[發明專利]核電站安全殼事故后多點快速測氫的裝置及其實現方法

有效

• 申請號: 201610032500.2
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105513654B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 高博;江婷;陳治江;鄭振華;賴新春;張鵬程;唐輝;李嶸
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所;中廣核工程有限公司;四川聚能核技術工程有限公司
• 主分類號: G21C17/003
• 分類號: G21C17/003
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙)51239
• 代理人: 劉華平

技術領域

本發明涉及核電站的安保檢測領域，具體涉及的是一種核電站安全殼事故后多點快速測氫的裝置及其實現方法。

背景技術

日本福島核事故后，核電廠安全殼嚴重事故工況下的氫風險控制引起了國內外的高度關注，對核電的氫安全裝置提出了更高的要求。核電廠事故狀態下，由于事故早期的鋯-水反應和中后期的水輻照分解以及堆芯融溶物和混凝土的反應，會產生大量氫氣，而安全殼內氫氣濃度超過爆炸限后產生的燃爆會嚴重威脅核電站安全屏障的完整性。因此在建和已運行的每個核電機組都必須安裝測氫裝置。

但另一方面，由于事故狀態下，安全殼內氣體呈現高溫、高壓、高放射性的特點(溫度可達150℃，壓力接近5.5bar)，不僅不利于操作人員對事故的連續監測，而且對測氫技術和裝置提出了更為嚴苛的要求，導致測氫技術研發非常困難。

測氫技術研發的困難是由嚴重事故的惡劣條件造成的。首先，由于嚴重事故條件下，安全殼內存在CO、碘蒸氣、固體氣溶膠、電纜燃燒氣體產物等毒化氣氛，會使儲氫材料(納米顆粒)毒化，使用儲氫材料(納米顆粒)來測量氫濃度的技術會有很大的困難；其次，嚴重事故條件下，安全殼內存在高溫(150℃)、高濕度(絕對濕度60％以上)的惡劣條件，傳統的氣體測量儀器，色譜、紅外、拉曼等在該條件下不僅無法測量，甚至有損壞的可能；再次，殼內氣體具有放射性，取樣測量后需要全部回收，這對裝置的密封性、抗輻射性和氣體循環系統都提出了很高的要求。

現有核電站嚴重事故氫氣濃度監測方案通常有兩種：即殼內測量方法和殼內取樣、殼外測量方法。殼內測量方法是將測量系統布置于殼體內，通過測量元件的物理化學性能變化間接測量氫氣濃度的方法，主要有儲氫材料(一般為納米顆粒)測量法和非能動氫復合器測量法。儲氫材料測量法是利用材料吸收氫氣之后，電容的變化間接推算殼體內氫氣濃度，但由于儲氫材料易受毒化影響，測量一次后需加熱除氫導致測量周期長；非能動氫復合器測量法是利用不同氫濃度下催化板溫升的不同測量殼體內氫氣濃度，然而這種方法在核電事故的復雜狀態下，由于催化板的毒化損害和殼體內流場的復雜性和不確定性會導致測量結果嚴重失準。殼內取樣殼外測量方法，這種方法是通過導管將氣體抽出后，通過降溫、降壓等處理后，采用氫氣濃度監測裝置進行氫氣濃度測量，這種方法可實現較為精準、快速的氫氣濃度測量，但目前全世界只有法國Areva公司具有成熟可靠的殼外氫測量系統。

因此，如何實現事故狀態安全殼內氫氣濃度的安全、精確、快速地檢測，便成為了目前亟待解決的問題。

發明內容

針對上述技術不足，本發明提供了一種核電站安全殼事故后多點快速測氫的裝置及其實現方法，其可以為核電站事故狀態下的氫氣濃度提供精確、快速的檢測。

為實現上述目的，本發明解決問題的技術方案如下：

核電站安全殼事故后多點快速測氫的裝置，其特征在于，包括樣品氣體取樣探頭(2)、水蒸汽及氫氣濃度測量裝置、第一緩沖氣罐(11)和樣品氣體增壓回收裝置；其中：

樣品氣體取樣探頭，貫穿核電站安全殼上的密封件，并伸入至核電站安全殼內，其內依次設置有過濾片、中空纖維膜和水汽分離器，用于對核電站安全殼內的樣品氣體進行取樣，并去除其中的氣溶膠和液態水；

水蒸汽及氫氣濃度測量裝置，通過樣品氣體輸運管與樣品氣體取樣探頭連接，用于分別測量樣品氣體中的水蒸汽和氫氣濃度，并去除水蒸汽；所述水蒸汽及氫氣濃度測量裝置包括與樣品氣體輸運管(5)連接的冷凝容器(6)，與該冷凝容器(6)連接、用于使冷凝容器內的樣品氣體中的水蒸汽降溫冷凝成液態水的冷卻液循環系統，均與冷凝容器(6)連接的溫度傳感器(7)、壓力傳感器(8)和氫氣分析儀(10)，同時與溫度傳感器(7)、壓力傳感器(8)和氫氣分析儀(10)連接的數據采集卡，與該數據采集卡連接的PC機，以及通過過水擋氣閥門與冷凝容器(6)連接的液態水收集器(9)；所述第一緩沖氣罐(11)與氫氣分析儀(10)連接；

第一緩沖氣罐，通過管道與水蒸汽及氫氣濃度測量裝置連接，用于暫時儲存去除水蒸汽后的樣品氣體，并穩定氣流；

樣品氣體增壓回收裝置，與第一緩沖氣罐連接，并回連于核電站安全殼內，用于將第一緩沖氣罐中的樣品氣體增壓至5.5bar以上后送回至核電站安全殼內；所述樣品氣體增壓回收裝置包括泵入口與第一緩沖氣罐(11)連接、泵出口連接有第二緩沖氣罐(13)的真空泵(12)，與該第二緩沖氣罐(13)連接的壓力計(14)，泵入口與第二緩沖氣罐(13)連接、泵出口通過氣體回收管道(16)連接核電站安全殼內的增壓泵(15)。