CN107255555B - 一种测量阀门微泄漏率的系统及方法 - Google Patents

一种测量阀门微泄漏率的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量阀门微泄漏率的系统及方法，系统包括通过管道与快速接头连接的环状绝热风道，环状绝热风道内按照被测蒸汽在其内的流动方向依次设有：热反应装置、气体流量计、风机；环状绝热风道上于热反应装置两侧分别设有第一温度传感器和第二温度传感器；环状绝热风道上于风机两侧分别设有第三温度传感器和第四温度传感器；环状绝热风道上还设有压力传感器，压力传感器的位置位于风机出风口侧上的温度传感器的后侧。本发明的测量方法的原理为：在定压下，根据被测蒸汽中气体的流量计算出被测蒸汽反应前后的热量，然后根据热化学方程式计算出参与反应的水，即可得出系统的泄漏量。本发明无需改变机组正常运行状态即能准确测量微泄漏率。

Description

一种测量阀门微泄漏率的系统及方法
技术领域
本发明涉及核电检测领域，尤其涉及一种测量阀门微泄漏率的系统及方法。
背景技术
安全壳是核电厂运行的第三道安全屏障，连接安全壳内外的管路及隔离阀属于机械贯穿件。在实际正常运行过程中，存在轻微泄漏问题。若泄漏量超过允许标准，则会造成超量放射性物质外泄的事故，处理不当会造成极大的环境和社会影响。
在核电厂运行过程中，若安全壳隔离阀泄漏超过限制，会使得核电厂第三道安全屏障失去作用，使放射性物质外泄，危害环境与社会；同时在运机组需要根据技术规范要求及时停机，造成极大经济损失。因此，当安全壳隔离阀出现疑似泄漏的情况时，需要精确测量安全壳隔离阀的泄漏率数值。
核电厂安全壳机械贯穿件密封性试验指对安全壳内外的隔离阀密封性进行验证，通过将安全壳隔离阀打压至4.2bar.g压力，并计算该压力下安全壳隔离阀的泄漏率。该试验需在机组停运期间进行，而在机组日常商运期间，不可能进行贯穿件密封性试验。
目前，国内在运机组数次发生核取样系统疑似安全壳隔离阀泄漏超标事件，采用的方法是通过安装在系统管道下游的流量计进行读数，或者通过估算相关系统管道的体积，根据单位时间内系统管道压力的变化来计算安全壳隔离阀的泄漏率。
以上方法的缺点是计算误差较大，因此，如何在不停机的情况下测量带压阀门的泄漏率，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提出一种测量阀门微泄漏率的系统及方法，以解决现有技术中在核电厂机组商运期间无法准确测量安全壳隔离阀泄漏率的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种测量阀门微泄漏率的系统，包括：
环状绝热风道，供被测蒸汽流入；
热反应装置，设置在所述环状绝热风道内，用于在被测蒸汽流经所述热反应装置时与被测蒸汽反应；
气体流量计，设置在所述环状绝热风道内，用于测量被测蒸汽在反应后的气体流量；
驱动装置，设置在所述环状绝热风道内，用于驱动被测蒸汽依次流经所述热反应装置与气体流量计，并使被测蒸汽在所述环状绝热风道内循环流动；
第一温度传感器、第二温度传感器，设置在所述环状绝热风道上并分别位于所述热反应装置两侧，用于检测被测蒸汽反应前后的温差；及
压力传感器，设置在所述环状绝热风道上，用于测量所述系统稳定时的压力。
进一步的，所述系统还包括：设置在所述环状绝热风道上并分别位于所述驱动装置两侧的第三温度传感器和第四温度传感器、设置在所述热反应装置上测量反应温度的第五温度传感器，根据所述第三温度传感器及所述第四温度传感器的温度是否变化来判断所述系统是否稳定。
进一步的，还包括对所述系统加压的氮气补充装置，所述氮气补充装置包括通过管道与所述环状绝热风道连接的氮气罐，所述管道上设有释放氮气或阻止氮气释放的开关阀。
进一步的，所述热反应装置包括边缘完全与所述环状绝热风道的内壁贴合的多孔板、填充在所述多孔板上各孔内的水吸收剂，所述水吸收剂为氧化钙、氧化钾、氧化钠中的一种。
进一步的，所述驱动装置为风机。
一种采用上述系统进行阀门微泄漏率测量的方法，包括步骤：
(1)将所述系统与待测阀门连接，并记录所述系统稳定时所述压力传感器的数值；
(2)记录各温度传感器的数值，并计算出各数值的平均值作为所述系统的初始温度T0；
(3)开启所述驱动装置，并记录所述气体流量计的数值，记为m0；
(4)所述系统连续运行一段时间t后，记录各温度传感器的数值，并计算出各数值的平均值作为所述系统的终止温度T；
(5)计算所述系统的热量Q，Q＝m0cp(T-T0)，其中cp为所述系统的比热容；
(6)计算所述热反应装置的吸水量M水；
(7)计算泄漏率i，i＝M水/t。
进一步的，所述步骤(6)中，所述热反应装置包括填充了水吸收剂的多孔板；根据所述水吸收剂和水反应的热化学方程式XO+H2O→XOH-Q，计算出所述热反应装置的吸水量M水，其中，X代表钙金属、钾金属、钠金属中的一种。
进一步的，所述步骤(1)中还能够通过氮气补充装置调节所述系统的压力。
进一步的，所述步骤(1)中所述系统的所述环状绝热风道通过快速接头及管道与所述待测阀门连接，所述待测阀门通过管道与安全壳外墙连接。
进一步的，所述快速接头与所述环状绝热风道之间的管道上设有止回阀。
本发明的有益效果为：
1、只需通过快速接头将本发明的系统与待测阀门连接，实现了在不停机的工况下测量阀门的微泄漏率；
2、被测蒸汽是在环状绝热风道内进行测量，利用风道的绝热性，防止被测蒸汽在风道内冷凝，确保被测蒸汽的温度稳定性，提高测量精度；
3、通过测量气体流量并计算参与反应的水，就能准确测量出安全壳隔离阀的泄漏率；
4、通过在环状绝热风道上设置第三温度传感器和第四温度传感器，以判断系统是否稳定，减小测量误差；
5、只需通过水吸收剂与水进行热反应，即可测量出参与反应的水、得出系统的泄漏量，系统成本较低；
6、测试时无需改变机组正常运行状态且测试过程省时、省力。
附图说明
图1是本发明测量阀门微泄漏率的系统的结构示意图。
图中：1-安全壳外墙，2-待测阀门，3-快速接头，4-止回阀，5-风机，6-热反应装置，7-环状绝热风道，8-气体流量计，9-压力传感器，10-氮气补充装置，11-第一温度传感器，12-第二温度传感器，13-第三温度传感器，14-第四温度传感器，15-第五温度传感器，16-氮气罐，17-开关阀。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明提供的测量阀门微泄漏率的系统，通过快速接头3及管道与待测阀门2(即隔离阀)连接，待测阀门2通过管道与安全壳外墙1连接，无需改变机组正常运行状态，即能准确测量出安全壳隔离阀的泄漏率。具体的，该系统包括通过管道与快速接头3连接的环状绝热风道7，环状绝热风道7内按照被测蒸汽在其内的流动方向依次设有：热反应装置6、气体流量计8、风机5；环状绝热风道7上于热反应装置6两侧分别设有第一温度传感器11和第二温度传感器12；环状绝热风道7上于风机5两侧分别设有第三温度传感器13和第四温度传感器14；环状绝热风道7上还设有压力传感器9，压力传感器9的位置位于风机5出风口侧上的温度传感器的后侧。
其中，快速接头3与环状绝热风道7之间的管道上设有止回阀4，止回阀4用于防止流进环状绝热风道7内的被测蒸汽回流至待测阀门2；另外，本发明中环状绝热风道7用于供被测蒸汽流入并避免被测蒸汽在风道内冷凝、热反应装置6用于在被测蒸汽流经其上时与被测蒸汽反应、气体流量计8用于测量反应后的被测蒸汽的气体流量、风机5用于驱动被测蒸汽流经热反应装置6与气体流量计8并使被测蒸汽在环状绝热风道7内循环流动、第一温度传感器11和第二温度传感器12用于检测被测蒸汽反应前后的温差、第三温度传感器13及第四温度传感器14用来根据其温度是否变化来判断系统是否稳定、压力传感器9用于测量系统稳定时的压力(当第三温度传感器13及第四温度传感器14的温度不再变化，代表系统运行稳定，系统稳定时，第一温度传感器11与第三温度传感器13的温度数值相等，第二温度传感器12与第四温度传感器14的温度数值相等)。
本发明的系统的测量原理为：在定压下，根据被测蒸汽中气体的流量计算出被测蒸汽反应前后的热量，然后根据热化学方程式计算出参与反应的水，即可得出系统的泄漏量。
根据公式Q＝mcp(T2-T1)，可以计算出系统内被测蒸汽反应前后的热量，其中，m为气体流量计8测量的反应后的被测蒸汽的气体流量，cp为气体定压比热容，(T2-T1)为第二温度传感器12和第一温度传感器11检测的被测蒸汽反应后跟反应前的温差。
为了使系统内的气压保持在定压，便于选取对应的比热容cp，本发明还包括对系统加压的氮气补充装置10，氮气补充装置10包括通过管道与环状绝热风道7连接的氮气罐16，在管道上设置一释放氮气或阻止氮气释放的开关阀17。根据压力传感器9测量的压力值，判断是否需要对系统进行加压。
为了进一步判断被测蒸汽是否在热反应装置6上开始反应，本发明在热反应装置6上还设置了一测量反应温度的第五温度传感器15。由于正式反应过程中会产生热量，第五温度传感器15温度发生变化则表明被测蒸汽开始参与热反应。
具体的，本发明中热反应装置6包括周缘完全与环状绝热风道7的内壁贴合的多孔板、填充在所述多孔板上各孔内的水吸收剂，水吸收剂为氧化锂、氧化钾、氧化钠、氧化钙中的一种。根据水吸收剂和水反应的热化学方程式XO+H2O→XOH-Q，X代表钙金属、钾金属、钠金属中的一种，计算出参与反应的水，即系统的泄漏量。
在利用本发明的系统进行阀门微泄漏率测量时，进行如下操作：
(1)将系统与待测阀门连接(具体连接方式见上述)，并记录系统稳定时(即第三温度传感器13及第四温度传感器14的温度不再变化)压力传感器的数值；
(2)记录各温度传感器的数值，并计算出各数值的平均值作为系统的初始温度T0；
(3)开启风机，并记录气体流量计的数值，记为m0；
(4)待系统连续运行一段时间t后，记录各温度传感器的数值，并计算出各数值的平均值作为系统的终止温度T；
(5)计算系统的热量Q，Q＝m0cp(T-T0)，其中cp为所述系统的比热容；
(6)计算所述热反应装置的吸水量M水，即根据水吸收剂和水反应的热化学方程式XO+H2O→XOH-Q，计算出热反应装置的吸水量M水；
(7)计算泄漏率i，i＝M水/t。
当然，在步骤(1)中，若系统压力没有在定压下，可通过氮气补充装置10调节系统的压力。
下面通过一实施例来具体测量泄漏率。
1、选用CaO作为热反应装置6的填充物，则其和水的热化学反应方程式为：CaO+H2O→Ca(OH)2，ΔH＝-57.86KJ/mol，ΔH是反应热，表示反应过程中放出的热量，负值为放热，正则为吸热；
2、当系统需要进行微泄漏测量时，将待测阀门2和系统通过快速接头3连接，并记录系统稳定时压力传感器9的数值，调节氮气补充装置10，使环状绝热风道内的压力P＝101300Pa，然后关闭氮气补充装置10；
3、记录T1～T5的读数，算术平均后作为初始温度T0；
4、开启风机5驱动，并记录气体流量计8的数值，作为m0；
5、连续运行一段时间t后，记录T1～T5的读数，取算术平均后作为系统的终止温度T1；
6、计算系统的热量Q，Q＝m0cp(T-T0)，由于氮气和空气的比热容相差不大，且N2的补充量较小同时并不参与反应，故将空气的比热容作为系统的比热容，即cp＝cp空气。则
7、计算热反应装置6的吸水量，由于系统没有外部得热，因此系统的温升来自于热反应装置6和水反应的反应热，则参与反应的水就是待测阀门2的泄漏量，泄漏量为
8、计算泄露率，泄露率
可见，该测量方法无需改变机组正常运行状态，且能准确测量出安全壳隔离阀的泄漏率，整个过程省时、省力且成本较低。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测量阀门微泄漏率的系统，其特征在于，包括：
环状绝热风道，供被测蒸汽流入；
热反应装置，设置在所述环状绝热风道内，用于在被测蒸汽流经所述热反应装置时与被测蒸汽反应；
气体流量计，设置在所述环状绝热风道内，用于测量被测蒸汽在反应后的气体流量；
驱动装置，设置在所述环状绝热风道内，用于驱动被测蒸汽依次流经所述热反应装置与气体流量计，并使被测蒸汽在所述环状绝热风道内循环流动；
第一温度传感器、第二温度传感器，设置在所述环状绝热风道上并分别位于所述热反应装置两侧，用于检测被测蒸汽反应前后的温差；及
压力传感器，设置在所述环状绝热风道上，用于测量所述系统稳定时的压力。
2.根据权利要求1所述的测量阀门微泄漏率的系统，其特征在于，还包括：设置在所述环状绝热风道上并分别位于所述驱动装置两侧的第三温度传感器和第四温度传感器、设置在所述热反应装置上测量反应温度的第五温度传感器，根据所述第三温度传感器及所述第四温度传感器的温度是否变化来判断所述系统是否稳定。
3.根据权利要求1或2所述的测量阀门微泄漏率的系统，其特征在于，还包括对所述系统加压的氮气补充装置，所述氮气补充装置包括通过管道与所述环状绝热风道连接的氮气罐，所述管道上设有释放氮气或阻止氮气释放的开关阀。
4.根据权利要求1所述的测量阀门微泄漏率的系统，其特征在于，所述热反应装置包括边缘完全与所述环状绝热风道的内壁贴合的多孔板、填充在所述多孔板上各孔内的水吸收剂，所述水吸收剂为氧化钙、氧化钾、氧化钠中的一种。
5.根据权利要求1所述的测量阀门微泄漏率的系统，其特征在于，所述驱动装置为风机。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述系统进行阀门微泄漏率测量的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将所述系统与待测阀门连接，并记录所述系统稳定时所述压力传感器的数值；
(2)记录各温度传感器的数值，并计算出各数值的平均值作为所述系统的初始温度T0；
(3)开启所述驱动装置，并记录所述气体流量计的数值，记为m0；
(4)所述系统连续运行一段时间t后，记录各温度传感器的数值，并计算出各数值的平均值作为所述系统的终止温度T；
(5)计算所述系统的热量Q，Q＝m0cp(T-T0)，其中cp为所述系统的比热容；
(6)计算所述热反应装置的吸水量M水；
(7)计算泄漏率i，i＝M水/t。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所述热反应装置包括填充了水吸收剂的多孔板；根据所述水吸收剂和水反应的热化学方程式XO+H2O→XOH-Q，计算出所述热反应装置的吸水量M水，其中，X代表钙金属、钾金属、钠金属中的一种。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中还能够通过氮气补充装置调节所述系统的压力。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述系统的所述环状绝热风道通过快速接头及管道与所述待测阀门连接，所述待测阀门通过管道与安全壳外墙连接。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述快速接头与所述环状绝热风道之间的管道上设有止回阀。
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