核电站安全壳事故后多点快速测氢的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种核电站安全壳事故后多点快速测氢的装置，包括样品气体取样探头、水蒸汽及氢气浓度测量装置、第一缓冲气罐和样品气体增压回收装置；其中：样品气体取样探头用于对核电站安全壳内的样品气体进行取样，并去除其中的气溶胶和液态水；水蒸汽及氢气浓度测量装置用于分别测量样品气体中的水蒸汽和氢气浓度，并去除水蒸汽；第一缓冲气罐用于暂时储存去除水蒸汽后的样品气体，并稳定气流；样品气体增压回收装置用于将第一缓冲气罐中的样品气体增压后送回至核电站安全壳内。本实用新型可以在高温高湿环境下实现精确、快速测量核电站安全壳内的水蒸汽和氢气浓度，为事故状态恶劣环境下氢气浓度的实时监测提供了可靠的保障。
【专利说明】
核电站安全亮事故后多点快速测氨的装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及核电站的安保检测领域，具体设及的是一种核电站安全壳事故后 多点快速测氨的装置。
【背景技术】
[0002] 日本福岛核事故后，核电厂安全壳严重事故工况下的氨风险控制引起了国内外的 高度关注，对核电的氨安全装置提出了更高的要求。核电厂事故状态下，由于事故早期的 错-水反应和中后期的水福照分解W及堆忍融溶物和混凝±的反应，会产生大量氨气，而安 全壳内氨气浓度超过爆炸限后产生的燃爆会严重威胁核电站安全屏障的完整性。因此在建 和已运行的每个核电机组都必须安装测氨装置。
[0003] 但另一方面，由于事故状态下，安全壳内气体呈现高溫、高压、高放射性的特点(溫 度可达150°C，压力接近5.化ar)，不仅不利于操作人员对事故的连续监测，而且对测氨技术 和装置提出了更为严苛的要求，导致测氨技术研发非常困难。
[0004] 测氨技术研发的困难是由严重事故的恶劣条件造成的。首先，由于严重事故条件 下，安全壳内存在C0、舰蒸气、固体气溶胶、电缆燃烧气体产物等毒化气氛，会使储氨材料 (纳米颗粒)毒化，使用储氨材料(纳米颗粒)来测量氨浓度的技术会有很大的困难;其次，严 重事故条件下，安全壳内存在高溫（15(rc)、高湿度(绝对湿度60% W上）的恶劣条件，传统 的气体测量仪器，色谱、红外、拉曼等在该条件下不仅无法测量，甚至有损坏的可能;再次， 壳内气体具有放射性，取样测量后需要全部回收，运对装置的密封性、抗福射性和气体循环 系统都提出了很高的要求。
[0005] 现有核电站严重事故氨气浓度监测方案通常有两种：即壳内测量方法和壳内取 样、壳外测量方法。壳内测量方法是将测量系统布置于壳体内，通过测量元件的物理化学性 能变化间接测量氨气浓度的方法，主要有储氨材料(一般为纳米颗粒)测量法和非能动氨复 合器测量法。储氨材料测量法是利用材料吸收氨气之后，电容的变化间接推算壳体内氨气 浓度，但由于储氨材料易受毒化影响，测量一次后需加热除氨导致测量周期长;非能动氨复 合器测量法是利用不同氨浓度下催化板溫升的不同测量壳体内氨气浓度，然而运种方法在 核电事故的复杂状态下，由于催化板的毒化损害和壳体内流场的复杂性和不确定性会导致 测量结果严重失准。壳内取样壳外测量方法，运种方法是通过导管将气体抽出后，通过降 溫、降压等处理后，采用氨气浓度监测装置进行氨气浓度测量，运种方法可实现较为精准、 快速的氨气浓度测量，但目前全世界只有法国Areva公司具有成熟可靠的壳外氨测量系统。
[0006] 因此，如何实现事故状态安全壳内氨气浓度的安全、精确、快速地检测，便成为了 目前亟待解决的问题。 【实用新型内容】
[0007] 针对上述技术不足，本实用新型提供了一种核电站安全壳事故后多点快速测氨的 装置，其可W为核电站事故状态下的氨气浓度提供精确、快速的检测。
[0008] 为实现上述目的，本实用新型解决问题的技术方案如下：
[0009] 核电站安全壳事故后多点快速测氨的装置，包括样品气体取样探头、水蒸汽及氨 气浓度测量装置、第一缓冲气罐和样品气体增压回收装置;其中：
[0010] 样品气体取样探头，贯穿核电站安全壳上的密封件，并伸入至核电站安全壳内，其 内依次设置有过滤片、中空纤维膜和水汽分离器，用于对核电站安全壳内的样品气体进行 取样，并去除其中的气溶胶和液态水；
[0011] 水蒸汽及氨气浓度测量装置，通过样品气体输运管与样品气体取样探头连接，用 于分别测量样品气体中的水蒸汽和氨气浓度，并去除水蒸汽；
[0012] 第一缓冲气罐，通过管道与水蒸汽及氨气浓度测量装置连接，用于暂时储存去除 水蒸汽后的样品气体，并稳定气流；
[0013] 样品气体增压回收装置，与第一缓冲气罐连接，并回连于核电站安全壳内，用于将 第一缓冲气罐中的样品气体增压至5.化arW上后送回至核电站安全壳内。
[0014] 为增加装置对样品气体的处理量，所述水蒸汽及氨气浓度测量装置为Ξ个，并且 W并联的方式同时与样品气体取样探头和第一缓冲气罐连接。
[0015] 具体地说，所述水蒸汽及氨气浓度测量装置包括与样品气体输运管连接的冷凝容 器，与该冷凝容器连接、用于使冷凝容器内的样品气体中的水蒸汽降溫冷凝成液态水的冷 却液循环系统，均与冷凝容器连接的溫度传感器、压力传感器和氨气分析仪，同时与溫度传 感器、压力传感器和氨气分析仪连接的数据采集卡，与该数据采集卡连接的PC机，W及通过 过水挡气阀口与冷凝容器连接的液态水收集器;所述第一缓冲气罐与氨气分析仪连接。
[0016] 进一步地，所述冷却液循环系统包括盛装有用作冷却液的甘油的冷却液容器，W 及累入口与该冷却液容器连接、累出口与冷凝容器连接的循环累;所述冷凝容器回连于冷 却液容器。
[0017] 再进一步地，所述冷凝容器为定容容器。
[0018] 具体地说，所述样品气体增压回收装置包括累入口与第一缓冲气罐连接、累出口 连接有第二缓冲气罐的真空累，与该第二缓冲气罐连接的压力计，累入口与第二缓冲气罐 连接、累出口通过气体回收管道连接核电站安全壳内的增压累。
[0019] 更进一步地，所述样品气体输运管外部包裹有保溫加热带。
[0020] 与现有技术相比，本实用新型具有W下有益效果：
[0021] (1)本实用新型通过在安全壳内布置样品气体取样探头，然后在取样的过程中去 除样品气体中的气溶胶和液态水，可W避免其对后续测量仪器的毒化和湿度损害。
[0022] (2)本实用新型在样品气体输运管外设置保溫加热带（保持加热溫度在15(TCW 上），可W确保在样品输运过程中水蒸汽不凝结，造成氨气浓度测量的不准确。
[0023] (3)本实用新型对水蒸汽冷凝容器的溫度和压强进行检测，通过气体PVT计算方式 分析样品气体中的水蒸汽浓度，然后采用水蒸汽冷凝技术，可W在测得样品气体中的水蒸 汽浓度后，将其去除并收集;而通过测量并去除水蒸汽的方式，可W使剩余的样品气体能够 被各种测氨技术准确测量出氨气的浓度。如此便能快速、精确地推算出事故状态下核电站 安全壳内的水蒸汽浓度和氨气浓度。
[0024] (4)本实用新型采用甘油作为冷却液，估算冷却至室溫（20°C左右）时间为1~ 2min，可W满足测氨装置的快速响应。而采用液态水收集器对冷凝的液态水进行收集，可W 实现液态水的集中处理和快速处置。
[0025] (5)本实用新型考虑到事故状态安全壳内压力高达5.加 ar，因此设置了样品气体 增压回收装置，利用样品气体增压回收装置将样品气体增压至高于安全壳内压力后回收至 安全壳内，确保了操作的安全。
[0026] (6)本实用新型设计合理、实用性强，可W很好地适用于基准和严重核电站安全事 故，因此其也为核电站安全壳事故后快速测量水蒸汽浓度和氨气浓度提供了强有的铺垫。
【附图说明】
[0027] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0028] 图2为本实用新型的使用状态图。
[0029] 其中，附图标记对应的零部件名称为：
[0030] 1-核电站安全壳，2-样品气体取样探头，3-密封件，4-保溫加热带，5-样品气体输 运管，6-冷凝容器，7-溫度传感器，8-压力传感器，9-液态水收集器，10-氨气分析仪，11-第 一缓冲气罐，12-真空累，13-第二缓冲气罐，14-压力计，15-增压累，16-气体回收管，17-冷 却液容器，18-循环累。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合【附图说明】和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括 但不仅限于W下实施例。
[0032] 如图1所示，本实用新型提供了一种核电站安全壳事故后多点快速测氨的装置，其 包括样品气体取样探头2、样品气体输运管5、水蒸汽及氨气浓度测量装置、第一缓冲气罐11 和样品气体增压回收装置。
[0033] 所述样品气体取样探头2用于伸入至核电站安全壳内，其内依次设置有过滤片、中 空纤维膜和水汽分离器，用于对核电站安全壳内的样品气体进行取样，并去除其中的气溶 胶和液态水(过滤片去除气溶胶，中空纤维膜和水汽分离器进一步去除气溶胶W及样品气 体中的液态水）。
[0034] 样品气体取样探头2处理后的样品气体经由样品气体输运管5送入至水蒸汽及氨 气浓度测量装置中，而为在输送的过程中实现保溫，该样品气体输运管5外部包裹有保溫加 热带4。
[0035] 所述的水蒸汽及氨气浓度测量装置则用于分别测量样品气体中的水蒸汽和氨气 浓度，并去除水蒸汽。本实施例设置了 Ξ个并联的水蒸汽及氨气浓度测量装置，可实现大容 量测量水蒸汽和氨气浓度，而每个水蒸汽及氨气浓度测量装置均包括与样品气体输运管5 连接、用于装载样品气体的冷凝容器6(本实施例中，该冷凝容器为定容容器），均与冷凝容 器6连接的溫度传感器7、压力传感器8和氨气分析仪10,同时与溫度传感器7、压力传感器8 和氨气分析仪10连接的数据采集卡（附图未画出），与该数据采集卡连接的PC机(附图未画 出），通过过水挡气阀口与冷凝容器6连接的液态水收集器9, W及冷却液循环系统。所述第 一缓冲气罐11与氨气分析仪10连接，其暂时储存去除水蒸汽后的样品气体，并稳定气流。
[0036] 所述的冷却液循环系统用于使冷凝容器6内的样品气体中的水蒸汽降溫冷凝成液 态水，其包括盛装有用作冷却液的甘油的冷却液容器17, W及累入口与该冷却液容器17连 接、累出口与冷凝容器6连接的循环累18;所述冷凝容器6回连于冷却液容器17。
[0037] 所述样品气体增压回收装置用于将第一缓冲气罐中的样品气体增压至5.加 arW 上后送回至核电站安全壳内。具体地说，该样品气体增压回收装置包括累入口与第一缓冲 气罐11连接、累出口连接有第二缓冲气罐13的真空累12,与该第二缓冲气罐13连接的压力 计14,累入口与第二缓冲气罐13连接、累出口通过气体回收管道16连接核电站安全壳内的 增压累15,本实施例采用不诱钢管，其通过核电站安全壳上的密封件与核电站安全壳相连。
[0038] 本实用新型测量核电站安全壳内水蒸汽和氨气浓度的过程如下：
[0039] 首先，在核电站安全壳内1布置样品气体取样探头2(贯穿安全壳上的密封件3,可 同时布置多个），利用样品气体取样探头2对核电站安全壳1内的样品气体进行取样。样品气 体取样探头2取得样品气体后，依次去除其中的气溶胶和液态水，然后通过样品气体输运管 5送入至冷凝容器6中。
[0040] 而后，溫度传感器7和压力传感器8分别测量样品气体的溫度和压力，并通过数据 采集卡传送至PC机中20。此后，开启循环累18,将盛装在冷却液容器17中的冷却液累出，并 在冷凝容器6中循环，对样品气体中的水蒸汽进行降溫，使之冷凝，得到冷凝的液态水，冷凝 时间为1~2min;同时，溫度传感器7和压力传感器8测量冷凝后的水蒸汽溫度和压力，并通 过数据采集卡传送至PC机中。PC机对接收的水蒸汽溫度和压力数据进行处理，并按照编入 的公式：
得到安全壳内的水蒸汽浓度。
[0041 ]接着，打开过水挡气阀口（本实施例采用疏水阀），将冷凝容器6中的液态水收集到 液态水收集器9中。
[0042] 而去除水蒸汽后的样品气体(包含有空气和氨气)进入到氨气分析仪10中，由氨气 分析仪10对样品气体进行分析，得到其中的氨气浓度巧瑪，然后通过数据采集卡传送至PC机 中。
[0043] PC机对接收的氨气浓度数据进行处理，其是按照编入的现有公式：
从而得到安全壳内的氨气浓度巧·。
[0044] 得出核电站安全壳1内的水蒸汽和氨气浓度后，样品气体进入到第一缓冲气罐11 中储存。
[0045] 接着，真空累12将样品气体抽入至第二缓冲气罐13中，压力计14实时测量第二缓 冲气罐13此时的压力值(需要注意压力计14的示数不要过载），并进行显示。最后，增压累15 将样品气体累入，并根据压力计的压力显示，使样品气体的气压增至5.化arW上后(增压方 式可采用连续或者断续方式增压），经由气体回收管道16重新送回至核电站安全壳1内。
[0046] 本实用新型通过对事故状态安全壳内样品气体进行去气溶胶和液态水保溫取样， 同时通过水蒸汽冷凝，并结合气体PVT计算方式，可W测算出样品气体中的水蒸汽浓度，然 后去除水蒸汽后测量剩余氨气浓度，再根据浓度换算得到核电站安全壳内的氨气浓度，最 后将样品气体回收入安全壳。由此可W看出，本实用新型对事故状态安全壳内氨气浓度进 行实时监测，其测量过程简单、响应时间短、测算结果准确、测量环境安全，为事故状态恶劣 环境下氨气浓度的实时监测提供了可靠的保障。
[0047] 上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的 保护范围，凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色， 其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之 内。
【主权项】
1. 核电站安全壳事故后多点快速测氢的装置，其特征在于，包括样品气体取样探头 (2)、水蒸汽及氢气浓度测量装置、第一缓冲气罐(11)和样品气体增压回收装置;其中： 样品气体取样探头，贯穿核电站安全壳上的密封件，并伸入至核电站安全壳内，其内依 次设置有过滤片、中空纤维膜和水汽分离器，用于对核电站安全壳内的样品气体进行取样， 并去除其中的气溶胶和液态水； 水蒸汽及氢气浓度测量装置，通过样品气体输运管与样品气体取样探头连接，用于分 别测量样品气体中的水蒸汽和氢气浓度，并去除水蒸汽； 第一缓冲气罐，通过管道与水蒸汽及氢气浓度测量装置连接，用于暂时储存去除水蒸 汽后的样品气体，并稳定气流； 样品气体增压回收装置，与第一缓冲气罐连接，并回连于核电站安全壳内，用于将第一 缓冲气罐中的样品气体增压至5.5bar以上后送回至核电站安全壳内。2. 根据权利要求1所述的核电站安全壳事故后多点快速测氢的装置，其特征在于，所述 水蒸汽及氢气浓度测量装置为三个，并且以并联的方式同时与样品气体取样探头(2)和第 一缓冲气罐(11)连接。3. 根据权利要求1或2所述的核电站安全壳事故后多点快速测氢的装置，其特征在于， 所述水蒸汽及氢气浓度测量装置包括与样品气体输运管(5)连接的冷凝容器(6)，与该冷凝 容器(6)连接、用于使冷凝容器内的样品气体中的水蒸汽降温冷凝成液态水的冷却液循环 系统，均与冷凝容器(6)连接的温度传感器(7)、压力传感器(8)和氢气分析仪（10)，同时与 温度传感器(7)、压力传感器(8)和氢气分析仪（10)连接的数据采集卡，与该数据采集卡连 接的PC机，以及通过过水挡气阀门与冷凝容器(6)连接的液态水收集器(9);所述第一缓冲 气罐(11)与氢气分析仪(10)连接。4. 根据权利要求3所述的核电站安全壳事故后多点快速测氢的装置，其特征在于，所述 冷却液循环系统包括盛装有用作冷却液的甘油的冷却液容器(17)，以及栗入口与该冷却液 容器（17)连接、栗出口与冷凝容器(6)连接的循环栗（18);所述冷凝容器(6)回连于冷却液 容器(17)。5. 根据权利要求4所述的核电站安全壳事故后多点快速测氢的装置，其特征在于，所述 冷凝容器(6)为定容容器。6. 根据权利要求4或5所述的核电站安全壳事故后多点快速测氢的装置，其特征在于， 所述样品气体增压回收装置包括栗入口与第一缓冲气罐（11)连接、栗出口连接有第二缓冲 气罐（13)的真空栗（12)，与该第二缓冲气罐（13)连接的压力计（14)，栗入口与第二缓冲气 罐(13)连接、栗出口通过气体回收管道(16)连接核电站安全壳内的增压栗(15)。7. 根据权利要求6所述的核电站安全壳事故后多点快速测氢的装置，其特征在于，所述 样品气体输运管(5)外部包裹有保温加热带(4)。
【文档编号】G21C17/003GK205487368SQ201620044813
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月18日
【发明人】江婷, 高博, 陈治江, 赖新春, 张鹏程, 唐辉, 李嵘, 陈杰
【申请人】中国工程物理研究院材料研究所, 中广核工程有限公司, 四川聚能核技术工程有限公司