CN101806652B - 探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的系统，其特征在于，所述系统包括：流量传感器，安装于冷氦气上升管，用于测量一回路的氦气流量；差压变送器，接收由设置于流量传感器内外侧的引压管得到的流量传感器内外侧差压信号；单片机，通过模/数转换输入端与差压变送器的输出端相连，其输出端连接继电器。该系统构造简单，可靠性好，能在免维护条件下长期连续运行；由于采用非侵入测量技术，对回路没有附加阻力损失；且可用于高温气体环境，不需要采用取样回路和冷却设备；本方法反应迅速、响应时间较快。

Description

探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的系统和方法

该申请要求申请日为2010年2月2号、申请号为2010101049708的中国专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及差压噪声测量两相流技术领域，特别是涉及一种探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的系统和方法。

背景技术

10MW高温气冷实验堆(HTR-10)采用陶瓷型包覆颗粒燃料元件，以石墨为慢化剂，氦气为冷却剂。一回路氦气载带的热量通过蒸汽发生器将二回路的水加热成蒸汽，送蒸汽轮机发电。为防止蒸汽发生器发生破管时蒸汽漏进反应堆冷却剂回路，对高温下的石墨堆芯产生不可接受的损坏，必须设置一个灵敏而可靠的湿度监测系统，用来探测蒸汽发生器的泄漏。

采用电容式湿敏元件制成的传感器，对一回路冷却剂湿度进行监测。湿度测量系统从氦风机出口取样，测量后返回氦风机入口，从而利用一回路氦风机的压差使湿度测量系统的气体保持循环。高温氦气进入湿度传感器之前，采取有效的降温措施使之低于湿度传感器要求的工作温度；湿度传感器以脉冲频率调制形式输出测得的湿度信号，经湿度分析仪转换成4～20mA信号送反应堆保护系统。蒸汽发生器发生破管时，湿度大于一定值时即报警，达到保护阈值时发出保护停堆信号。

上述方法探测蒸汽发生器破管泄漏的不足之处是：响应时间较长；湿度传感器的工作温度不得高于40℃，这就要求设计取样回路，并采取冷却措施；由于测量气体中含有石墨粉尘，湿度传感器易于沾污或堵塞。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种实用而可靠的用差压噪声快速探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的方法及其系统，以克服现有技术中探测蒸汽发生器破管方法存在的缺陷。

(二)技术方案

为达到上述目的，提供一种依照本发明实施方式的探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的系统，其包括：

流量传感器，安装于冷氦气上升管，用于测量一回路的氦气流量；

差压变送器，接收由设置于流量传感器内外侧的引压管得到的流量传感器内外侧差压信号；

单片机，通过模/数转换输入端与差压变送器的输出端相连，其输出端连接继电器；

其中，所述单片机用于根据差压信号计算差压噪声及其变化率，当差压噪声变化率超过设定阈值时，则单片机发出开关量信号，通过所述继电器触发报警装置。

优选地，所述系统还包括分别向所述差压变送器和单片机供电的24V稳压直流电源和5V直流电源。

优选地，所述流量传感器是弯管流量传感器或是孔板流量传感器。

优选地，所述差压变送器是电容式差压变送器3051S HART。

优选地，所述单片机是ATmega128。

本发明还提供一种探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的方法，其包括步骤：

S1，用差压变送器测量流量传感器内外侧取压口的差压得到差压信号；

S2，将上述差压信号通过单片机的模/数转换引脚输入单片机；

S3，由单片机根据所述差压信号计算差压噪声和差压噪声变化率；

S4，当计算的差压噪声变化率大于设置的差压噪声变化率阈值时，单片机输出开关量信号通过继电器触发报警装置。

优选地，所述步骤S3中的差压噪声为：

$R=\mathrm{\σ}\left(\sqrt{\mathrm{\ΔP}}\right)/\sqrt{\mathrm{\ΔP}}$

其中，差压方根的标准差为

差压方根的均值为

(三)有益效果

用本发明所提出的方法和系统探测高温气冷堆蒸汽发生器破管，可使用原有用于测量一回路氦气流量的弯管流量传感器，用单个传感器实现了多功能测量。该系统构造简单，可靠性好，能在免维护条件下长期连续运行；由于采用的是非侵入测量技术，对回路没有附加阻力损失；且可用于高温气体环境，不需要采用取样回路和冷却设备；本方法反应迅速、响应时间较快。

附图说明

图1是现有技术中高温气冷堆蒸汽发生器的结构示意图；

图2是依据本发明实施例的探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的系统结构示意图。

其中，1：弯管流量传感器；2：氦风机入口联箱；3：氦风机；4：换热管；5：高温氦气；6：蒸汽；7：压力容器；8：冷氦气上升管；9：差压变送器；10：标准电阻；11、13：电源；12：单片机；14、15：引压管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

用差压噪声测量两相流是一种新技术。由于两相流动微观不稳定性和相分离效应等原因，当两相流通过孔板或弯管等差压式流量传感器时，输入变送器两端的差压值会随测量值上下波动，这种随机的波动遵循统计规律，其统计样本的方差或标准差是相对稳定的，包含了某种被测量的信息。用孔板差压噪声测量汽水两相流已在油田稠油热采注汽计量中得到成功的应用。

差压噪声的拾取需要具有快速传感功能的仪表，速度较慢的仪表无法捕获过程或系统的噪声特性。现有的差压变送器的取样速度达到每秒22次，可用于计算噪声或变化的特性。

如图1所示，本发明实施例提供一种利用差压噪声探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的系统，其包括：弯管流量传感器1，安装于冷氦气上升管8，用于测量一回路的氦气流量；差压变送器9，接收由设置于弯管流量传感器1内外侧的引压管14、15得到的流量传感器内外侧差压信号；单片机12，通过模/数转换输入端与差压变送器9的输出端相连，其输出端连接继电器；其中，所述单片机12用于根据差压信号计算差压噪声及其变化率，当差压噪声变化率超过设定阈值时，则单片机12发出开关量信号，通过所述继电器触发报警装置。优选地，所述系统还包括分别向所述差压变送器和单片机供电的24V稳压直流电源11和5V直流电源13。优选地，所述弯管流量传感器是弯管或是孔板。优选地，所述差压变送器是电容式差压变送器3051SHART。优选地，所述单片机是ATmega128。

本发明实施例还提供一种探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的方法，本发明的方法基于差压噪声测量两相流的原理。由于两相流体中相分布在空间和时间上的随机性，当两相流体孔过孔板、弯管等差压式流量传感器时，产生的差压会出现随某一数值上下波动的现象，差压方根的标准差反映了这种波动的大小。定义差压方根的标准差与差压方根均值之比为差压噪声。当反应堆蒸汽发生器没有发生破管事故时，一回路氦气通过孔板或弯管时的差压噪声稳定在某一较小的数值水平。蒸汽发生器发生破管事故后，二回路高压水汽进入一回路，使得一回路由单相的氦气变为氦气与水蒸汽组成的气-汽两相流，由安装在一回路上的孔板或弯管测得的差压噪声随之发生剧烈变化，差压噪声的变化率即可反应蒸汽发生器是否破管。

本发明的方法包括步骤：S1，用差压变送器测量流量传感器内外侧取压口的差压得到差压信号；S2，将上述差压信号通过单片机的模/数转换引脚输入单片机；S3，由单片机根据所述差压信号计算差压噪声和差压噪声变化率；S4，当计算的差压噪声变化率大于设置的差压噪声变化率阈值时，单片机输出开关量信号通过继电器触发报警装置。优选地，所述步骤S3中的差压噪声为：

$R=\mathrm{\σ}\left(\sqrt{\mathrm{\ΔP}}\right)/\sqrt{\mathrm{\ΔP}}$

其中，差压方根的标准差为

差压方根的均值为

由以上实施例可以看出，本发明实施例通过采用差压噪声探测高温气冷堆蒸汽发生器破管，可使用原有用于测量一回路氦气流量的弯管流量传感器，用单个传感器实现了多功能测量。该系统构造简单，可靠性好，能在免维护条件下长期连续运行；由于采用的是非侵入测量技术，对回路没有附加阻力损失；且可用于高温气体环境，不需要采用取样回路和冷却设备；本方法反应迅速、响应时间较快。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的系统，其特征在于，所述系统包括：

流量传感器，安装于冷氦气上升管，用于测量一回路的氦气流量；

差压变送器，接收由设置于流量传感器内外侧的引压管得到的流量传感器内外侧差压信号；

单片机，通过模/数转换输入端与差压变送器的输出端相连，其输出端连接继电器；

其中，所述单片机用于根据差压信号计算差压噪声及其变化率，当差压噪声变化率超过设定阈值时，则单片机发出开关量信号，通过所述继电器触发报警装置。

2.如权利要求1所述的探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的系统，其特征在于，所述系统还包括分别向所述差压变送器和单片机供电的24V稳压直流电源和5V直流电源。

3.如权利要求1所述的探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的系统，其特征在于，所述流量传感器是弯管流量传感器或是孔板流量传感器。

4.如权利要求1所述的探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的系统，其特征在于，所述差压变送器是电容式差压变送器3051S HART。

5.如权利要求1所述的探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的系统，其特征在于，所述单片机是ATmega128。

6.一种探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1，用差压变送器测量流量传感器内外侧取压口的差压得到差压信号；

S2，将上述差压信号通过单片机的模/数转换引脚输入单片机；

S3，由单片机根据所述差压信号计算差压噪声和差压噪声变化率；

S4，当计算的差压噪声变化率大于设置的差压噪声变化率阈值时，单片机输出开关量信号通过继电器触发报警装置。

7.如权利要求6所述的探测高温气冷堆蒸汽发生器破管的方法，其特征在于，所述步骤S3中的差压噪声为：

$R=\mathrm{\σ}\left(\sqrt{\mathrm{\ΔP}}\right)/\sqrt{\mathrm{\ΔP}}$

其中，差压方根的标准差为差压方根的均值为