核電站安全殼事故后多點快速測氫的裝置及其實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核電站的安保檢測領(lǐng)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(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 日本福島核事故后，核電廠安全殼嚴重事故工況下的氫風(fēng)險控制引起了國內(nèi)外的 高度關(guān)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(tài)下，由于事故早期的 鋯-水反應(yīng)和中后期的水輻照分解以及堆芯融溶物和混凝土的反應(yīng)，會產(chǎn)生大量氫氣，而安 全殼內(nèi)氫氣濃度超過爆炸限后產(chǎn)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。
[0003] 但另一方面，由于事故狀態(tài)下，安全殼內(nèi)氣體呈現(xiàn)高溫、高壓、高放射性的特點(溫 度可達150°C，壓力接近5.5bar)，不僅不利于操作人員對事故的連續(xù)監(jiān)測，而且對測氫技術(shù) 和裝置提出了更為嚴苛的要求，導(dǎo)致測氫技術(shù)研發(fā)非常困難。
[0004] 測氫技術(shù)研發(fā)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(nèi)存在C0、碘蒸氣、固體氣溶膠、電纜燃燒氣體產(chǎn)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(shù)會有很大的困難;其次，嚴 重事故條件下，安全殼內(nèi)存在高溫（150°C )、高濕度(絕對濕度60 %以上）的惡劣條件，傳統(tǒng) 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(nèi)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(huán) 系統(tǒng)都提出了很高的要求。
[0005] 現(xiàn)有核電站嚴重事故氫氣濃度監(jiān)測方案通常有兩種：即殼內(nèi)測量方法和殼內(nèi)取 樣、殼外測量方法。殼內(nèi)測量方法是將測量系統(tǒng)布置于殼體內(nèi)，通過測量元件的物理化學(xué)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(fù) 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(nèi)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(dǎo)致測量周期長;非能動氫復(fù) 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(nèi)氫氣濃度，然而這種方法在 核電事故的復(fù)雜狀態(tài)下，由于催化板的毒化損害和殼體內(nèi)流場的復(fù)雜性和不確定性會導(dǎo)致 測量結(jié)果嚴重失準。殼內(nèi)取樣殼外測量方法，這種方法是通過導(dǎo)管將氣體抽出后，通過降 溫、降壓等處理后，采用氫氣濃度監(jiān)測裝置進行氫氣濃度測量，這種方法可實現(xiàn)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(tǒng)。
[0006] 因此，如何實現(xiàn)事故狀態(tài)安全殼內(nèi)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(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述技術(shù)不足，本發(fā)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(xiàn)方法，其可以為核電站事故狀態(tài)下的氫氣濃度提供精確、快速的檢測。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案如下：
[0009] 核電站安全殼事故后多點快速測氫的裝置，包括樣品氣體取樣探頭、水蒸汽及氫 氣濃度測量裝置、第一緩沖氣罐和樣品氣體增壓回收裝置;其中：
[0010] 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(nèi)，其 內(nèi)依次設(shè)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(nèi)的樣品氣體進行 取樣，并去除其中的氣溶膠和液態(tài)水；
[0011] 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；
[0012] 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(wěn)定氣流；
[0013] 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(nèi)，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(nèi)。
[0014] 為增加裝置對樣品氣體的處理量，所述水蒸汽及氫氣濃度測量裝置為三個，并且 以并聯(lián)的方式同時與樣品氣體取樣探頭和第一緩沖氣罐連接。
[0015] 具體地說，所述水蒸汽及氫氣濃度測量裝置包括與樣品氣體輸運管連接的冷凝容 器，與該冷凝容器連接、用于使冷凝容器內(nèi)的樣品氣體中的水蒸汽降溫冷凝成液態(tài)水的冷 卻液循環(huán)系統(tǒng)，均與冷凝容器連接的溫度傳感器、壓力傳感器和氫氣分析儀，同時與溫度傳 感器、壓力傳感器和氫氣分析儀連接的數(shù)據(jù)采集卡，與該數(shù)據(jù)采集卡連接的PC機，以及通過 過水擋氣閥門與冷凝容器連接的液態(tài)水收集器;所述第一緩沖氣罐與氫氣分析儀連接。
[0016] 進一步地，所述冷卻液循環(huán)系統(tǒng)包括盛裝有用作冷卻液的甘油的冷卻液容器，以 及栗入口與該冷卻液容器連接、栗出口與冷凝容器連接的循環(huán)栗;所述冷凝容器回連于冷 卻液容器。
[0017] 再進一步地，所述冷凝容器為定容容器。
[0018] 具體地說，所述樣品氣體增壓回收裝置包括栗入口與第一緩沖氣罐連接、栗出口 連接有第二緩沖氣罐的真空栗，與該第二緩沖氣罐連接的壓力計，栗入口與第二緩沖氣罐 連接、栗出口通過氣體回收管道連接核電站安全殼內(nèi)的增壓栗。
[0019] 更進一步地，所述樣品氣體輸運管外部包裹有保溫加熱帶。
[0020] 基于上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提供了該核電站安全殼事故后多點快速測氫的裝置的實 現(xiàn)方法，包括以下步驟：
[0021] (1)在核電站安全殼內(nèi)布置樣品氣體取樣探頭，利用樣品氣體取樣探頭對核電站 安全殼內(nèi)的樣品氣體進行取樣；
[0022] (2)樣品氣體取樣探頭取得樣品氣體后，依次去除其中的氣溶膠和液態(tài)水，然后通 過樣品氣體輸運管送入至水蒸汽及氫氣濃度測量裝置中，水蒸汽濃度測量裝置用于測量樣 品氣體中的水蒸汽濃度，并去除水蒸汽，氫氣濃度測量裝置用于測量樣品氣體中的氫氣濃 度；
[0023] (3)水蒸汽及氫氣濃度測量裝置將去除水蒸汽后的樣品氣體送入至第一緩沖氣罐 中儲存；
[0024] (4)樣品氣體增壓回收裝置將第一緩沖氣罐中的樣品氣體抽入，并將其增壓至 5.5bar以上后送回至核電站安全殼內(nèi)。
[0025]進一步地，所述步驟(2)中，水蒸汽及氫氣濃度測量裝置分別測量樣品氣體中的水 蒸汽和氫氣濃度，并去除水蒸汽的具體過程如下：
[0026] (a)溫度傳感器和壓力傳感器分別測量樣品氣體的溫度和壓力，并通過數(shù)據(jù)采集 卡傳送至PC機中；
[0027] (b)開啟循環(huán)栗，將盛裝在冷卻液容器中的冷卻液栗出，并在冷凝容器中循環(huán)，對 樣品氣體中的水蒸汽進行降溫，使之冷凝，得到冷凝的液態(tài)水，冷凝時間為1~2min;同時， 溫度傳感器和壓力傳感器測量冷凝后的氣體溫度和壓力，并通過數(shù)據(jù)采集卡傳送至PC機 中；
[0028] (c)PC機對接收的水蒸汽溫度和壓力數(shù)據(jù)進行處理，并按照下列公式得到出安全 殼內(nèi)的水蒸汽濃度仏/2〇^// :
[0029]
[0030] 式中，丹、內(nèi)和1'1、1'2分別為冷凝容器冷凝前、后氣體的壓強和溫度；
[0031] (d)打開過水擋氣閥門，將冷凝容器中的液態(tài)水收集到液態(tài)水收集器中；同時，去 除水蒸汽后的樣品氣體進入到氫氣分析儀中；
[0032] (e)氫氣分析儀對樣品氣體進行分析，得到其中的氫氣濃度77馬，然后通過數(shù)據(jù)采 集卡傳送至PC機中；
[0033] (f)PC機對接收的氫氣濃度數(shù)據(jù)進行處理，并按照下列公式得出安全殼內(nèi)的氫氣 濃度 ·:
[0034] ^
[0035] 具體地說，所述步驟(4)包括以下步驟：