[實用新型]一種用于核電站的自啟動式氫氣濃度測量裝置

有效

• 申請號: 201020134498.8
• 申請日: 2010-03-18
• 公開（公告）號: CN201811936U
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 羅沙;董強;馮海波;邢福祥;黃永生;曹振芳;袁曉燕
• 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: G01N27/18
• 分類號: G01N27/18;G01N1/24
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;楊志兵

技術領域

本實用新型涉及一種用于核電站的氫氣濃度測量裝置，屬于氣體濃度分析測量技術領域。?

背景技術

核電廠超基準事故工況和嚴重事故下安全殼內的氣體組成是以空氣與水蒸氣為主，含有氫氣及其他氣體的高溫高濕混合性氣體。氫氣的來源：1)事故早期，鋯-水反應高速率地產生氫氣；2)事故中后期，水的輻照分解、堆芯融溶物和混凝土的反應，也會產生大量氫氣。事故工況下，反應堆放出大量的熱量，安全殼內的溫度可高達180℃，同時產生大量的水蒸氣。水蒸氣和氫氣的含量隨著事故的進程不斷變化。為了避免發生破壞安全殼完整性的氫爆燃事故，必須通過測量氫氣體積濃度的方式對氫氣聚集狀態進行監視，以便采取適當的預防措施。?

對于類似安全殼的密閉空間，目前有兩種測量方式：?

一種是將分析傳感器直接安裝在安全殼內測量氫氣濃度，傳感器需要耐受安全殼內高溫、高壓、高濕、高輻照的環境條件，而面對可能產生的各種突發事件的危險，研制高可靠性、高安全性的傳感器和在使用中如何進行維護保養都是世界范圍內核電領域還待研究和解決的難題，尚沒有成熟產品；?

另一種是將氣體從安全殼內抽出，送到安全殼外的測量系統完成氣體預處理和氣體濃度分析，測量后的氣體無泄漏地返回安全殼。對于氫氣類有爆炸危險的氣體，選擇防爆型分析傳感器提高測量的安全性。抽出式濃度測量裝置通過結構設計和流程設計可以很好地滿足核電站氫氣測量安全性和抗震性能的要求，在安全殼外定期的維護、保養可以保證事故發生后執行連續測量功能。本技術方案正是基于此種抽出式濃度測量方式提出的方法。?

目前氫氣體積濃度的分析方法主要以熱導原理、電化學原理、催化反應原理為主。這些傳感器對測量介質的狀態存在局限，溫度范圍為50℃以下，相對濕度范圍為85％RH以下，流量和壓力也有限制。國內外目前已安裝使用的核電?廠抽出式氫氣測量裝置多采用熱導、電化學原理的氣體分析傳感器。?

在核電廠正常工況下沒有氫氣產生的安全殼內氣體作為測量介質時，為了保證上述分析傳感器的正常工作和準確測量，必須將安全殼內高溫高濕并有一定壓力的氣體進行冷卻、降壓、除濕等預處理后才能測量氫氣體積濃度。相對于安全殼內的高溫高濕的“濕態”氣體條件，冷卻除濕后的氣體可暫稱為“干態”氣體。抽出式測量裝置中安裝的氫傳感器分析“干態”氣體中氫氣體積濃度，也就是自然環境條件下組分的體積濃度。預處理過程的采用會造成“濕態”和“干態”下氣體組分發生變化。“濕態”氣體在冷卻過程中，隨著溫度不斷降低，氣體中所含水蒸氣不斷冷凝。當冷卻至10～45℃時，絕大部分的水蒸氣轉化為液態水被析出，氣體的總分子個數減少，而被測組分氫氣在降溫過程中無變化，分子個數保持不變。?

安全殼可視為固定容積的密閉空間，某組分的體積濃度由該組分的分子個數與氣體總分子個數的比值決定。由于氣體組成發生了變化，很容易發現，“干態”下氫氣的體積濃度較安全殼內的高溫高濕度環境下的體積濃度是高的，測量結果存在較大誤差，測量的準確性無法保證。水蒸氣的含量直接影響測量的準確性，水蒸氣含量越高，測量誤差越大，反之，測量誤差較小。在事故狀態高水蒸氣含量條件下失去了測量的意義和目的。?

美國Teledyne公司自60年代起專注采樣和分析反應堆事故狀態下的氣體成分，已開發出225CM系列氫氣監測儀，在線分析反應堆安全殼中的氫氣，例如監測冷卻劑泄露事故(LOCA)或蒸汽管道斷裂事故(SLB)時的氫氣含量。該分析儀在發生事故時和事故后幫助核電廠運行人員確定反應堆損壞程度，從而確定采用哪些處理方案和措施，例如事故時激活氫氣復合器和吹掃系統。?

225CM氫氣監測儀采用將安全殼內氣體冷卻后進行“干態”濃度測量，盡管裝置有很多優點，但是隨著研究的不斷深入，干法測量的缺點逐步暴露，那就是“干態”氫氣濃度與安全殼內高溫高濕條件下真實的氫氣濃度的差別太大了。資料和試驗表明，通過監測儀得到的“干態”氫氣濃度與安全殼內實際氫氣濃度誤差可達2～3倍，見表1。?

表1試驗結果?