[發明專利]核電廠嚴重事故下安全殼內氫氣濃度監測用氣體取樣過濾裝置

在審

• 申請號: 202110984372.2
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113720659A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 周艷民;谷海峰;馬如冰;孫中寧;楊敬豪;馬釬朝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22;G01N1/34;G01N33/00;G21C17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種核電廠嚴重事故下安全殼內氫氣濃度監測用氣體取樣過濾裝置，主要包括氣溶膠過濾段、流量控制單元、氣態碘過濾段和錐形出口段。取樣過濾裝置各部件采用由高壓向低壓、先過濾固體類放射性氣溶膠，再去除放射性氣體的運行策略。本發明提出的氣體取樣過濾裝置能夠在高溫、高濕、高壓和強輻照環境下穩定可靠運行，確保對采樣氣體中的放射性物質高效過濾，與此同時能夠根據取樣環境壓力變化進行流量調節，滿足下游氫氣濃度分析系統的采樣氣體流量要求。

技術領域

本發明涉及一種核電廠嚴重事故下安全殼內氫氣濃度監測用氣體取樣過濾裝置，主要用于核電站發生嚴重事故時，在氫氣濃度監測取樣過程中對樣品氣體中的放射性氣溶膠和氣態碘進行高效過濾，同時根據上游環境壓力的變化進行流量調節，滿足氫氣濃度分析儀的測量需求，該裝置具有耐溫、耐濕、耐輻照等優點，并且工作可靠性高，能夠有效防止取樣過程中放射性物質外泄。

背景技術

當核電廠發生嚴重事故后，燃料包殼內的放射性氣溶膠、單質碘和有機碘等大量的放射性物質會釋放到安全殼氣空間，此外，高溫條件下鋯合金包殼還可能會與冷卻劑發生鋯-水反應產生氫氣，并連同冷卻劑一同進入安全殼，當氫氣濃度超過一定限值后就有可能發生爆炸，嚴重威脅安全殼的完整性。2011年3月11日，日本福島第一核電廠發生核事故，事故中氫氣爆炸導致1-4號機組反應堆廠房損壞，其中2號機組安全殼發生損壞，導致放射性直接向環境泄漏。

嚴重事故條件下對安全殼內氫氣濃度的有效監測是防氫爆設計中的一項重要措施。在事故情況下，通過氫氣測量系統，可以了解安全殼內氫氣濃度及其分布情況，進而為采用應對措施和應急計劃提供重要信息。目前氫氣濃度監測系統主要分為兩類：一類是將氫氣濃度測量儀表布置在安全殼內，利用數據傳輸裝置將數據傳遞到主控制室和應急控制中心，這類方法的難點在于氫氣測量裝置的設計和制造需要滿足事故環境條件下高溫、高濕和強輻照等嚴苛要求，特別是對于電子元器件的耐輻照特性帶來了巨大挑戰；另一類是將安全殼內氣體引出到安全殼外，然后利用殼外的測量裝置進行分析處理，這類方法規避了測量儀器的輻照損壞風險，但是需要采用可靠的過濾裝置對取樣氣體中的放射性物質進行預過濾，確保樣品氣體中的放射性物質被包絡在安全殼物理邊界之內。

自本世紀初開始對核電站用的氣體取樣裝置、系統有所研究。趙立宏等人提出了采用單片機進行智能控制的方式，對取樣流量進行控制，同時智能更換用于過濾固體顆粒的濾紙，但這種方式無法保證電子元件在高溫、高濕、高放射性環境下正常工作的可靠性，且濾紙的承載能力有限，更換次數頻繁，無法應對長時間連續取樣的情況。李錦等人發明了核電廠煙囪中放射性惰性氣體取樣裝置，專利號CN201420370020.3，該裝置采用氣體增壓泵、壓力表、質量流量控制器、真空泵、閥門等多設備串聯方式進行取樣，但是該裝置無法去除氣體中可能含有的放射性物質，且無法適用于高溫高濕環境。張軍平等人發明了一種可用于壓水堆核電站事故后的核取樣系統，專利號CN201910294508.X，該系統采用噴射器的引射原理對氣體進行取樣。該系統缺少對放射性氣溶膠、甲基碘、氣態單質碘的過濾去除裝置，同時將放射性引入安全殼外，增加了放射性外泄的風險，此外該系統管線復雜，安裝布置困難。杜杰等人發明了一種用于核電站安全殼內氫氣濃度的快速分析裝置及方法，專利號CN201810637068.9，該裝置的氣體取樣部分由并聯的第一和第二兩條進氣支路組成。第一進氣支路與核電站安全殼連接并伸入安全殼內，第二進氣支路連接有標準氣罐，第一進氣支路與第二進氣支路的另一端與氫氣濃度測量裝置連通。該裝置無法對所取樣品氣體中的放射性氣溶膠、甲基碘、氣態單質碘進行過濾去除，且將放射性引入安全殼外，增加了放射性外泄的風險。此外該裝置采用兩級降壓的方式，將高壓氣體轉為適用于測量儀器的低壓氣體，整體裝置復雜，體積大，管路繁多。由此可見，現有核電站用的氣體取樣裝置，尚無法同時滿足采樣氣體流量調節、放射性物質過濾以及氣體減壓的要求，還需要開發專門的核電站嚴重事故下的氫氣濃度監測用氣體取樣過濾裝置。

發明內容