CN108364702A - 含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统和检测方法 - Google Patents

含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统和检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统，所述检测系统包括至少一套检测单元，各套检测单元并联在混合气体环境(1)与气体回收系统(10)之间，所述混合气体环境(1)用于输出三元混合气体至各套检测单元，所述气体回收系统(10)用于回收各套检测单元输出的废气，每套检测单元包括：I号双层储气管(5A)、II号双层储气管(5B)、连通管(6)、平衡阀(V1‑4)、冷却介质容器和不可凝结气体检测器(8)。相应地，提供一种对应于所述检测系统的检测方法。本发明无需引入任何高能耗的伴热装置且能够获取较为准确的三元混合气体组份信息。

Description

含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统和检测方法
技术领域
本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统，以及对应的检测方法。
背景技术
当核电站发生严重事故时，堆芯会出现大面积熔化，此时锆金属材质的燃料包壳会与水或水蒸汽发生锆-水反应，产生大量氢气，氢气进入安全壳后，可能会在隔间内部或安全壳自由空间顶部聚集，当浓度升高到一定数值后，可能发生燃爆，给安全壳施加较高的压力脉冲或热冲击，甚至造成安全壳完整性的丧失，进而造成放射性物质的大规模释放。
1979年3月28日，位于美国宾夕法尼亚州哈里斯堡附近的三哩岛核电站2号机组(TMI-2)发生核事故的第二天，该机组安全壳内就发生了剧烈的氢气燃烧，燃烧产生的压力峰值大约为2.8bar，好在压力峰值仅仅持续不到几秒钟。事实上，这次燃烧的约350kg的氢气是整个事故期间唯一的一次严重压力负荷。幸运的是，三哩岛2号机组安全壳经受住了该负荷，未对环境造成重大影响，但引发了有关氢气燃烧的大量研究，即在假想的核电厂严重事故期间研究如何预期安全壳内氢气的分布情况和当地气体组份配比，以便于阻止和缓解氢气的燃烧。
在严重事故工况下，安全壳内的气体组份主要是水蒸汽、空气和氢气，其中水蒸汽的存在会大大抑制氢气的燃烧和燃爆，因此，对于严重事故后安全壳内混合气体组份配比情况的测量，至少应能够获得两种气体组份的浓度。针对位于安全壳外的用于测量混合气体组份的系统，因为混合气体中存在水蒸汽，为保证测量前水蒸汽不发生冷凝，目前，常规混合气体组份测量系统需要在管线和设备上增加大量功率较大的伴热装置。但在事故工况下，尤其是全场断电的事故工况，电能非常稀缺，此时，伴热装置的启动和维持存在困难，由此可能引起最终针对混合气体组份测量的失真。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种无需引入任何高能耗的伴热装置且能够获取较为准确的三元混合气体组份信息的含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统，以及对应的检测方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统，所述三元混合气体包括水蒸汽、不可凝结气体和第三气体，所述检测系统包括至少一套检测单元，各套检测单元并联在混合气体环境与气体回收系统之间，所述混合气体环境用于输出三元混合气体至各套检测单元，所述气体回收系统用于回收各套检测单元输出的废气，每套检测单元包括：I号双层储气管、II号双层储气管、连通管、平衡阀、冷却介质容器和不可凝结气体检测器，每支双层储气管均包括内管和套装于内管外侧的外管，且内管与外管之间形成夹层，混合气体环境经由两组相同的管线分别连接至两支双层储气管一端的内管与外管，其中I号双层储气管的外管经由管线连接至容纳有冷却介质的冷却介质容器，且该双层储气管的另一端的内管经由管线经过不可凝结气体检测器后连接至气体回收系统、另一端的外管经由管线直接连接至气体回收系统，而II号双层储气管的另一端的内管与外管均经由管线直接连接至气体回收系统，所述连通管的中部设有压力感应膜片、两端分别连接至两支双层储气管的内管，且两支双层储气管的内管还经过平衡阀直接连通。
本发明还提供一种前述检测系统的检测方法，对于每套检测单元而言，所述检测方法包括如下步骤：
通过混合气体环境经由所述两组相同的管线分别向两支双层储气管一端的内管和外管输入三元混合气体，并在保持平衡阀处于开启的状态下将三元混合气体封存于两支双层储气管的内管和外管以及连通管中；
关闭平衡阀并将I号双层储气管的夹层中的三元混合气体置换为冷却介质容器中的冷却介质，以去除其内管中的三元混合气体中的水蒸汽；
利用压力感应膜片的变形量得出两支双层储气管的内管中混合气体的压力差，并根据该压力差得出三元混合气体中水蒸汽的组份信息；
将I号双层储气管的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体引至不可凝结气体检测器中，利用不可凝结气体检测器测量所述去除水蒸汽后的二元混合气体中不可凝结气体的组份信息。
有益效果：
本发明提出了一种仅通过简单的部件(如双层储气管、连通管、冷却介质容器和不可凝结气体检测器等)、连接管线和阀门组成的含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统，通过特殊设计的操作流程(即对应的检测方法)就能利用该检测系统获取一定压力、一定温度、含水蒸汽的三元混合气体组份浓度分配情况，且利用安全壳内高温的三元混合气体进行自伴热而无需引入任何高能耗的伴热装置。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统的结构示意图；
图2为图1中双层储气管的结构示意图；
图3为图1中连通管的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统的结构示意图；
图5为本发明实施例2提供的一种含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测方法的流程图；
图6为本发明实施例2提供的另一种含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测方法的流程图。
图中：1－混合气体环境；2－过滤器；3－冷却水箱；4－氮气吹扫系统；5A－I号双层储气管；5B－II号双层储气管；6－连通管；7－压力感应膜片；8－不可凝结气体检测器；9－真空泵；10－气体回收系统；11－内管；12－外管；13－夹层；V1-1、V1-2A、V1-2B、V1-3、V1-3A、V1-3B、V1-4A、V1-4B、V1-5A、V1-5B、V1-6A、V1-7A、V1-8A、V1-9A、V1-11A－控制阀；V1-1A、V1-1B、V1-2、V1-10A、V1-14A－止回阀；V-13A－隔离阀；V1-12A－调压阀；V1-4－平衡阀。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明针对核电站安全壳内混合气体组份测量系统开发的需要，提供一种含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统，以及对应的检测方法，可用于严重事故下安全壳内气体的可燃性监测，以获取一定压力、一定温度、含水蒸汽的三元混合气体组份浓度分配情况。其中，所述三元混合气体包括水蒸汽、不可凝结气体和第三气体，以严重事故工况下安全壳内常见的氢气、水蒸汽和空气的高温混合气体为例，相应地，所述不可凝结气体为氢气，所述第三气体为空气。
下面通过实施例详细描述本发明的具体技术方案。
实施例1：
如图1至图4所示，本实施例提供一种含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统。所述检测系统包括至少一套检测单元(图4中只示出了三套检测单元，但本发明不限于此)，各套检测单元并联在混合气体环境1与气体回收系统10之间，所述混合气体环境1用于输出三元混合气体至各套检测单元，所述气体回收系统10用于回收各套检测单元输出的废气。
当所述检测系统仅包括一套检测单元时，其结构如图1所示，当所述检测系统包括多套检测单元时，例如包括三套检测单元，其结构如图4所示，至于检测单元的具体数量，本发明不作限制，可由本领域技术人员根据实际情况进行设定。当然，通过将多套检测单元并联安装，可实现轮转操作，从而提高检测系统的响应速度。
如图1所示，所述检测单元包括：I号双层储气管5A、II号双层储气管5B、连通管6、平衡阀V1-4、冷却水箱3和不可凝结气体检测器8。其中，冷却水箱3中容纳有冷却水，当然，冷却水仅属于冷却介质中的一种，相应地，冷却水箱3也属于冷却介质容器中的一种，也可以根据实际情况选择其他类型的冷却介质，本发明对此不作限定。当不可凝结气体为氢气时，不可凝结气体检测器8内部布置有成熟的、低温、低压氢气检测仪表。
如图2所示，两支双层储气管的结构和尺寸相同，二者可通过高精度机加工工艺制造，每支双层储气管均包括内管11和套装于内管外侧的外管12，且内管与外管之间形成夹层13。I号双层储气管5A的内管11与外管12均设有排水管线。所述双层储气管的材质可以为铁基合金，例如不锈钢。外管12的外侧可包覆有一定厚度的保温材料。
如图1所示，混合气体环境1经由两组相同的管线分别连接至两支双层储气管一端的内管11与外管12，其中I号双层储气管5A的外管12经由管线连接至容纳有冷却水的冷却水箱3，以使得冷却水箱3经由管线与I号双层储气管5A的夹层13连通，且该双层储气管5A的另一端的内管11经由管线经过不可凝结气体检测器8(其设置在I号双层储气管5A的内管11的下游)后连接至气体回收系统10、另一端的外管12经由管线直接连接至气体回收系统10，而II号双层储气管5B的另一端的内管11与外管12均经由管线直接连接至气体回收系统10。其中，所述两组相同的管线中的一组与另一组的管路布置方式完全一致，且其中一组管线的一端连接至混合气体环境1、另一端连接至I号双层储气管5A的内管11和外管12，另一组管线的一端连接至混合气体环境1、另一端连接至II号双层储气管5B的内管11和外管12。
如图3所示，所述连通管6的中部设有压力感应膜片7、两端分别连接至两支双层储气管的内管11，以使得两支双层储气管的内管11通过中间设有压力感应膜片7的连通管6相连，所述压力感应膜片7用于获取两支双层储气管的内管11内混合气体的压力差，以便计算所述三元混合气体中水蒸汽的体积分数，且两支双层储气管的内管11还经过平衡阀V1-4直接连通，以便获得压力差零点。
具体地，所述连通管6采用尖端朝上的Λ型结构，即连通管6的外形为Λ型。压力感应膜片7竖直设置在连通管6内部的尖端处，从而位于连通管6的中间。连通管6的两个底端分别与两支双层储气管的内管11连通，且连通管6的两个底端的位置均高于两支双层储气管的内管11。所述连通管6的材质可以为铁基合金，例如不锈钢。
所述冷却水箱3的内部容纳有预设高度且未充满整个容器的冷却水，其底部和顶部的自由空间处分别经由管线和控制阀连接至I号双层储气管5A的外管12，具体为，冷却水箱3的底部经由管线和控制阀V1-6A连接至I号双层储气管5A的外管12，冷水水箱3的顶部自由空间处经由管线和控制阀V1-8A连接至I号双层储气管5A的外管12，从而使冷却水箱3与I号双层储气管5A的夹层3连通。其中，所述预设高度不低于冷却水箱3内部可容纳冷却水总高度的2/3且不高于冷却水箱3内部可容纳冷却水总高度的5/6。而且，为使冷却水箱3内部的冷却水始终满足前述预设高度，可为冷却水箱3的内部配置高精度的液位测量仪表。所述冷却水箱3的材质可以为铁基合金，例如不锈钢。冷却水箱3的外侧可包覆有一定厚度的保温材料。
所述I号双层储气管5A的内管壁面设有第一温度测量模块(如高精度温度测量仪表)，或者，所述冷却水箱3的出口设置有第一温度测量模块，用于获取I号双层储气管5A的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体的温度值TI。所述II号双层储气管5B的内管壁面设有压力测量模块和第二温度测量模块，或者，所述混合气体环境1内设有气体取样点，且该气体取样点处设有压力测量模块和第二温度测量模块，分别用于获取II号双层储气管5B的内管中三元混合气体的压力值PII和II号双层储气管5B的内管中三元混合气体的温度值TII。通过压力测量模块、第一温度测量模块和第二温度测量模块测量出的未知量、压力感应膜片7的变形量，结合I号双层储气管5A和以其邻近阀门为边界的连接管线的总容积VI、II号双层储气管5B和以其邻近阀门为边界的连接管线的总容积VΙΙ，以及普适气体常数R0等已知量，就可以精确地计算出三元混合气体中水蒸汽的体积分数，具体计算方式详见实施例2的相应内容。
如图1所示，所述检测系统还包括真空泵9，其设置在不可凝结气体检测器8的下游，所述真空泵9的入口经过隔离阀V1-13A与不可凝结气体检测器8的出口连通，所述真空泵9的出口经由管线连接至气体回收系统10。
所述不可凝结气体检测器8的入口经过控制阀V1-4A与I号双层储气管5A另一端的内管11连通、出口依次经过止回阀V1-10A和调压阀V1-12A与气体回收系统10连通；所述不可凝结气体检测器8内置有干燥装置。
本实施例中，在不可凝结气体检测器8下游的止回阀V1-10A后方，并联有三路管线与气体回收系统10连通，分别为调压管线、排放管线和抽真空管线。其中，调压管线经过调压阀V1-12A连接至气体回收系统10；排放管线经过控制阀V1-11A连接至气体回收系统10；抽真空管线依次经过隔离阀V1-13A、真空泵9和止回阀V1-14A连接至气体回收系统10。
如图1所示，所述检测系统还包括氮气吹扫系统4，其经由所述两组相同的管线分别连接至两支双层储气管一端的内管11与外管12。
所述检测单元还包括设置在混合气体环境1与所述两组相同的管线之间的过滤器2，且过滤器2的入口与混合气体环境1相连、出口连接至所述两组相同的管线。
综上所述，本实施例所述检测系统中，每套检测单元均包括过滤器2、冷却水箱3、氮气吹扫系统4、I号双层储气管5A、II号双层储气管5B、连通管6、压力感应膜片7、不可凝结气体检测器8、真空泵9、连通管线、众多用于过程控制的阀门以及止回阀。其中，用于过程控制的阀门包括：平衡阀V1-4，调压阀V1-12A，隔离阀V-13A，以及控制阀V1-1、V1-2A、V1-2B、V1-3、V1-3A、V1-3B、V1-4A、V1-4B、V1-5A、V1-5B、V1-6A、V1-7A、V1-8A、V1-9A和V1-11A；止回阀包括V1-1A、V1-1B、V1-2、V1-10A和V1-14A。当然，这些用于过程控制的阀门既可以采用手动阀，也可以采用自动阀，例如气动阀、电动阀或液动阀等。
具体地，如图1所示，混合气体环境1的出口经过控制阀V1-1与过滤器2的入口相连，过滤器2的出口经过止回阀V1-2连接至两组相同的管线，其中一组管线连接至I号双层储气管5A一端的内管11和外管12，具体包括两路管线，其中一路管线经过控制阀V1-3A连接至I号双层储气管5A一端的外管12，另一路管线依次经过止回阀V1-1A和控制阀V1-2A连接至I号双层储气管5A一端的内管11，另一组管线连接至II号双层储气管5B一端的内管11和外管12，具体包括两路管线，其中一路管线经过控制阀V1-3B连接至II号双层储气管5B一端的外管12，另一路管线依次经过止回阀V1-1B和控制阀V1-2B连接至II号双层储气管5B一端的内管11。氮气吹扫系统4的出口经过控制阀V1-3也连接至所述两组相同的管线。I号双层储气管5A一端的内管11和II号双层储气管5B一端的内管11还经过管线和平衡阀V1-4连通。I号双层储气管5A的外管经过一条管线和控制阀V1-6A连接至冷却水箱3的底部，还经过另一条管线和控制阀V1-8A连接至冷却水箱3的顶部自由空间处。I号双层储气管5A的内管11设有排水管线，该排水管线上设有控制阀V1-9A，I号双层储气管5A的外管12也设有排水管线，该排水管线上设有控制阀V1-7A。I号双层储气管5A和II号双层储气管5B的内管11的中部通过连通管6相连，且连通管6的中间设有压力感应膜片7。I号双层储气管5A的另一端的外管12经过管线和控制阀V1-5A连接至气体回收系统10，I号双层储气管5A的另一端的内管11经过管线和控制阀V1-4A与不可凝结气体检测器8的入口连接，而不可凝结气体检测器8的出口经过管线和止回阀V1-10A再通过并联的调压管线、排放管线和抽真空管线(前已述及)连接至气体回收系统10。II号双层储气管5B的另一端的内管11经过管线和控制阀V1-4B连接至气体回收系统10，II号双层储气管5B的另一端的外管12经过管线和控制阀V1-5B连接至气体回收系统10。
本实施例所述检测系统通过简单的部件、连接管线和阀门组成，完全不需要任何高能耗的伴热装置，仅通过特殊设计的操作流程(详见实施例2)，就能依次获得三元混合气体中水蒸汽和不可凝结气体的组份信息，从而获得一定压力(1～7bar)和一定温度(常温～200℃)的情况下，含水蒸汽的三元混合气体组份浓度分配情况。而且，在多套检测单元并联使用的情况下，可实现轮转操作，从而提高混合气体组份测量的响应速度。
实施例2：
如图5所示，本实施例提供一种如实施例1所述的检测系统的检测方法。在执行该检测方法前，检测系统内所有用于过程控制的阀门均处于关闭状态。
对于每套检测单元而言，所述检测方法包括如下步骤S101至S104。
S101.通过混合气体环境1经由所述两组相同的管线分别向两支双层储气管一端的内管11和外管12输入三元混合气体，并在保持平衡阀V1-4处于开启的状态下将三元混合气体封存于两支双层储气管的内管11和外管12以及连通管6中，以完成系统预热和三元混合气体封存工作。
S102.关闭平衡阀V1-4并将I号双层储气管5A的夹层13中的三元混合气体置换为冷却水箱3中的冷却水，以去除其内管11中的三元混合气体中的水蒸汽，以完成I号双层储气管5A的内管11中三元混合气体冷却工作。
S103.利用压力感应膜片7的变形量得出两支双层储气管的内管11中混合气体的压力差，并根据该压力差得出三元混合气体中水蒸汽的组份信息，以完成水蒸汽组份测量工作。
本步骤中，所述三元混合气体中水蒸汽的组份信息具体为：
式(1)是由如下公式得出的：
PIVI＝nIR0TI (2)
PIIVII＝nIIR0TII (3)
上述公式(1)至(4)中，为三元混合气体中水蒸汽的体积分数，且nΙ为I号双层储气管5A的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体的物质的量，nΙΙ为II号双层储气管5B的内管中三元混合气体的物质的量，由PΙΙ、VΙΙ和TΙΙ计算得出；PI为I号双层储气管5A的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体的压力值；VI为I号双层储气管5A和以其邻近阀门为边界的连接管线的总容积，由调试阶段的容积测试给出，为已知量；TI为I号双层储气管5A的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体的温度值，由第一温度测量模块得出；PII为II号双层储气管5B的内管中三元混合气体的压力值，由压力测量模块得出；VII为II号双层储气管5B和以其邻近阀门为边界的连接管线的总容积，由调试阶段的容积测试给出，为已知量；TII为II号双层储气管5B的内管中三元混合气体的温度值，由第二温度测量模块得出；ΔP为两支双层储气管的内管中混合气体的压力差，由压力感应膜片7的变形量得出；R0为普适气体常数，为已知量。其中，通过机加工保证VI＝VII。
S104.将I号双层储气管5A的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体引至不可凝结气体检测器8中，利用不可凝结气体检测器8测量所述去除水蒸汽后的二元混合气体中不可凝结气体的组份信息，以完成不可凝结气体组份测量工作。
本步骤中，将I号双层储气管5A的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体引至不可凝结气体检测器8中的步骤具体为：
打开调压阀V1-12A，将其开启压力调为预设压力值，再开启控制阀V1-4A，从而将I号双层储气管5A的内管中的去除水蒸汽后的二元混合气体引至不可凝结气体检测器8中，待调压阀V1-12A前压力稳定后，关闭调压阀V1-12A和控制阀V1-4A。其中，所述预设压力值为0.1MPa，即调压阀V1-12A前后压差大于0.1MPa时，阀门开启，调压阀V1-12A前后压差小于或等于0.1MPa时，阀门关闭。
既然通过步骤S103和S104先后获得了水蒸汽和不可凝结气体的组份信息，那么经过简单计算就可获得第三气体的组份信息，从而获得一定压力(1～7bar)和一定温度(常温～200℃)的情况下，含水蒸汽的三元混合气体组份浓度分配情况。
较优地，在步骤S103之后、步骤S104之前，还包括如下步骤S103A。
S103A.打开隔离阀V1-13A，启动真空泵9，待不可凝结气体检测器8内抽成真空后，关闭隔离阀V1-13A和真空泵9，以完成不可凝结气体组份测量前准备工作。
较优地，在所述检测系统每次启动时，所述检测方法还包括在步骤S101前执行的如下步骤S100。
S100.使氮气吹扫系统4输出的氮气依次充满两支双层储气管的一端与氮气吹扫系统4之间的管线、平衡阀V1-4所处管线、两支双层储气管的内管11和外管12、连通管6、两支双层储气管的另一端与气体回收系统10之间的管线，以及I号双层储气管5A的外管12与内管11的排水管线，以使得氮气充满整个检测单元的部件和管线，并由气体回收系统10回收氮气，以完成系统吹扫工作。
需要说明的是，仅在检测系统启动时需要进行该步操作，后续再次测量过程可从步骤S101开始。
较优地，在步骤S104之后，还包括如下步骤S105。
S105.使氮气吹扫系统4输出的氮气依次充满两支双层储气管的一端与氮气吹扫系统4之间的管线、两支双层储气管的内管11、两支双层储气管的另一端与气体回收系统10之间的管线，以及I号双层储气管5A的内管11的排水管线，并由气体回收系统10回收氮气，以完成三元混合气体测量管道吹扫工作。
较优地，在完成三元混合气体测量管道吹扫工作(即完成步骤S105)以后，所述检测方法还包括如下步骤S106。
S106.先使氮气吹扫系统4输出的氮气依次充满II号双层储气管5B的一端与氮气吹扫系统4之间的管线、II号双层储气管5B的外管12，以及II号双层储气管5B的另一端与气体回收系统10之间的管线，并由气体回收系统10回收氮气；
再使氮气吹扫系统4输出的氮气依次充满I号双层储气管5A的一端与氮气吹扫系统4之间的管线、I号双层储气管5A的外管12，以及I号双层储气管5A的外管12的排水管线，待I号双层储气管5A的夹层13中的冷却水排空后，关闭I号双层储气管5A的外管12的排水管线，然后使氮气吹扫系统4输出的氮气继续充满I号双层储气管5A的另一端与氮气吹扫系统4之间的管线，并由气体回收系统10回收氮气，以完成自伴热管道吹扫工作。
在完成自伴热管道吹扫工作(即完成步骤S106)以后，就可以准备下一次测量，即重复执行步骤S101、S102、S103、S103A、S104、S105和S106。
下面通过更为具体的实施例详细描述所述检测方法所采用的技术方案。
如图6所示，本实施例还提供一种如实施例1所述的检测系统的检测方法，包括如下步骤S201至S209。
S201.系统吹扫。
具体地，依次开启阀门V1-3、V1-2A、V1-2B、V1-3A、V1-3B、V1-4、V1-4A、V1-4B、V1-5A、V1-5B、V1-11A、V1-7A和V1-9A，经过一定延时后，按照相反的顺序依次关闭前述已开启的阀门。
当然，仅在检测系统启动时需要进行系统吹扫步骤，后续再次测量过程可从系统预热步骤开始。
S202.系统预热。
具体地，依次开启阀门V1-1、V1-3A、V1-3B、V1-5A和V1-5B，经过一定延时后，再依次开启阀门V1-2A、V1-2B、V1-4、V1-4A、V1-4B、V1-11A和V1-12A。
S203.三元混合气体封存。
具体地，经过一定延时后，依次关闭阀门V1-12A、V1-11A、V1-4A、V1-4B、V1-2A、V1-2B、V1-5A、V1-5B、V1-3A、V1-3B和V1-1，从而在保持平衡阀V1-4处于开启的状态下将三元混合气体封存于两支双层储气管的内管11和外管12以及连通管6中。
S204.I号双层储气管5A的内管11中三元混合气体冷却。
具体地，关闭阀门V1-4，再依次打开阀门V1-8A和V1-6A，将I号双层储气管5A夹层13内的三元混合气体置换为冷却水，实现对I号双层储气管5A的内管11内的三元混合气体的冷却，去除其中的水蒸汽，待置换完成后，再关闭阀门V1-6A和V1-8A。
S205.水蒸汽组份测量。
具体地，随着I号双层储气管5A的内管11中三元混合气体的冷却，其内部压力降低，此时利用压力感应膜片7的变形量得出两支双层储气管的内管11中混合气体的压力差，然后通过前述公式(1)计算出三元混合气体中水蒸汽的体积分数。
S206.不可凝结气体组份测量前准备。
具体地，打开阀门V1-13A，启动真空泵9，将不可凝结气体检测器8内抽成真空后，关闭阀门V1-13A和真空泵9。
S207.不可凝结气体组份测量。
具体地，打开阀门V1-12A，将其开启压力调为0.1MPa，再开启阀门V1-4A，将I号双层储气管5A的内管11中的去除水蒸汽后的二元混合气体(即低温、低压样气)引至不可凝结气体检测器8内，待阀门V1-12A前压力稳定后，关闭阀门V1-4A和V1-12A，利用不可凝结气体检测器8获得去除了水蒸汽的三元混合气体中不可凝结气体的组份信息，再综合已有的水蒸汽组份信息，即可第三气体的组份信息，从而获得三元混合样气的组份信息。
S208.三元混合气体测量管道吹扫。
具体地，依次打开阀门V1-3、V1-2A、V1-2B、V1-4A、V1-4B和V1-11A，经过一定延时后，打开阀门V1-9A，再经过一定延时后，按照相反的顺序依次关闭前述已开启的阀门。
S209.自伴热管道吹扫。
具体地，依次打开阀门V1-3、V1-3B和V1-5B，经过一定延时后，按照相反的顺序依次关闭前述已开启的阀门；再依次打开阀门V1-3、V1-3A和V1-7A，待I号双层储气管5A的夹层13内冷却水排空后，再关闭阀门V1-7A，打开阀门V1-5A，经过一定延时后，依次关闭阀门V1-5A、V1-3A和V1-3，准备下一次测量，即重复执行步骤S202至S209。
本实施例所述检测方法在测量含水蒸汽的三元混合气体组份信息的过程中，完全不需要任何高能耗的伴热装置，仅通过控制不同阀门的开合顺序，并利用水蒸汽的可冷凝性和现有成熟的低温、低压不可冷凝气体组份测量仪表(即不可凝结气体检测器8)就能依次获得三元混合气体中水蒸汽和不可凝结气体的组份信息，从而获得一定压力(1～7bar)和一定温度(常温～200℃)的情况下，含水蒸汽的三元混合气体组份浓度分配情况。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统，所述三元混合气体包括水蒸汽、不可凝结气体和第三气体，其特征在于，所述检测系统包括至少一套检测单元，各套检测单元并联在混合气体环境(1)与气体回收系统(10)之间，所述混合气体环境(1)用于输出三元混合气体至各套检测单元，所述气体回收系统(10)用于回收各套检测单元输出的废气，每套检测单元包括：I号双层储气管(5A)、II号双层储气管(5B)、连通管(6)、平衡阀(V1-4)、冷却介质容器和不可凝结气体检测器(8)，每支双层储气管均包括内管(11)和套装于内管外侧的外管(12)，且内管与外管之间形成夹层(13)，混合气体环境(1)经由两组相同的管线分别连接至两支双层储气管一端的内管(11)与外管(12)，其中I号双层储气管(5A)的外管(12)经由管线连接至容纳有冷却介质的冷却介质容器，且该双层储气管(5A)的另一端的内管(11)经由管线经过不可凝结气体检测器(8)后连接至气体回收系统(10)、另一端的外管(12)经由管线直接连接至气体回收系统(10)，而II号双层储气管(5B)的另一端的内管(11)与外管(12)均经由管线直接连接至气体回收系统(10)，所述连通管(6)的中部设有压力感应膜片(7)、两端分别连接至两支双层储气管的内管(11)，且两支双层储气管的内管(11)还经过平衡阀(V1-4)直接连通。
2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述I号双层储气管(5A)的内管壁面设有第一温度测量模块，或者，所述冷却介质容器的出口设置有第一温度测量模块；所述II号双层储气管(5B)的内管壁面设有压力测量模块和第二温度测量模块，或者，所述混合气体环境(1)内设有气体取样点，且该气体取样点处设有压力测量模块和第二温度测量模块。
3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括真空泵(9)，其设置在不可凝结气体检测器(8)的下游，所述真空泵(9)的入口经过隔离阀(V1-13A)与不可凝结气体检测器(8)的出口连通，所述真空泵(9)的出口经由管线连接至气体回收系统(10)。
4.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述不可凝结气体检测器(8)的入口经过控制阀(V1-4A)与I号双层储气管(5A)另一端的内管(11)连通、出口依次经过止回阀(V1-10A)和调压阀(V1-12A)与气体回收系统(10)连通；所述不可凝结气体检测器(8)内置有干燥装置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括氮气吹扫系统(4)，其经由所述两组相同的管线分别连接至两支双层储气管一端的内管(11)与外管(12)；I号双层储气管(5A)的内管(11)与外管(12)均设有排水管线。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的检测系统，其特征在于，所述检测单元还包括设置在混合气体环境(1)与所述两组相同的管线之间的过滤器(2)。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的检测系统，其特征在于，所述连通管(6)采用尖端朝上的Λ型结构，压力感应膜片(7)竖直设置在连通管(6)内部的尖端处，连通管(6)的两个底端分别与两支双层储气管的内管(11)连通，且连通管(6)的两个底端的位置均高于两支双层储气管的内管(11)。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的检测系统，其特征在于，所述冷却介质容器的内部容纳有预设高度且未充满整个容器的冷却介质，其底部和顶部的自由空间处分别经由管线和控制阀连接至I号双层储气管(5A)的外管(12)。
9.一种如权利要求1所述的含水蒸汽的低功耗三元混合气体组份检测系统的检测方法，其特征在于，对于每套检测单元而言，所述检测方法包括如下步骤：
通过混合气体环境(1)经由所述两组相同的管线分别向两支双层储气管一端的内管(11)和外管(12)输入三元混合气体，并在保持平衡阀(V1-4)处于开启的状态下将三元混合气体封存于两支双层储气管的内管(11)和外管(12)以及连通管(6)中；
关闭平衡阀(V1-4)并将I号双层储气管(5A)的夹层(13)中的三元混合气体置换为冷却介质容器中的冷却介质，以去除其内管(11)中的三元混合气体中的水蒸汽；
利用压力感应膜片(7)的变形量得出两支双层储气管的内管(11)中混合气体的压力差，并根据该压力差得出三元混合气体中水蒸汽的组份信息；
将I号双层储气管(5A)的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体引至不可凝结气体检测器(8)中，利用不可凝结气体检测器(8)测量所述去除水蒸汽后的二元混合气体中不可凝结气体的组份信息。
10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，
所述I号双层储气管(5A)的内管壁面设有第一温度测量模块，或者，所述冷却介质容器的出口设置有第一温度测量模块；所述II号双层储气管(5B)的内管壁面设有压力测量模块和第二温度测量模块，或者，所述混合气体环境(1)内设有气体取样点，且该气体取样点处设有压力测量模块和第二温度测量模块；
所述三元混合气体中水蒸汽的组份信息具体为：
式(1)中，为三元混合气体中水蒸汽的体积分数，且nΙ为I号双层储气管(5A)的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体的物质的量，nΙΙ为II号双层储气管(5B)的内管中三元混合气体的物质的量，由PΙΙ、VΙΙ和TΙΙ计算得出；VI为I号双层储气管(5A)和以其邻近阀门为边界的连接管线的总容积；TI为I号双层储气管(5A)的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体的温度值，由第一温度测量模块得出；PII为II号双层储气管(5B)的内管中三元混合气体的压力值，由压力测量模块得出；VII为II号双层储气管(5B)和以其邻近阀门为边界的连接管线的总容积；TII为II号双层储气管(5B)的内管中三元混合气体的温度值，由第二温度测量模块得出；ΔP为两支双层储气管的内管中混合气体的压力差，由压力感应膜片(7)的变形量得出；R0为普适气体常数。
11.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，
所述检测系统还包括真空泵(9)，其设置在不可凝结气体检测器(8)的下游，所述真空泵(9)的入口经过隔离阀(V1-13A)与不可凝结气体检测器(8)的出口连通，所述真空泵(9)的出口经由管线连接至气体回收系统(10)；
在将I号双层储气管(5A)的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体引至不可凝结气体检测器(8)中之前，所述检测方法还包括如下步骤：
打开隔离阀(V1-13A)，启动真空泵(9)，待不可凝结气体检测器(8)内抽成真空后，关闭隔离阀(V1-13A)和真空泵(9)。
12.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，
所述不可凝结气体检测器(8)的入口经过控制阀(V1-4A)与I号双层储气管(5A)另一端的内管(11)连通、出口依次经过止回阀(V1-10A)和调压阀(V1-12A)与气体回收系统(10)连通；所述不可凝结气体检测器(8)内置有干燥装置；
将I号双层储气管(5A)的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体引至不可凝结气体检测器(8)中的步骤具体为：
打开调压阀(V1-12A)，将其开启压力调为预设压力值，再开启控制阀(V1-4A)，从而将I号双层储气管(5A)的内管中的去除水蒸汽后的二元混合气体引至不可凝结气体检测器(8)中，待调压阀(V1-12A)前压力稳定后，关闭调压阀(V1-12A)和控制阀(V1-4A)。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述检测系统还包括氮气吹扫系统(4)，其经由所述两组相同的管线分别连接至两支双层储气管一端的内管(11)与外管(12)；I号双层储气管(5A)的内管(11)与外管(12)均设有排水管线；
在所述检测系统每次启动时，所述检测方法还包括在分别向两支双层储气管的内管(11)和外管(12)输入三元混合气体之前执行的如下步骤：
使氮气吹扫系统(4)输出的氮气依次充满两支双层储气管的一端与氮气吹扫系统(4)之间的管线、平衡阀(V1-4)所处管线、两支双层储气管的内管(11)和外管(12)、连通管(6)、两支双层储气管的另一端与气体回收系统(10)之间的管线，以及I号双层储气管(5A)的外管(12)与内管(11)的排水管线，以使得氮气充满整个检测单元的部件和管线，并由气体回收系统(10)回收氮气。
14.根据权利要求13所述的检测方法，其特征在于，在将I号双层储气管(5A)的内管中去除水蒸汽后的二元混合气体引至不可凝结气体检测器(8)中之后，所述检测方法还包括如下步骤：
使氮气吹扫系统(4)输出的氮气依次充满两支双层储气管的一端与氮气吹扫系统(4)之间的管线、两支双层储气管的内管(11)、两支双层储气管的另一端与气体回收系统(10)之间的管线，以及I号双层储气管(5A)的内管(11)的排水管线，并由气体回收系统(10)回收氮气，以完成三元混合气体测量管道吹扫工作。
15.根据权利要求14所述的检测方法，其特征在于，在完成三元混合气体测量管道吹扫工作以后，所述检测方法还包括如下步骤：
先使氮气吹扫系统(4)输出的氮气依次充满II号双层储气管(5B)的一端与氮气吹扫系统(4)之间的管线、II号双层储气管(5B)的外管(12)，以及II号双层储气管(5B)的另一端与气体回收系统(10)之间的管线，并由气体回收系统(10)回收氮气；
再使氮气吹扫系统(4)输出的氮气依次充满I号双层储气管(5A)的一端与氮气吹扫系统(4)之间的管线、I号双层储气管(5A)的外管(12)，以及I号双层储气管(5A)的外管(12)的排水管线，待I号双层储气管(5A)的夹层(13)中的冷却介质排空后，关闭I号双层储气管(5A)的外管(12)的排水管线，然后使氮气吹扫系统(4)输出的氮气继续充满I号双层储气管(5A)的另一端与氮气吹扫系统(4)之间的管线，并由气体回收系统(10)回收氮气，以完成自伴热管道吹扫工作。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011196963A (ja) * 2010-03-24 2011-10-06 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd 気体廃棄物処理設備及び気体廃棄物処理設備の運転方法
CN102667467A (zh) * 2009-12-22 2012-09-12 Ima生命北美股份有限公司 使用对真空泵排气的气体测量来监控冷冻干燥
CN103033441A (zh) * 2012-12-18 2013-04-10 重庆川仪分析仪器有限公司 安全壳内气体浓度分析方法、装置及气体分析仪
CN103219054A (zh) * 2010-07-22 2013-07-24 中科华核电技术研究院有限公司 可燃气体监测系统及方法
CN106342210B (zh) * 2009-12-31 2013-08-28 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种用于测量安全壳内氢气浓度的取样分析系统
CN205487368U (zh) * 2016-01-18 2016-08-17 中国工程物理研究院材料研究所 核电站安全壳事故后多点快速测氢的装置
CN107170496A (zh) * 2017-06-21 2017-09-15 中国核动力研究设计院 核反应堆用气体湿度监控装置
CN107358984A (zh) * 2017-06-07 2017-11-17 中国核电工程有限公司 反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统
CN107403651A (zh) * 2017-06-12 2017-11-28 中国核电工程有限公司 一种具有活动工作平台的安全壳热工水力实验系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102667467A (zh) * 2009-12-22 2012-09-12 Ima生命北美股份有限公司 使用对真空泵排气的气体测量来监控冷冻干燥
CN106342210B (zh) * 2009-12-31 2013-08-28 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种用于测量安全壳内氢气浓度的取样分析系统
JP2011196963A (ja) * 2010-03-24 2011-10-06 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd 気体廃棄物処理設備及び気体廃棄物処理設備の運転方法
CN103219054A (zh) * 2010-07-22 2013-07-24 中科华核电技术研究院有限公司 可燃气体监测系统及方法
CN103033441A (zh) * 2012-12-18 2013-04-10 重庆川仪分析仪器有限公司 安全壳内气体浓度分析方法、装置及气体分析仪
CN205487368U (zh) * 2016-01-18 2016-08-17 中国工程物理研究院材料研究所 核电站安全壳事故后多点快速测氢的装置
CN107358984A (zh) * 2017-06-07 2017-11-17 中国核电工程有限公司 反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统
CN107403651A (zh) * 2017-06-12 2017-11-28 中国核电工程有限公司 一种具有活动工作平台的安全壳热工水力实验系统
CN107170496A (zh) * 2017-06-21 2017-09-15 中国核动力研究设计院 核反应堆用气体湿度监控装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘静: "核电厂事故后安全壳内氢气浓度测量方法分析", 《核安全》 *
陈杰: "核电厂严重事故氢气监测系统的设计与研究", 《自动化仪表》 *

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