CN109087720A - 一种用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统 - Google Patents

一种用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于公开一种用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，它包括声发射泄漏监测回路和光谱泄漏监测回路，所述声发射泄漏监测回路的信号输入端和所述光谱泄漏监测回路的信号输入端分别设置在所述主蒸汽管道的探测点，所述声发射泄漏监测回路的信号输出端和所述光谱泄漏监测回路的信号输出端通过网络交换机互相通讯连接，所述网络交换机依次连接有控制单元和显示单元；与现有技术相比，通过声发射与光谱法的结合，在主蒸汽管道泄漏前作出预警，实现主蒸汽管道泄漏监测方法的多样性及冗余性，使监测结果更为可信；监测灵敏度更高、响应时间更快，显著地提升发现泄漏后的反应速度，提供更大的安全裕量。

Description

一种用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统
技术领域
本发明涉及一种泄漏监测系统，特别涉及一种基于声光结合的主蒸汽管道泄漏监测系统。
背景技术
核电厂设计中关于主蒸汽管道LBB(破前先漏)准则的应用，要求核电厂具备较高管道泄漏监测能力。利用泄漏监测系统，能够及时有效地发现管道的泄漏，并有足够的时间采取相应的处理措施，从而避免管道裂纹进一步扩展导致大破口，主蒸汽管道泄漏监测要求具有定位及定量能力。
目前，核电厂设计中普遍应用的主蒸汽管道泄漏监测技术，如安全壳地坑液位测量等响应时间较长，定位及定量精度较差，因此需要在使用LBB技术的主蒸汽管道上增加泄漏监测系统，以满足LBB的要求，实现监测方法多样性。
因此，需要一种用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，以解决上述现有存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，针对现有技术的不足，实时监测主蒸汽管道的应力变化，并在管道发生泄漏后准确快速找出泄漏点并确定泄漏量，从而保障核电厂的安全运行。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，它包括声发射泄漏监测回路和光谱泄漏监测回路，所述声发射泄漏监测回路的信号输入端和所述光谱泄漏监测回路的信号输入端分别设置在所述主蒸汽管道的探测点，所述声发射泄漏监测回路的信号输出端和所述光谱泄漏监测回路的信号输出端通过网络交换机互相通讯连接，所述网络交换机依次连接有控制单元和显示单元。
在本发明的一个实施例中，所述声发射泄漏监测回路包括若干个安装在保温层内主蒸汽管道焊缝周围的声发射传感器、信号放大器和数据采集单元，所述声发射传感器通过信号放大器与数据采集单元互相通讯连接。
进一步，所述声发射传感器、信号放大器和数据采集单元之间通过铠装光纤互相通讯连接。
进一步，所述声发射传感器包括波导杆、压电晶体、信号发射器件、耦合器、信号线和包壳；所述声发射传感器安装在保温层内主蒸汽管道的焊缝周围，通过铠装光纤及信号放大器，将采集声信号送至数据采集单元。
进一步，所述信号放大器位于所述声发射传感器与数据采集单元之间，用于将声发射传感器监测的信号放大后传输到数据采集单元。
进一步，所述数据采集单元由机箱、采集卡和I/O卡组成，根据测点区域，采用独立的采集卡完成信号采集，提高系统运行的安全性。
在本发明的一个实施例中，所述光谱泄漏监测回路包括若干个在保温层内主蒸汽管道焊缝周围的微型光纤探头、激光发射器和光谱分析仪，所述微型光纤探头通过激光发射器与光谱分析仪互相通讯连接。
进一步，所述微型光纤探头、激光发射器和光谱分析仪之间通过铠装光纤互相通讯连接。
进一步，所述微型光纤探头两端为光纤接口，中间为镂空气室，周围气体可自由通过镂空气室，镂空气室两端是准直透镜。
进一步，所述铠装光纤为耐高温耐辐照不锈钢铠装光纤，可在400℃下长久使用，满足安全壳内工作环境要求。
进一步，所述激光发射器使用近红外二极管激光器作为光源，通过改变激光器温度及注入电流，在水分子特征吸收峰波长附近实现高频窄波段激光扫描。
进一步，所述光谱分析仪包括激光发射器、分析模块和信号输出端口；所述光谱分析仪在安全壳外，通过铠装光纤与安全壳内微型光纤探头相连接。
本发明的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，与现有技术相比，通过声发射与光谱法的结合，实现主蒸汽管道泄漏监测方法的多样性及冗余性，使监测结果更为可信，在安全壳环境下对气态泄漏蒸汽的多测点直接监测，监测灵敏度更高、响应时间更快，显著地提升发现泄漏后的反应速度，提供更大的安全裕量；在管道裂纹扩展阶段对主蒸汽管道结构损伤进行判断，在主蒸汽管道泄漏前作出预警，实现本发明的目的。
本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1为本发明的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统的结构示意图；
图2为本发明的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例
如图1和图2所示，本发明的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，实现主蒸汽管道多样性及冗余设置泄漏监测，它包括声发射泄漏监测回路10和光谱泄漏监测回路20，声发射泄漏监测回路10的信号输入端和光谱泄漏监测回路20的信号输入端分别设置在主蒸汽管道1的探测点2，声发射泄漏监测回路10的信号输出端和光谱泄漏监测回路20的信号输出端通过网络交换机30互相通讯连接，网络交换机30依次连接有控制单元40和显示单元50。
在本实施例中，声发射泄漏监测回路10包括若干个安装在保温层内主蒸汽管道焊缝周围的声发射传感器11、信号放大器12和数据采集单元13，声发射传感器11通过信号放大器12与数据采集单元13互相通讯连接；声发射传感器11、信号放大器12和数据采集单元13之间通过铠装光纤14互相通讯连接。
铠装光纤14为耐高温耐辐照不锈钢铠装光纤，可在400℃下长久使用，满足安全壳内工作环境要求。
声发射传感器11包括波导杆、压电晶体、信号发射器件、耦合器、信号线和包壳；声发射传感器11安装在保温层内主蒸汽管道1的焊缝周围，通过铠装光纤14及信号放大器12，将采集声信号送至数据采集单元13。
声发射传感器11可在主蒸汽管道产生裂纹、裂纹扩展、管道破裂的过程中探测到特定频率的超声波信号，信号经过放大器放大后通过信号线送至数据采集单元13，实现泄漏量及泄漏位置监测。
声发射传感器11采用压电陶瓷材料，可耐受电厂寿期内的环境辐照剂量。声发射传感器工作频率范围为50kHz-300kHz，灵敏度大于-70dB，能够在400℃以下的高温环境长久工作。
信号放大器12位于声发射传感器11与数据采集单元13之间，用于将声发射传感器11监测的信号放大后传输到数据采集单元13。数据采集单元13由机箱、采集卡和I/O卡组成，根据测点区域，采用独立的采集卡完成信号采集，提高系统运行的安全性。
在本实施例中，光谱泄漏监测回路20包括若干个在保温层内主蒸汽管道焊缝周围的微型光纤探头21、激光发射器22和光谱分析仪23，微型光纤探头21通过激光发射器22与光谱分析仪23互相通讯连接；微型光纤探头21、激光发射器22和光谱分析仪23之间通过铠装光纤24互相通讯连接。
微型光纤探头21两端为光纤接口，中间为镂空气室，周围气体可自由通过镂空气室，镂空气室两端是准直透镜。微型光纤探头21的主体材质是316SS，透镜是石英材质，能够在400℃以下的高温环境长久工作，满足核电厂安全壳内工作要求。
铠装光纤24为耐高温耐辐照不锈钢铠装光纤，可在400℃下长久使用，满足安全壳内工作环境要求。
激光发射器22使用近红外二极管激光器作为光源，激光发射器22通过改变温度及注入电流，在1575nm附近实现高频窄波段的激光扫描。在此波长处H2O的监测灵敏度可以达到1ppm/每米光程，微型探头的光程约为20mm，其监测灵敏度大约为50ppm，即体积百分含量为0.05％，监测上限为50％。
光谱分析仪23包括激光发射器、分析模块和信号输出端口；光谱分析仪23在安全壳外，通过铠装光纤24与安全壳内微型光纤探头21相连接。
光谱分析仪23用于采用参比池锁定气态水吸收峰，定性和定量分析气态水吸收峰信号，分析仪无系统漂移，终身无需标定。光谱分析仪21使用光纤输出激光器，分析仪配置成多通道的分析仪系统，可实现现场多点同时监测与实时监测，响应时间在1min以内。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (12)

1.一种用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，它包括声发射泄漏监测回路和光谱泄漏监测回路，所述声发射泄漏监测回路的信号输入端和所述光谱泄漏监测回路的信号输入端分别设置在所述主蒸汽管道的探测点，所述声发射泄漏监测回路的信号输出端和所述光谱泄漏监测回路的信号输出端通过网络交换机互相通讯连接，所述网络交换机依次连接有控制单元和显示单元。
2.如权利要求1所述的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，所述声发射泄漏监测回路包括若干个安装在保温层内主蒸汽管道焊缝周围的声发射传感器、信号放大器和数据采集单元，所述声发射传感器通过信号放大器与数据采集单元互相通讯连接。
3.如权利要求2所述的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，所述声发射传感器、信号放大器和数据采集单元之间通过铠装光纤互相通讯连接。
4.如权利要求2所述的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，所述声发射传感器包括波导杆、压电晶体、信号发射器件、耦合器、信号线和包壳；所述声发射传感器安装在保温层内主蒸汽管道的焊缝周围，通过铠装光纤及信号放大器，将采集声信号送至数据采集单元。
5.如权利要求2所述的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，所述信号放大器位于所述声发射传感器与数据采集单元之间，用于将声发射传感器监测的信号放大后传输到数据采集单元。
6.如权利要求2所述的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，所述数据采集单元由机箱、采集卡和I/O卡组成，根据测点区域，采用独立的采集卡完成信号采集，提高系统运行的安全性。
7.如权利要求1所述的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，所述光谱泄漏监测回路包括若干个在保温层内主蒸汽管道焊缝周围的微型光纤探头、激光发射器和光谱分析仪，所述微型光纤探头通过激光发射器与光谱分析仪互相通讯连接。
8.如权利要求7所述的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，所述微型光纤探头、激光发射器和光谱分析仪之间通过铠装光纤互相通讯连接。
9.如权利要求7所述的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，所述微型光纤探头两端为光纤接口，中间为镂空气室，周围气体可自由通过镂空气室，镂空气室两端是准直透镜。
10.如权利要求7所述的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，所述铠装光纤为耐高温耐辐照不锈钢铠装光纤，可在400℃下长久使用，满足安全壳内工作环境要求。
11.如权利要求7所述的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，所述激光发射器使用近红外二极管激光器作为光源，通过改变激光器温度及注入电流，在水分子特征吸收峰波长附近实现高频窄波段激光扫描。
12.如权利要求7所述的用于核电厂主蒸汽管道的声光结合泄漏监测系统，其特征在于，所述光谱分析仪包括激光发射器、分析模块和信号输出端口；所述光谱分析仪在安全壳外，通过铠装光纤与安全壳内微型光纤探头相连接。
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