一种测量核电厂安全壳内氢气浓度的方法技术

技术编号:8322113 阅读:199 留言:0更新日期:2013-02-13 21:38
本发明专利技术公开了一种测量核电厂安全壳内氢气浓度的方法,属于易燃易爆气体浓度测量技术领域。所述方法步骤如下:(1)使核电厂安全壳内的氢气和氧气在常温条件下发生化合反应;(2)分别测量核电厂安全壳内的环境温度T1和化合反应温度T2;(3)采用式进行计算,得到氢气浓度所述方法简单、安全可靠,测量范围大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及,属于易燃易爆气体浓度测量

技术介绍
核电厂事故工况下会产生大量氢气,氢气的来源1)事故早期,锆-水反应高速率地产生氢气。2)事故中后期,水的辐照分解、堆芯融溶物和混凝土的反应,也会产生大量氢气。大量氢气的聚集使安全壳内氢气浓度有超过爆炸限4%的可能,存在爆炸的危险。为避免氢爆燃事故发生,破坏安全壳完整性,需要构建氢气测量系统对安全壳不同位置的氢气聚集状态进行监测,在事故发生后实施有效地干预。在事故工况下,反应堆放出大量的热量,安全壳内温度的升高伴随着压力的升高。 如二代和二代加核电厂事故后温度可达150度,压力可达6bar。安全壳内的气体组成是以空气与水蒸气为主,含有氢气及其他气体的高温高压混合性气体。由于事故工况下安全壳内气体呈现高温、高压、高放射性的特点,因此对于氢气浓度的测量增加了很大的难度。对于安全壳氢气浓度,常见的测量方法是将少量的安全壳内气体作为样品气抽出经传输管道送到安全壳外,在安全壳外经过气体预处理后由氢气传感器测量气体中的氢气浓度,测量过程包括气体预处理、气体浓度分析都在安全壳外完成。这种方式国内外都有应用先例。这种方式由于存在对放射性气体的管路传输,存在响应滞后、存在潜在的放射性泄露风险的缺点。同时由于测量管路的限制,一般布置为单点测量。气体在传输过程状态发生变化,测量结果的准确性受到影响。由于气体预处理和气体传输管路的存在,系统较复杂,耗能设备多、功耗大。由于抽出式测量方法的上述缺点,特别是日本福岛核事故发生后,研制直接布置在安全壳内测量的氢气传感器受到广泛关注。直接测量系统组成简单,这种方法是传感器在安全壳内直接测量,输出一次测量电信号,快速反应氢气变化,避免滞后。系统只存在电信号的传输,没有气体抽送到安全壳外,便于在安全壳内不同位置安装多个氢气传感器组成多点连续监测系统。通过传输电缆将传感器一次测量信号输出到安全壳外,在安全壳外对测量信号进行变送、处理和显示。目前已应用于核电厂的安全壳壳内监测系统是德国Siemens公司采用热催化原理的WS-85氢气探测方法。该方法采用的氢气敏感探头由涂有催化剂的钼电极和参比电极组成,通过对探头内钼电极持续通电,保证在接触到氢气和氧气的混合物时,在钼电极表面发生高效的催化化合反应,反应热导致钼电极电阻变化,电阻变化值是氢气存在的特征信号。这一信号被送到惠斯通电桥上完成氢气浓度的分析。这种方法已广泛使用在煤气发生站和制气场,用于分析4%以下氢气浓度的场合,4%是氢气的爆炸限。针对核电厂事故工况下测量安全壳内的氢气浓度,有一些特殊性,首先在安全壳这个密闭空间中氢气浓度较高,最高可达10%,核电厂如若发生极端事故,对安全壳内的供电就会变得十分困难,因此在这种条件下应用上述需要供电进行加热的催化反应方法可能造成测量无法正常进行,可靠性较低,这些造成了上述方法应用于安全壳内测量氢气浓度的局限;此外,通过加热的方式使氢氧催化反应发生,这对于测量爆炸限4%以上环境中的氢气浓度是不安全的,容易引发氢气被无意点燃,安全性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供,所述方法简单、安全可靠,测量范围大。本专利技术的目的由以下技术方案实现,所述方法步骤如下(I)使核电厂安全壳内的氢气和氧气在常温条件下发生化合反应; (2)分别测量核电厂安全壳内的环境温度Tl和化合反应温度T2 ;(3)采用式(I)进行计算,得到氢气浓度Qf2 ; Cr, : / K (I)其中,AT为化合反应的温升值,AT = T2-T1 ;K为表征参数,K值为30 80 ;Κ的取值是通过对氢气和氧气化合反应进行大量的实验后得出的合理值;有益效果(I)本专利技术所述方法使氢气和氧气在常温下发生化合反应,无需对核电厂安全壳内的氢气敏感组件供电加热,安全可靠,且方法简单;(2)本专利技术所述方法测量范围大,能够测量O 15%的氢气浓度;(3)本专利技术提供了一种适宜安全壳内单点或多点测量的方法。该方法不受测量环境内的辐照、压力、温度的使用限制,适应于安全壳内不同安装位置;(4)本专利技术所述催化式氢气传感器中催化反应器的反应空间较大,所装催化剂与核电厂安全壳内的气体接触面积较大,能够使氢气和氧气在常温下发生催化化合反应,无需外部供电,降低了能耗,且能够避免氢气浓度较高时由于供电或加热过程导致的燃烧和爆炸,确保所述传感器在使用过程中稳定和安全;(5)本专利技术所述催化式氢气传感器中防护保护过滤层对气溶胶之类的污染物有防护作用,对气体扩散状态有保护作用,使气体流场变化对催化反应器不产生影响;(6)本专利技术所述催化式氢气传感器中除第一热敏感元件和第二热敏感元件外,所有部件均采用不锈钢材料,第一热敏感元件和第二热敏感元件采用不锈钢外壳,传感器在使用过程中不形成易燃、或易爆性气体混合物的点火或爆炸源,安全性好。附图说明图I为本专利技术所述方法的流程图;图2为本专利技术所述传感器的剖面图;其中,I一催化反应器、2—防爆器、3—防护外筒、4一第一热敏感元件、5—第一卡套、6—第二卡套、7—上花板、8—定位杆、9 一安装杆、10—第二热敏感元件、11 一防护保护过滤层、12—托板、13—下花板、14一防淋罩、15—耳式支座、16-立式焊接支撑。具体实施例方式下面结合具体实施例来详述本专利技术,但不限于此。氢气和氧气催化化合反应放出大量的热,反应放热导致温度升高,温度的升高值即温升值与反应放出热量的多少成正比关系,反应放出热量的多少又与参加反应的氢气量成正比关系,因此,反应温升值与参加反应的氢气量成正比关系;在核电厂安全壳内,参加反应的氢气量与氢气浓度有关,氢气浓度越大,参加反应的氢气量越大,氢气浓度越小,参加反应的氢气量越小,由此可知,参加反应的氢气量与氢气浓度之间也存在正比关系,进而推出,反应温升值与氢气浓度成正比关系;基于以上原理,本专利技术提供,所述方法步骤如下(I)使核电厂安全壳内的氢气和氧气在常温条件下发生化合反应; (2)分别测量核电厂安全壳内的环境温度Tl和化合反应温度T2 ;(3)采用式(I)进行计算,得到氢气浓度(\ ;ATCHi = —Q)其中,AT为催化反应的温升值,AT = T2-T1 ;K为表征参数,K值为30 80 ;Κ的取值是通过对氢气和氧气化合反应进行大量的实验后得出的合理值;步骤(I)需要采用催化剂使核电厂安全壳内的氢气和氧气在常温条件下发生化合反应,所述催化剂为能够使氢气和氧气在常温下发生反应的催化剂,但是不限于一种催化剂;例如第一种催化剂,以Al2O3作为载体,Co、Au、Pt为活性成分,以催化剂的总质量为100%计,Co、Au、Pt的质量百分含量分别为6. 4%、0. 45%,O. 35% ;所述催化剂还可以采用第二种催化剂,以Al2O3作为载体,Pt、Pd、Rh为活性成分,以催化剂的总质量为100%计,Pt、Pd、Rh的质量百分比含量分别为O. 3%、0. 7%、0. 3%。步骤(2)可以通过在安全壳内氢氧化合反应外部及氢氧化合反应中心分别设置传感器来测量环境温度Tl和化合反应温度T2,且保证所测量的环境温度不受化合反应放热的影响,例如将两个传感器之间的距离拉大,或者在测量环境温度的位置与化合反应的位置之间采取防护措施,如设置隔热层等。步骤(2)采用的传感器的敏感元件可以为热电偶或钼电本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种测量核电厂安全壳内氢气浓度的方法,其特征在于:所述方法步骤如下:(1)使核电厂安全壳内的氢气和氧气在常温条件下发生化合反应;(2)分别测量核电厂安全壳内的环境温度T1和化合反应温度T2;(3)采用式(I)进行计算,得到氢气浓度?其中,AT为化合反应的温升值,AT=T2?T1;K为表征参数,K的取值是通过对氢气和氧气化合反应进行大量的实验后得出的合理值。FDA00002276223200011.jpg,FDA00002276223200012.jpg,FDA00002276223200013.jpg

【技术特征摘要】
1.一种测量核电厂安全壳内氢气浓度的方法,其特征在于所述方法步骤如下(O使核电厂安全壳内的氢气和氧气在常温条件下发生化合反应;(2)分别测量核电厂安全壳内的环境温度Tl和化合反应温度T2 ; (3)采用式(I)进行计算,得到氢气浓度〔H: ’CH- K(I)其中,AT为化合反应的温升值,AT = T2-T1 ;K为表征参数,K的取值是通过对氢气和氧气化合反应进行大量的实验后得出的合理值。2.根据权利要求I所述的一种测量核电厂安全壳内氢气浓度的方法,其特征在于步骤(I)和步骤(2)采用催化式氢气传感器实现,所述催化式氢气传感器包括催化反应器(I)、防爆器(2)、防护外筒(3)、第一热敏感元件(4)、第一卡套(5)、第二卡套(6)、上花板 (7)、定位杆(8)、安装杆(9)、第二热敏感元件(10)、防护保护过滤层(11)、托板(12)和下花板(13);其中,催化反应器(I)是一端开口的圆筒结构,开口端带有外螺纹;防爆器(2)为一端开口的圆筒结构,开口端带有内螺纹,开口内径与催化反应器(I)开口端外径相配合,筒体内径大于催化反应器(I)的外径;防护保护过滤层(11)为一端开口的圆筒结构,开口端内径与防爆器(2)开口端外径相配合,防护保护过滤层(11)侧壁为由内层侧壁和外层侧壁构成的中间有空隙的双层结构,内层侧壁的内径大于防爆器(2)的外径;托板(12)为圆形板, 直径大于防护保护过滤层(11)外层侧壁的外径;防护外筒(3)为两端开口的圆筒结构;上花板(7)的直径与防护外筒(3)的外径相同,下花板(13)的直径与防护外筒(3)的内径相同,上花板(7)和下花板(13)上有均匀分布的通孔,用于气体扩散;所述催化式氢气传感器中各组件的连接关系如下上花板(7)位于防护外筒(3)上方,上花板(7)底面与防护外筒(3)筒壁顶端固连,下花板(13)位于防护外筒(3)底部内侧,并与防护外筒(3)筒壁内侧固连;催化反应器(I)装入防爆器(2)内部,催化反应器(I)开口端与防爆器(2)开口端均朝上、且通过螺纹连接,催化反应器(I)底部与防爆器(2)底部留有间隙;防护保护过滤层(II)套装在防爆器(2)外部,且开口端朝上,防护保护过滤层(11)顶部与防暴器顶部固连,防护保护过滤层(11)底部位于防爆器(2)底部下方,并与防爆器(2)底部固连,防护保护过滤层(11)内层侧壁与防爆器(2)的侧壁之间留有空隙;催化反应器(I)、防爆器(2)、 防护保护过滤层(11)构成氢气敏感组件;托板(12)位于氢气敏感组件下方,与防护保护过滤层(11)底部固连;氢气敏感组件通...

【专利技术属性】
技术研发人员:罗沙覃亮董强李琳
申请(专利权)人:中国船舶重工集团公司第七一八研究所
类型:发明
国别省市:

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