氢浓度探测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氢浓度探测系统，包括取样装置、高真空系统和数据处理及控制系统，数据处理及控制系统与取样装置和/或高真空系统通讯连接，取样装置包括外套管、内套管、电磁泵及氢渗透结构。内套管的端壁与外套管的端壁之间形成流体转向空间，内套管与外套管之间形成进流通道，进流通道的第二端、流体转向空间和内套管的第二端相互连通，以使进流通道、流体转向空间和内套管的管内通道共同形成液态金属流路；电磁泵用于驱动液态金属管道中的液态金属流体从进流通道流入；氢渗透结构与高真空系统连接，氢渗透结构位于液态金属流路内。本发明专利技术的技术方案解决现有技术中的氢探测计对液态金属管道的接口要求高、取样管道较长的问题。

【技术实现步骤摘要】
氢浓度探测系统
本专利技术涉及气体探测
，具体涉及一种氢浓度探测系统。
技术介绍
钠冷快堆采用钠-钠-水三回路传热系统，以钠作为冷却剂，二回路蒸汽发生器作为钠水回路的边界，存在着发生钠水反应的隐患。长期以来，钠水型蒸汽发生器换热管发生小泄漏以至引起大泄漏的事故在世界上现有的钠冷快堆上屡有发生。通过测量流动的液态金属钠中氢浓度的变化，可以探测水或水蒸汽向蒸汽发生器钠侧的泄漏及泄漏率的大小，及时给蒸汽发生器事故保护系统发送泄漏报警信号，触发事故保护系统动作。作为钠水反应早期探测的主要手段，扩散型氢探测计被广泛地应用于各钠冷快堆。从液态金属钠中安全地将氢提取出来、通过高真空系统对氢浓度的大小进行检测与判断，是实现液态金属钠中氢浓度在线检测的关键。在现有技术中，扩散型氢探测计的取样管道的两端分别具有取样口和回流口，取样口和回流口与液态金属钠管道连通，以使取样管道与金属钠管道形成一个回路，镍管、加热器、回热器及电磁泵设置在该回路中，高真空系统与镍管连接。上述取样管道与金属钠管道有两个连接点，对金属钠管道的接口要求高，设备构成部件繁多、布置分散，在设备安装接口和安装空间上受到很多限制。此外，扩散型氢探测计的响应时间是一项主要技术指标。响应时间的组成主要有两方面，一是液态金属钠被取样至到达镍管的时间，这与液态金属钠的流路长度有关；二是液态金属钠中氢在镍管中渗透、通过真空管道、真空腔室到达相关检测仪器的时间，这与真空管道长度、真空腔室容积、离子泵抽速等因素有关。现有的扩散型氢探测计的取样管道较长，这就导致液态金属钠被取样至到达镍管的时间较长，从而影响响应时间。针对上述问题，现有技术中也提出了通过简化钠取样回路和真空系统并重新设计电磁泵的氢计小型化设计方案，但是效果不佳。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的氢浓度探测系统。为实现上述目的，本专利技术提供了一种氢浓度探测系统，包括取样装置、高真空系统和数据处理及控制系统，数据处理及控制系统与取样装置和/或高真空系统通讯连接，取样装置包括：外套管，外套管的第一端连接在液态金属管道上，外套管的第二端封闭；内套管，设置在外套管内，内套管的两端开口，内套管的第一端与液态金属管道连通，内套管的第二端的端壁与外套管的第二端的端壁之间形成流体转向空间，内套管的周向外壁与外套管的周向内壁之间形成进流通道，进流通道的第一端与液态金属管道连通，进流通道的第二端、流体转向空间和内套管的第二端相互连通，以使进流通道、流体转向空间和内套管的管内通道共同形成液态金属流路；电磁泵，用于驱动液态金属管道中的液态金属流体从进流通道流入；氢渗透结构，与高真空系统连接，氢渗透结构位于液态金属流路内。进一步地，电磁泵套设在外套管上，内套管对应电磁泵的部分由磁场屏蔽材料制成，进流通道对应电磁泵的部分形成电磁泵的泵沟。进一步地，氢渗透结构的第一端连接在外套管的第二端的端壁上，氢渗透结构的第二端伸入至内套管的管内通道内。进一步地，氢渗透结构为镍管。进一步地，还包括加热器，加热器用于对氢渗透结构和/或液态金属流路内位于氢渗透结构上游的液态金属流体进行加热。进一步地，加热器设置在外套管的周向外壁上。进一步地，还包括测温结构，测温结构用于测量氢渗透结构周围的液态金属流体的温度。进一步地，测温结构位于液态金属流路内，测温结构与氢渗透结构并排设置。进一步地，测温结构包括：测温套筒，测温套筒的一端封闭一端开口，测温套筒与外套管固定连接，并且测温套筒的内部通过测温套筒的开口与外套管的外部连通；温度传感器，温度传感器从测温套筒的开口插入至测温套筒内，温度传感器与测温套筒可拆卸连接。进一步地，氢渗透结构的第一端连接在外套管的第二端的端壁上，氢渗透结构的第二端伸入至内套管的管内通道内，测温套筒的开口端连接在外套管的第二端的端壁上，测温套筒的封闭端伸入至内套管的管内通道内，氢渗透结构和/或测温套筒与内套管的周向内壁相贴合。进一步地，氢渗透结构的第一端连接在外套管的第二端的端壁上，氢渗透结构的第二端伸入至内套管的管内通道内，氢渗透结构与内套管同心设置，测温结构位于外套管的周向外壁上。进一步地，外套管和内套管同心设置。进一步地，高真空系统包括：真空腔室；进样真空管路，进样真空管路的第一端与氢渗透结构连接，进样真空管路的第二端与真空腔室连接，进样真空管路上设置有第一阀门；前级泵，与真空腔室通过第一真空管路连接，第一真空管路上设置有第二阀门，前级泵包括分子泵组；离子泵，与真空腔室通过第二真空管路连接。进一步地，高真空系统包括：真空腔室；进样真空管路，进样真空管路的第一端与氢渗透结构连接，进样真空管路的第二端与真空腔室连接，进样真空管路上设置有第一阀门；前级泵，与真空腔室通过第一真空管路连接，第一真空管路上设置有第二阀门；离子泵，与真空腔室通过第二真空管路连接；气体分析仪，与真空腔室通过第三真空管路连接。进一步地，高真空系统包括：真空腔室；预热装置，用于对真空腔室进行预热；进样真空管路，进样真空管路的第一端与氢渗透结构连接，进样真空管路的第二端与真空腔室连接，进样真空管路上设置有第一阀门；前级泵，与真空腔室通过第一真空管路连接，第一真空管路上设置有第二阀门；离子泵，与真空腔室通过第二真空管路连接；数据处理及控制系统包括一键启动控制单元，一键启动控制单元与预热装置、第一阀门、第二阀门、前级泵以及离子泵通信连接。进一步地，高真空系统还包括气体分析仪，气体分析仪与真空腔室通过第三真空管路连接，一键启动控制单元与气体分析仪通信连接。应用本专利技术的技术方案，取样装置采用外套管和内套管的双层管结构，内套管与外套管之间形成进流通道，内套管的第二端的端壁与外套管的第二端的端壁之间形成流体转向空间。在电磁泵的驱动下，液态金属管道中的液态金属流体从进流通道流入取样装置、流到流体转向空间触碰外套管封闭的第二端的端壁后调转方向，从内套管的管内通道流回到液态金属管道中。也就是说，液态金属管道中被取样的液态金属流体在进流通道、流体转向空间和内套管的管内通道共同形成的液态金属流路中流动。在此过程中，液态金属流体流经位于液态金属流路内的氢渗透结构，液态金属流体中溶解的氢经氢渗透结构渗透进入高真空系统，通过高真空系统对氢浓度的大小进行检测与判断。由于进流通道与液态金属管道连通处(可看作是流体进口)和内套管与液态金属管道连通处(可看作是流体出口)位于同一位置，取样装置与液态金属管道仅设置一个连接点即可，对液态金属管道的接口要求低，并且液态金属流路较短，减小了液态金属流体从流入取样装置至流到氢渗透结构的路径长度及时间，在一定程度上缩短了响应时间。附图说明通过下文中参照附图对本专利技术所作的描述，本专利技术的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本专利技术有全面的理解。图1是根据本专利技术的实施例一的氢浓度探测系统的结构示意图；图2是图1的氢浓度探测系统的取样装置的剖视示意图；...

【技术保护点】
1.一种氢浓度探测系统，其特征在于，包括取样装置(10)、高真空系统(20)和数据处理及控制系统(30)，所述数据处理及控制系统(30)与所述取样装置(10)和/或所述高真空系统(20)通讯连接，所述取样装置(10)包括：/n外套管(11)，所述外套管(11)的第一端连接在液态金属管道上，所述外套管(11)的第二端封闭；/n内套管(12)，设置在所述外套管(11)内，所述内套管(12)的两端开口，所述内套管(12)的第一端与所述液态金属管道连通，所述内套管(12)的第二端的端壁与所述外套管(11)的第二端的端壁之间形成流体转向空间(13)，所述内套管(12)的周向外壁与所述外套管(11)的周向内壁之间形成进流通道(14)，所述进流通道(14)的第一端与所述液态金属管道连通，所述进流通道(14)的第二端、所述流体转向空间(13)和所述内套管(12)的第二端相互连通，以使所述进流通道(14)、所述流体转向空间(13)和所述内套管(12)的管内通道共同形成液态金属流路；/n电磁泵(15)，用于驱动所述液态金属管道中的液态金属流体从所述进流通道(14)流入；/n氢渗透结构(16)，与所述高真空系统(20)连接，所述氢渗透结构(16)位于所述液态金属流路内。/n...

【技术特征摘要】
1.一种氢浓度探测系统，其特征在于，包括取样装置(10)、高真空系统(20)和数据处理及控制系统(30)，所述数据处理及控制系统(30)与所述取样装置(10)和/或所述高真空系统(20)通讯连接，所述取样装置(10)包括：
外套管(11)，所述外套管(11)的第一端连接在液态金属管道上，所述外套管(11)的第二端封闭；
内套管(12)，设置在所述外套管(11)内，所述内套管(12)的两端开口，所述内套管(12)的第一端与所述液态金属管道连通，所述内套管(12)的第二端的端壁与所述外套管(11)的第二端的端壁之间形成流体转向空间(13)，所述内套管(12)的周向外壁与所述外套管(11)的周向内壁之间形成进流通道(14)，所述进流通道(14)的第一端与所述液态金属管道连通，所述进流通道(14)的第二端、所述流体转向空间(13)和所述内套管(12)的第二端相互连通，以使所述进流通道(14)、所述流体转向空间(13)和所述内套管(12)的管内通道共同形成液态金属流路；
电磁泵(15)，用于驱动所述液态金属管道中的液态金属流体从所述进流通道(14)流入；
氢渗透结构(16)，与所述高真空系统(20)连接，所述氢渗透结构(16)位于所述液态金属流路内。


2.根据权利要求1所述的氢浓度探测系统，其特征在于，所述电磁泵(15)套设在所述外套管(11)上，所述内套管(12)对应所述电磁泵(15)的部分由磁场屏蔽材料制成，所述进流通道(14)对应所述电磁泵(15)的部分形成所述电磁泵(15)的泵沟。


3.根据权利要求1所述的氢浓度探测系统，其特征在于，所述氢渗透结构(16)的第一端连接在所述外套管(11)的第二端的端壁上，所述氢渗透结构(16)的第二端伸入至所述内套管(12)的所述管内通道内。


4.根据权利要求1所述的氢浓度探测系统，其特征在于，所述氢渗透结构(16)为镍管。


5.根据权利要求1所述的氢浓度探测系统，其特征在于，还包括加热器(17)，所述加热器(17)用于对所述氢渗透结构(16)和/或所述液态金属流路内位于所述氢渗透结构(16)上游的所述液态金属流体进行加热。


6.根据权利要求5所述的氢浓度探测系统，其特征在于，所述加热器(17)设置在所述外套管(11)的周向外壁上。


7.根据权利要求5所述的氢浓度探测系统，其特征在于，还包括测温结构(18)，所述测温结构(18)用于测量所述氢渗透结构(16)周围的所述液态金属流体的温度。


8.根据权利要求7所述的氢浓度探测系统，其特征在于，所述测温结构(18)位于所述液态金属流路内，所述测温结构(18)与所述氢渗透结构(16)并排设置。


9.根据权利要求8所述的氢浓度探测系统，其特征在于，所述测温结构(18)包括：
测温套筒(181)，所述测温套筒(181)的一端封闭一端开口，所述测温套筒(181)与所述外套管(11)固定连接，并且所述测温套筒(181)的内部通过所述测温套筒(181)的开口与所述外套管(11)的外部连通；
温度传感器(182)，所述温度传感器(182)从所述测温套筒(181)的开口插入至所述测温套筒(181)内，所述温度传感器(182)与所述测温套筒(181)可拆卸连接。


10.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟雷，罗锐，梁慎永，宋德宽，艾长军，甘谛，李涛，崔汉南，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11