核反應堆用氣體溼度監控裝置的製作方法

2024-03-05 16:54:15

本發明涉及溼度監測裝置領域，具體涉及一種核反應堆用氣體溼度監控裝置。

背景技術：

核反應堆氣體溼度監控裝置是針對高溫氣冷堆核電堆型的專用設備，該設備實時測量一迴路氣體溼度，並將測量結果變換成反應堆保護系統可識別的信號送到反應堆保護系統。當發生蒸汽發生器管道破口事故導致水進入一迴路系統，一迴路氣體溼度將增大，溼度監測裝置可在10s內響應溼度變化，及時觸發保護動作。

採用氦氣作為一迴路冷卻劑的高溫氣冷堆屬於第四代核反應堆，中國在該先進反應堆型的科研和工程實踐領域處於國際領先水平。與現役國內外核電站主要採用水作為一迴路冷卻劑不同，高溫氣冷堆採用氦氣作為冷卻劑，在運行時需要嚴格控制一迴路冷卻劑中的水分含量，當水分含量較高時發出停堆信號以避免反應堆安全事故。

一迴路冷卻氣體具有放射性，取樣氣體不允許排放到空氣中。氣體溼度監控裝置利用一迴路管道不同位置的壓差保持氣體的循環，從壓力較高的管道處取樣，完成測量後返回到壓力較低的管道處，實現氣體溼度的實時測量。由於一迴路氣體為高壓氣體，因此，氣體溼度監控裝置不僅要實現快速準確的溼度測量，而且必須保證可靠的密閉性能。中國在高溫氣冷堆的研究和建設上處於世界領先地位，目前還暫無成熟的國內外使用經驗供參考。現有工業系統溼度在線測量系統是無法直接用在高溫氣冷堆核電上，其存在兩大不匹配性：

1、現有溼度測量裝置的測量及處理均基於軟體，但軟體沒有v&v認證，不滿足核電站安全級設備軟體必須通過v&v認證的要求。

2、現有的測量方式是降壓測量，測量後的氣體不能返回主管道，無法實現一迴路放射性氣體零排放要求。

技術實現要素：

本發明為了解決上述技術問題提供一種核反應堆用氣體溼度監控裝置，其採用純硬體結構實現溼度信號的採集和轉換，滿足了安全級設備的可靠性要求且實現放射性氣體零排放。

本發明通過下述技術方案實現：

核反應堆用氣體溼度監控裝置，包括：

用於將一迴路高溫取樣氣體冷卻至一定溫度範圍內的冷卻控制單元；

對冷卻後的氣體進行取樣的取樣單元；

對取樣單元內氣體溼度進行檢測的溼度探測單元；

所述溼度探測單元包括感溼元件和用於將感溼元件輸出信號轉為反應堆保護系統可識別信號的信號轉換電路。

本方案的冷卻控制單元對一迴路高溫取樣氣體進行降溫，降至其設計溫度範圍，使取樣單元內的溫度在傳感器最佳工作溫度範圍內。對其降溫既可防止溫度過高導致溼度傳感器損壞，也避免溫度過低導致取樣氣體凝露。此處的一定溫度範圍為略高於取樣單元內的溫度在傳感器最佳工作溫度範圍，因為在傳輸過程中其存在溫降。整個系統採用純硬體電路結構實現，溼度信號的採集和轉換，相比於現有的軟體形式，其滿足了安全級設備的可靠性要求。高溫取樣氣體經冷卻控制單元的輸入埠進入裝置，經降溫、取樣測量後從取樣單元輸出至主管道，實現一迴路放射性氣體零排放的要求。

作為優選，所述冷卻控制單元包括套管式換熱器、均連接在套管式換熱器冷卻介質通路的自然空冷換熱器和冷卻劑流量控制裝置，所述冷卻劑流量控制裝置包括用於採集取樣單元內的溫度信息的測溫元件、均設置在套管式換熱器冷卻介質通路上的循環泵和溫度控制閥，所述測溫元件的信號驅動溫度控制閥的閥位移動。

作為優選，所述冷卻控制單元與所述取樣單元之間的壓力管中設置有過濾單元。冷卻控制單元冷卻後的取樣氣體經過濾單元以除去氣體中的微小顆粒，過濾單元封裝在壓力管內，保證了氣密性。氣體中的微小顆粒粘附在傳感器上將導致傳感器測量精度下降，影響傳感器使用壽命。採用過濾單元過濾微小顆粒，保證了取樣氣體的潔淨度，可以有效提高傳感器的使用壽命。

進一步的，所述過濾單元為兩級過濾結構。採用兩級過濾其過濾效率更高，且提高過濾器壽命，降低過濾器更換頻率。

作為優選，所述取樣單元包括依次連接的取樣腔室、密封腔室，所述感溼元件置於取樣室內，所述密封腔室上設置有用於將感溼元件的信號線接到信號轉換電路的貫穿接頭。現有溼度在線測量系統的取樣室設計沒有考慮高壓氦氣密封性能，無法滿足系統洩露率指標。本方案採用取樣腔室、密封腔室的二次密封結構，增強其高壓氦氣密封性能，使系統洩露率滿足指標要求。

進一步的，所述取樣腔室與感溼元件之間為螺紋連接，所述密封腔室和貫穿接頭之間為卡套密封或焊接密封。採用螺紋連接方式，進一步增強密封性能。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

1、本發明採用純硬體結構實現溼度信號的採集和轉換，滿足了安全級設備的可靠性要求，且其響應速度快。

2、本發明與主管道之間構成循環迴路，取自主迴路的取樣氣體，測量完成後流回主迴路，實現放射性氣體零排放。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發明的流程圖。

圖2是本發明的取樣單元的結構示意圖。

圖3是圖2的a-a剖視圖。

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1、自然空冷換熱器，2、套管式換熱器，3、循環泵，4、溫度控制閥，8、過濾單元，18、密封腔室，19、取樣室，22、測溫元件，23、貫穿接插件，26、感溼元件，29、信號轉換電路。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。

實施例1

如圖1所示的一種核反應堆用氣體溼度監控裝置，包括：

用於將一迴路高溫取樣氣體冷卻至一定溫度範圍內的冷卻控制單元；

對冷卻後的氣體進行取樣的取樣單元；

對取樣單元內氣體溼度進行檢測的溼度探測單元；

所述溼度探測單元包括感溼元件26和用於將感溼元件26輸出信號轉為反應堆保護系統可識別信號的信號轉換電路29。

實施例2

本實施例在上述實施例的基礎上對冷卻控制單元做了優化，即冷卻控制單元包括套管式換熱器2、均連接在套管式換熱器2冷卻介質通路的自然空冷換熱器1和冷卻劑流量控制裝置，所述冷卻劑流量控制裝置包括用於採集取樣單元溫度信息的測溫元件22、均設置在套管式換熱器冷卻介質通路上的循環泵3和溫度控制閥4，測溫元件22的信號驅動溫度控制閥4的閥位移動。套管式換熱器2可採用套管式水冷換熱器。取樣氣體經套管式換熱器進行降溫，用於氣體冷卻的冷卻介質由循環泵3驅動循環流動並通過自然空冷換熱器1進行散熱。套管式換熱器的冷卻能力通過溫度控制閥調節，通過對取樣單元內溫度進行採集後進行反饋控制，將取樣單元的溫度控制在傳感器最佳工作溫度範圍內。冷卻控制單元採用套管式冷卻結構，其冷卻效率高，可以減少換熱管長度，加快了測量響應時間。溫度控制閥可採用換熱器恆溫控制閥。

實施例3

本實施例在上述實施例的基礎上，在冷卻控制單元與所述取樣單元之間的壓力管中設置過濾單元8，利用過濾單元8除去氣體中的微小顆粒，過濾單元封裝在壓力管內，可有效的保證其氣密性。

進一步的，所述過濾單元可採用兩級過濾結構。

實施例4

本實施例在上述實施例的基礎上，對取樣室的結構做了改進，即取樣單元包括取樣單元包括依次連接的取樣腔室19、密封腔室18，感溼元件26的感應端置於取樣室19內，密封腔室18上設置有用於將感溼元件的信號線接到信號轉換電路的貫穿接頭23。密封腔室與取樣腔室之間採用焊接固定，貫穿接頭與密封腔室之間採用焊接密封或卡套密封，採用壓接或焊接的方式實現與感溼元件的信號連接和引出，連接可靠，維修性好。感溼元件的感應端置於取樣室內，感溼元件的輸出信號線經貫穿接頭傳輸到外部的信號轉換電路29最終提供給反應堆保護系統。感溼元件的電信號與被測量氣體的溼度相關，信號轉換電路29根據溼度-電信號曲線進行信號變換電路設計，採用純硬體電路將測量氣體的溼度值變換為反應堆保護系統所需的電流或其它信號，採用純硬體電路，避免了軟體難以驗證可靠性的問題，能夠有效提高溼度測量的響應時間。且採用密封腔室擴大了密封邊界的設計，並輔助採用成熟的焊接、彈性金屬密封工藝，保證了整個系統的高密封性要求。

本實施例的結構，其採用純硬體電路實現溼度信號的採集和轉換，結構設計合理、性能可靠、工藝成熟可行、檢修維護方便，能夠滿足高溫氣冷堆核電廠一迴路氣體溼度實時監測的性能要求，同時該產品還能滿足電磁兼容、抗地震、氣密等特殊要求。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。