分中的氢气在降温过程中 无变化，分子个数保持不变。因而经过预处理过程，会造成“湿态”和“干态”下测 得的氢气体积浓度发生变化，产生测量误差。[0008]进一步解释，产生该测量误差是因为，安全壳可视为固定容积的密闭空间，某 组分的体积浓度由该组分的分子个数与气体总分子个数的比值决定。由于经过预处理过 程，气体组成发生了变化(其中水蒸气凝结析出)，很容易推知，“干态”下氢气的体积 浓度较安全壳内的高温高湿度环境下的体积浓度是高的，测量结果存在较大误差，测量 的准确性无法保证。并且水蒸气的含量直接影响测量的准确性，水蒸气含量越高，测量 误差越大，反之，则测量误差越小。在事故状态及高水蒸气含量条件下，失去了测量的 意义和目的。[0009]美国Teledyne公司自60年代起专注于采样和分析反应堆事故状态下的气体成 分，已开发出225CM系列氢气监测仪，在线分析反应堆安全壳中的氢气，例如监测冷却 剂泄露事故(LOCA)或蒸汽管道断裂事故6LB)时的氢气组分含量。该分析仪在发生事 故时和事故后帮助核电厂运行人员确定反应堆损坏程度，从而确定采用哪些处理方案和 措施，例如事故时激活氢气复合器和吹扫系统。[0010]225CM氢气监测仪采用将安全壳内气体冷却后进行“干态”浓度测量，尽管装 置有很多优点，但是随着研究的不断深入，干法测量的缺点逐步暴露，那就是如前分析 所述，“干态”氢气浓度与安全壳内高温高湿条件下真实的氢气浓度具有偏差。资料和 试验表明，通过氢气监测仪得到的“干态”氢气浓度与安全壳内实际氢气浓度误差可达 2 3倍，表1为验证上述推理的模拟试验，利用密闭试验容器模拟安全壳，并通过设置 密闭试验容器内部的环境条件，来模拟安全壳内部的环境情景；所述模拟试验的环境条 件包括密闭试验容器内的温度、压力、湿度；所述密闭试验容器中的气体为在预先设置 的环境条件下的氢气、水蒸气、氮气的组合气体，该组合气体中的氢气和氮气的体积浓 度为预先设置的已知值，用于模拟安全壳内氢气和氮气的浓度，水蒸气通过对密闭试验 容器中的水进行加热获得。模拟试验中，在不同的温度、湿度、压力条件下，密闭试验 容器内实际氢气浓度已知的情况下，抽取密闭试验容器内的气体，进行冷却、降压、除 湿等预处理后，测量其中的氢气体积浓度，可见实测氢气浓度与模拟安全壳内氢气浓度 的比值可达2 3，也就是说，测量结果与氢气体积浓度的真实值相比存在较大误差。[0011]表1模拟试验结果[0012]
权利要求1.一种自启动式用于安全壳内氢气浓度测量的取样分析装置，包括取样管路、传 输管路、压力开关、水蒸气分析传感器、气体预处理单元、氢分析传感器、增压泵、微 处理器、显示单元；其中，压力开关设置于取样管路上，取样管路的一端与安全壳密封连通，另一端与水蒸气 分析传感器连通，水蒸气分析传感器、气体预处理单元、氢分析传感器、增压泵通过传 输管路依次顺序连接，增压泵通过传输管路与安全壳密封连通，形成气体通道；水蒸气 分析传感器和氢分析传感器分别通过具有屏蔽功能的传输电缆与微处理器相连；所述气体预处理单元包括换热冷却器、储液器、减压稳压阀、流量调节阀、颗粒过 滤器、气体流量计；换热冷却器的入口一端通过传输管路与水蒸气分析传感器相连，换热冷却器的出口 一端通过传输管路与储液器上部连通，储液器的顶部还连接有传输管路，储液器顶部连 接的传输管路上依次设有减压稳压阀、流量调节阀、颗粒过滤器、气体流量计；在储液 器的底部有冷凝水出水管路通入核电厂的放射性废液地沟。
2.根据权利要求1所述一种自启动式用于安全壳内氢气浓度测量的取样分析装置，其 特征在于，取样管路和传输管路采用不锈钢管道，采用0.5英寸直径。
3.根据权利要求1所述一种自启动式用于安全壳内氢气浓度测量的取样分析装置，其 特征在于，氢分析传感器具有隔爆防爆功能的外壳。
4.根据权利要求1所述一种自启动式用于安全壳内氢气浓度测量的取样分析装置，其 特征在于，上述各组成部分利用不锈钢卡套与传输管路连接。
专利摘要本实用新型公开了一种自启动式用于安全壳内氢气浓度测量的取样分析装置，涉及核电厂事故状态下使用的安全壳氢气测量技术领域，采用气体抽出式测量方式。压力开关设置于取样管路上，采集安全壳内的环境条件，通过管路设计利用带有保温处理功能的取样管路提取安全壳内的气体，用水蒸气分析传感器测量其中水蒸气所占的体积百分比，用预处理单元将气体处理至常温常压状态，再用氢分析传感器测量预处理后的气体中氢气体积浓度，然后利用微处理器根据传感器的测量结果确定安全壳内当前的氢气体积浓度并输出显示，装置取样管路压力联锁，实现自动启动与停止控制，提高装置的人因可靠性。
文档编号G01N1/28GK201811870SQ20102013449
公开日2011年4月27日 申请日期2010年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者冯海波, 杨庆平, 罗沙, 董强, 黄永生 申请人:中国船舶重工集团公司第七一八研究所