[發明專利]一種核電氫濃度檢測裝置

有效

• 申請號: 201010273346.0
• 申請日: 2010-09-07
• 公開（公告）號: CN101949829A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 蔡曉波;劉東友;郭嗣杰;田彥民;范廣軍;段敬彬
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一八研究所
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27;G01N21/47;G01D5/353
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;高燕燕

技術領域

本發明涉及核電安全殼內氫濃度檢測技術領域，特別是一種大范圍多點分布式氫濃度在線檢測裝置。

背景技術

根據國家發改委的遠景規劃，計劃到2020年底中國將新建多個百萬千瓦級核電機組，核電總規模將達到3600萬千瓦。核電國產化將會帶動相關配套行業的快速發展，作為核電站配套設施部分的各種監測系統無疑將會有更為廣闊的發展和使用空間。

核電的安全性是該行業發展最為關注的焦點。盡管核電站發生事故的頻率極低，由于其后果相當嚴重，仍然不能忽視它的風險。在嚴重事故堆芯融化早期階段，鋯-水反應會產生大量氫氣和熱量。事故后期堆芯融熔物與混凝土的反應以及水的輻射分解也會產生大量氫氣。如果安全殼內沒有安裝相應的氫濃度監測和消氫系統，局部區域的氫氣積累可能引起劇燃和燃爆，產生超過安全殼結構設計能力的壓力和溫度負載狀況，損壞安全殼，并使放射性物質泄漏到大氣中，造成環境污染。因此為了保證安全殼的完整性，核電站的設計必須引入有效的、安全的氫氣監測和控制手段。

作為特定環境條件下的核電站環境，氫濃度在線檢測非常復雜。傳統的氫氣濃度分析通常采用氣相色譜法、密度測量法、熱傳導法、化學催化法等。氣相色譜法需要取樣分析，不能實時檢測；密度測量法管線較長、校準困難、精度低、速度慢；在核電站安全殼的事故狀態下，熱傳導儀器會由于氣體溫度、壓力等環境條件的急劇變化而失去作用；化學催化儀器在放射性環境下，催化劑會發生中毒反應，并喪失其測量功能。基于電化學的氫傳感器，與系統的連接是通過金屬銅線來完成，增加了載荷的重量、功率的消耗，更重要的是，對于多點檢測，金屬銅線潛在的電磁干擾和電火花可能會引起災難性的后果。因此，迫切需要一種能在核電站環境下，在線多點監測的氫濃度檢測系統。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的主要針對核電氫濃度監測和控制技術方面存在的問題，提出一種基于光纖傳感技術的氫濃度檢測裝置，能夠安全、實時的進行在線檢測，且不干擾被測環境；能夠抗化學腐蝕、無電磁干擾、適用惡劣環境溫度，適用于大范圍多點檢測。

該核電氫濃度檢測裝置，包括：氫濃度傳感器陣列、標準氣室、光耦合器、光源、光電轉換器、信號處理單元和計算機輸出單元；

氫濃度傳感器陣列由多個相同的溶錐型的光纖氫敏傳感器S1～SN組成；光纖氫敏傳感器中光纖溶錐區的外部涂覆鈀金屬形成鈀膜；各光纖氫敏傳感器以多點分布形式安裝在核電安全殼內的各監測點處，并通過一根抗輻射光纖將各光纖氫敏傳感器串聯在一起；核電安全殼內的抗輻射光纖外部安裝屏蔽鎧甲；

標準氣室、光耦合器、光源、光電轉換器、信號處理單元和計算機輸出單元設置在核電安全殼n外的儀器安裝平臺上；標準氣室和光耦合器通過光纖相連，光源和光電轉換器分別通過光纖與光耦合器3相連；

標準氣室內部密封一只與核電安全殼內的光纖氫敏傳感器相同的光纖氫敏傳感器和已知濃度C₀的氫氣；光源向光纖光路提供光脈沖；光電轉換器將光路反饋的后向反射光強的光信號轉換為電信號，通過信號處理單元的調理送入計算機輸出單元；

計算機輸出單元采集到標準氣室和各光纖氫敏傳感器的后向反射光強，從中獲取標準氣室后向反射光強的衰減強度h₀和各光纖氫敏傳感器后向反射光強的衰減強度h_Sn，n為1到N的整數；計算光纖氫敏傳感器Sn的氫氣濃度C_Sn：

C_Sn＝C₀×h_Sn/h₀。

較佳地，所述計算機輸出單元進一步用于在Sn的氫氣濃度時，進一步利用校正因子k_Sn校正計算得到的氫氣濃度，令C_Sn＝C_Sn/k_Sn。

較佳地，所述計算機輸出單元進一步用于確定校正因子k_Sn，具體為：在核電氫濃度檢測裝置測試開始之前，各監測點處釋放已知濃度C1的氫氣；計算機輸出單元測得各光纖氫敏傳感器后向反射光強的衰減強度h_Sn’和標準氣室后向反射光強的衰減強度h₀，計算各光纖氫敏傳感器Sn的氫氣濃度測量值C_Sn’＝C₀×h_Sn’/h₀；利用氫氣濃度測量值和已知氫氣濃度，計算校正因子k_Sn＝C_Sn’/C1；