一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置与测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置与测量方法，容器通过取样管道连接光学颗粒计数器探头，取样管道上设置串列减压装置，换热水箱与蓄水池通过高度不同的两根管相连通，换热水箱里设置换热管，换热管的一端经光学颗粒计数器探头连接取样管道，换热管的另一端从换热水箱底部伸出。本发明专利技术解决了目前高温高湿环境下取样不足的问题，可以长时间稳定高效的运行。串列减压装置的使用，可以实现极小甚至无损条件下的气溶胶热态降压。采用双点位参数测量技术，使得气溶胶的取样流量控制更加精准。纤维过滤器的使用可以实现高温高压条件下的气溶胶去除，使得实验设备与管壁面中气溶胶沉积的去除操作难度得到简化。难度得到简化。难度得到简化。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置与测量方法


[0001]本专利技术涉及的是一种气溶胶的取样装置与测量方法，具体地说是核电站严重事故条件下气溶胶的取样装置与测量方法。

技术介绍

[0002]在反应堆发生严重事故时，如堆芯的燃料元件包壳大面积失效，裂变产物会从破损或熔融元件中释放出来，随后，在反应堆冷却剂系统内会有迁移、沉降和再悬浮过程。反应堆冷却剂系统压力边界破损之后，高温高压且含有放射性裂变产物的冷却剂会伴随着破口事故的发生而释放到安全壳内。气溶胶是裂变产物的主要状态之一，随着严重事故的进行会在安全壳内迁移和沉降，一旦安全壳完整性遭到破坏，这些放射性气溶胶将会释放到环境，即使安全壳完整性没被破坏，放射性气溶胶也可能通过安全壳的缝隙泄漏到环境中，给周边人员及环境带来危害。因此，安全壳内放射性气溶胶的输运和沉积规律监测对于事故应急措施的制定具有重要的参考价值。
[0003]此外，随着严重事故进程的发展，安全壳内气溶胶所处的热工环境有着较大差异，这种环境差异会改变气溶胶的迁移机制与去除速率，如：气溶胶在高温高压低湿条件下，浓度很高，粒径尺寸较大，此时重力沉降与布朗聚合机制占主导；当气溶胶处于高温高压高湿环境时，即使气溶胶浓度很高，粒径尺寸较大，扩散泳的去除速度要远大于重力沉降与布朗聚合所去除的气溶胶量。所以在该条件下扩散泳为气溶胶的主要去除机制。通过上述两种热工条件的比对，可以发现，热工环境的不同，气溶胶所对应的去除机制也存在差异，因此这种复杂环境下的气溶胶行为计算模型也比较缺乏，且现有模型也缺少实验的验证这都给严重事故后源项分析和应急计划区划分带来很大的不确定性。所以需要开展高温高压高湿条件下的气溶胶去除机理实验研究，获得严重事故条件下安全壳内气溶胶行为实验数据和精细化预测模型。
[0004]无论是安全壳内气溶胶特性的实时监测，还是安全壳模拟环境下气溶胶行为规律的实验研究，都要求对高温高湿环境下的气溶胶进行高精度取样分析。目前对于气溶胶的取样分析方法大致可以归纳为以下三种：荷电撞击取样法、机械滤膜取样法、光学取样分析法。荷电撞击取样法通过使用荷电撞击取样器来完成。进入取样器的颗粒物被荷电器充上一定电量的电荷，之后在低压串联的撞击器内依照空气动力学粒径分级收集。收集传感器上的感应电信号和收集颗粒物的质量浓度成正比，从而可以对不同粒径范围的气溶胶质量浓度进行分析。主机使用条件为样品气体温度小于60℃，湿度范围为0
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90％(水蒸气不能发生凝结)，可以与气溶胶稀释器配合工作，进行高压高湿条件下的气溶胶空气动力学粒径质量浓度的分析，但是气溶胶的稀释过程由于存在若干补气降压的支路，使得回路长度较大，容易造成气溶胶的过度损失，使得经过若干支路降压后的气溶胶样品气体测量浓度偏差较大。机械滤膜取样法通过金属滤膜托和滤膜配合，以实现单次取样。取样后需将金属滤膜托中的滤膜取出，通过扫描电镜或者称重法进行气溶胶粒径尺寸与数量分析。该方法不能实
现连续取样，并且由于滤膜较为脆弱，需要控制金属滤膜拖进出口的取样压差，但该方法可以用于高压高湿度条件下的气溶胶取样工作。最后一种也是适用面最为广泛的一种实时取样方法，光学取样分析法。光学取样分析法可以实现高精度连续取样分析，该方法不仅在核科学领域存在应用，并且在医用防护产品生产领域也有很高的应用面，如可以对医用口罩的气溶胶去除效率进行分析等。光学取样分析法的主要设备为光学颗粒计数器，该设备可以通过对颗粒进行激光照射、测量散射光的能量分布，并分析散射光强度与颗粒粒径的关系，得到颗粒的粒径分布特征。光学粒子计数器在进行粒径测量时，必须保证流经探头的取样气体稳定在5L/min，在常温常压条件下，光学颗粒计数器的主机与探头配合工作可以进行流量的精确控制，然后在高压条件下，尤其是高压气体带水蒸汽的环境，高温可能导致主机损坏，而低温又将引起水蒸汽冷凝，因此主机无法实现探头处取样流量的控制，光学颗粒计数器也无法在高温高压高湿环境下实现气溶胶的实时测量。
[0005]综合上述的气溶胶取样测量设备可以发现，荷电撞击取样器虽然可以进行高压高湿条件下的气溶胶取样工作，但是一方面由于减压支路的存在，使得气溶胶在管道和减压取样时产生较大的损失，另一方面样品气溶胶需要携带电荷，这就使得部分样品气溶胶在与取样管道接触后产生的再悬浮无电荷，气溶胶无法进行取样工作，造成取样样品的损失，因此无法满足事故条件下安全壳内气溶胶浓度的分析工作。对于机械滤膜取样法而言，虽然不会造成取样样品的损失，但是由于其分析过程较为麻烦，并且不能进行连续取样，这会对事故源项的分析工作增加额外的工作量并且不能时时监测事故气溶胶的浓度变化。
[0006]因此，为解决光学颗粒计数器在高温高压高湿条件下的取样分析的不足，，本专利技术将提供一种可以使得光学颗粒计数器应用在高温高压高湿条件下的取样测量方案。基本原理是：高温高压高湿的样品气溶胶通过串列减压装置进行降温降压后进入探头进行测量，利用水蒸汽处理单元与纤维过滤单元来使气体组分和纯度满足控制要求，并通过双点位压力传感器和温度传感器与逻辑控制组件配合，实现探头处取样流量的精确控制。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供能解决光学颗粒计数器在高温高压高湿条件下的取样分析不足的一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置与测量方法。
[0008]本专利技术的目的是这样实现的：
[0009]本专利技术一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置，其特征是：包括容器、取样管道、串列减压装置、光学颗粒计数器探头、蓄水池、换热水箱，容器通过取样管道连接光学颗粒计数器探头，取样管道上设置串列减压装置，换热水箱与蓄水池通过高度不同的两根管相连通，换热水箱里设置换热管，换热管的一端经光学颗粒计数器探头连接取样管道，换热管的另一端从换热水箱底部伸出，并在伸出的部分设置汽水分离器、精过滤器、流量控制器。
[0010]本专利技术一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置还可以包括：
[0011]1、光学颗粒计数器探头下方的换热管上设置止回阀、纤维过滤器。
[0012]2、还包括第一
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第三截止阀，止回阀与纤维过滤器之间设置第一之路，第一截止阀设置在第一支路上，纤维过滤器下方的换热管上设置第三截止阀，第三截止阀与纤维过滤器之间设置第二支路，第二截止阀设置在第二支路上。
[0013]3、容器里设置容器内温度传感器、容器内压力传感器，容器与串列减压装置之间的取样管道上设置取样阀，串列减压装置与光学颗粒计数器探头之间的取样管道上设置光学测量压力传感器、光学测量温度传感器。
[0014]4、所述串列减压装置包括壳体，壳体里依次设置喷嘴、第一缓冲段、缓冲室、第二缓冲段，壳体里还设置自动排气管道，自动排气管道伸出至壳体外部，自动排气管道上设置自动排气阀，缓冲室设置压力传感器。
[0015]本专利技术一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样测量方法，其特征是：加热取样管道，使得蒸汽在取样管内不产生冷凝，对光学颗粒计数器的探头进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置，其特征是：包括容器、取样管道、串列减压装置、光学颗粒计数器探头、蓄水池、换热水箱，容器通过取样管道连接光学颗粒计数器探头，取样管道上设置串列减压装置，换热水箱与蓄水池通过高度不同的两根管相连通，换热水箱里设置换热管，换热管的一端经光学颗粒计数器探头连接取样管道，换热管的另一端从换热水箱底部伸出，并在伸出的部分设置汽水分离器、精过滤器、流量控制器。2.根据权利要求1所述的一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置，其特征是：光学颗粒计数器探头下方的换热管上设置止回阀、纤维过滤器。3.根据权利要求2所述的一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置，其特征是：还包括第一
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第三截止阀，止回阀与纤维过滤器之间设置第一之路，第一截止阀设置在第一支路上，纤维过滤器下方的换热管上设置第三截止阀，第三截止阀与纤维过滤器之间设置第二支路，第二截止阀设置在第二支路上。4.根据权利要求1
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3任一所述的一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置，其特征是：容器里设置容器内温度传感器、容器内压力传感器，容器与串列减压装置之间的取样管道上设置取样阀，串列减压装置与光学颗粒计数器探头之间的取样管道上设置光学测量压力传感器、光学测量温度传感器。5.根据权利要求1
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3任一所述的一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置，其特征是：所述串列减压装置包括壳体，壳体里依次设置喷嘴、第一缓冲段、缓冲室、第二缓冲段，壳体里还设置自动排气管道，自动排气管道伸出至壳体外部，自动排气管道上设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷海峰，陈君岩，王辉，周艳民，孙中宁，于汇宇，马钎朝，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：