CN109686464A - 一种用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置，其包括：内部包含有金属冷却剂的金属管道及设备、气体风机、气体储罐、气体检测装置，以及包裹在金属管道及设备表面的保温层；保温层上形成有凹槽，且凹槽与金属管道及设备的外表面之间形成气体流道；气体风机将来自气体储罐的检测用气体输送至气体流道的第一端；气体检测装置检测所述检测用气体的成份或放射性，以判断金属管道及设备是否发生破口。本发明不需要在金属管道及设备的外部表面布置探测器，就可以检测金属管道及设备是否出现破口而引发金属冷却剂的泄漏。

Description

一种用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置及方法

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置及方法。

背景技术

液态金属冷却剂反应堆是用液态金属或液态合金作为冷却剂的反应堆，与传统的水冷却剂反应堆相比，液态金属导热性更好，可在高温低压下运行，提高了反应堆的固有安全性。

核反应堆中选用液态金属作为冷却剂，可选用的金属冷却剂应满足熔点低、中子俘获截面小等要求。常用的金属冷却剂有钠、铅、铅铋等。

在核电站设计中，需考虑在正常和事故工况下保证反应堆的边界完整性，即一回路冷却剂不发生不可控的丧失，防止核燃料失去冷却而导致严重事故。在金属反应堆中，由于一回路设计压力远远低于传统压水堆，一回路边界出现小破口时，不会出现冷却剂的喷放，而多表现为渗漏、泄漏。

当金属冷却剂泄漏量较小时，由于反应堆辅助系统设计上往往存在一定的补偿措施，一回路的液位变化往往不明显。由于存在设备和管道的保温层，泄漏的金属冷却剂不易被发现，不利于及时发现并处理事故，且在反应堆检修阶段，泄漏的冷却剂可能对现场人员造成风险(放射性沾污、有毒气体等)。

钠冷快堆(CEFR)作为一种液态金属冷却剂反应堆，其对应的钠泄漏监测系统原理如下：

钠冷快堆中，广泛在主容器、设备、管道外部设置数百个接触式钠泄漏探测器，当有钠冷却剂泄漏并触碰到探测器探头时，探头头部被钠短路而发出报警。

钠冷快堆的泄漏监测系统中，每个探头的测量预警区域有限，所需探头数量较多，在实验堆中已使用数百个。如四代堆后续进行工业化应用，则冷却剂管道、设备的数量和表面积会大大增加，对探头的需求量也会更多。

探头属于接触式测量设备，在布置时需接近可能的泄漏点，其工作环境较为恶劣，探头损坏的概率较高。

接触式探头对于微小量的泄漏可能存在延后或漏检的可能(如泄漏的冷却剂尚未流动至探头)。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置及方法，不需要在金属管道及设备的外部表面布置探测器，就可以检测金属管道及设备是否出现破口而引发金属冷却剂的泄漏。

本发明提供的一种用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置，包括：内部包含有金属冷却剂的金属管道及设备、气体风机、气体储罐、气体检测装置，以及包裹在所述金属管道及设备表面的保温层；

所述保温层上形成有凹槽，且所述凹槽与所述金属管道及设备的外表面之间形成气体流道；

所述气体储罐存储有检测用气体，所述气体储罐的出口与所述气体风机的第一端连接，所述气体风机的第二端接入所述气体流道的第一端，所述气体检测装置接入所述气体流道的第二端；

所述气体风机，用于将来自所述气体储罐的检测用气体输送至所述气体流道的第一端；

所述气体检测装置，用于接收所述气体流道中的检测用气体，并检测所述检测用气体的成份或放射性，以判断所述金属管道及设备是否发生破口。

优选地，还包括引漏管道和引漏储罐；

所述引漏管道的一端与所述气体流道接通，所述引漏管道的另一端与所述引漏储罐连接。

优选地，还包括：废物回收装置；

所述引漏储罐底部出口通过管道与所述废物回收装置连接，且所述引漏储罐的底部出口的管道上设置有一个液压阀门；

所述液压阀门，用于当所述引漏储罐中的液压达到设定压力值时，将所述引漏储罐中的液体排放至所述废物回收装置中。

优选地，所述引漏管道上设置有流量表或者所述引漏储罐中设置有液位测量表。

优选地，所述引漏管道和所述引漏储罐上设置有保温加热装置。

优选地，所述引漏管道的数量为至少两个，所述引漏储罐的数量为至少两个；每一个引漏管道对应连接一个引漏储罐。

本发明还提供一种用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的方法，应用于上述的装置中，所述方法包括下述步骤：

通过气体风机将气体储罐中的检测用气体输送至气体流道的第一端；

气体检测装置通过所述气体流道的第二端采集检测用气体，并判断检测所述检测用气体的成份或放射性，以判断金属管道及设备是否发生破口。

优选地，还包括下述步骤：

通过引漏管道将所述气体流道中收集的冷却剂输送至引漏储罐；

当所述引漏储罐中的冷却剂的液压大于设定压力值时，将所述引漏储罐中的冷却剂排放至废物回收装置中。

实施本发明，具有如下有益效果：本发明提供的装置和方法，不需要在金属管道及设备的外部布置探测器，只需要将保温层与金属管道及设备之间形成气体流道，通过气体风机往气体流道的一侧输送检测用气体，在气体流道的另一侧通过气体检测装置检测该气体的成份或者放射性含量，就可以判断金属管道及设备的一回路是否出现破口而引发金属冷却剂泄漏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的金属管道及设备与保温层之间形成气体流道的示意图。

图2是本发明提供的用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置的原理示意图。

图3是本发明提供的金属管道及保温层横截面的示意图。

图4是本发明提供的多段气体流道对应的连接示意图。

具体实施方式

本发明提供一种用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置，如图1和图2所示，该装置包括：内部包含有金属冷却剂的金属管道1及设备2、气体风机10、气体储罐9、气体检测装置8，以及包裹在金属管道1及设备2表面的保温层3。

保温层3上形成有凹槽，且凹槽与金属管道1及设备2的外表面之间形成气体流道4。

气体储罐9存储有检测用气体，气体储罐9的出口与气体风机10的第一端连接，气体风机10的第二端接入气体流道4的第一端，气体检测装置8接入气体流道4的第二端。

气体风机10用于将来自气体储罐9的检测用气体输送至气体流道4的第一端。检测用气体的流动方向与金属管道1疏水倾斜方向一致(即从高向低流动)。

气体检测装置8用于接收气体流道4中的检测用气体，并检测该气体的成份或放射性，以判断金属管道1及设备2是否发生破口。气体检测装置8可以为气体成分检测仪或者放射性检测仪。

核反应堆正常运行情况下，会产生中子、α射线、β射线、γ射线等多种辐照。当一回路(包含有上述的金属管道1及设备2)的金属冷却剂外泄时，放射性物质将扩散到检测用气体(例如空气)中，形成放射性气溶胶。

针对不同的金属冷却剂，可采用不同的检测原理，如：金属冷却剂为铅铋金属，铅铋金属中含有210Po，可采用空气作为检测用气体，当铅铋泄漏后会形成含210Po的气溶胶进入空气中，在气体检测装置8中设置α放射性检测仪，如检出则210Po说明反应堆边界已泄漏；当金属冷却剂为钠金属时，由于纳金属特性较为活泼，可采用氮气加少量氧气作为检测用气体，气体检测装置8监控气体中的氧气含量，如氧含量降低，则说明反应堆边界已泄漏。

优选地，气体风机10的出口与气体流道4第一端之间的管道上还设置有一个止回阀11。

进一步地，用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置还包括引漏管道5和引漏储罐6。

引漏管道5的一端与气体流道4接通，引漏管道5的另一端与引漏储罐6连接。

进一步地，用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置还包括：废物回收装置(也即是三废系统，即回收废气、废水、废渣的系统)。

引漏储罐6底部出口通过管道与废物回收装置连接，且引漏储罐6的底部出口的管道上设置有一个液压阀门7。

液压阀门7用于当引漏储罐6中的液压达到设定压力值时，将引漏储罐6中的金属冷却剂液体排放至废物回收装置中。

进一步地，引漏管道5上设置有流量表或者引漏储罐6中设置有液位测量表。

进一步地，引漏管道5和引漏储罐6上设置有保温加热装置。

进一步地，引漏管道5的数量为至少两个，引漏储罐6的数量为至少两个；每一个引漏管道5对应连接一个引漏储罐6。

当一回路中的金属管道1及设备2的冷却剂泄漏量较大时，如图3所示，气体流道4可能被堵塞，此时气体检测装置8无法接收到来自气体流道4的检测用气体，不能检测气体的成份及放射性。

由于在金属管道1及设备2的下方设置了引漏储罐6，金属冷却剂会流动到储罐中，引漏储罐6中的液位达到一定高度，也即是金属冷却剂的液压达到设定压力值时，可打开引漏储罐6底部的阀门，将泄漏的金属冷却剂引导至废物回收装置中进行处理。在该过程中，气体检测装置8处失去气体流量信号以及引漏储罐6中的液位信号显示液位降低，都可视作发生冷却剂泄漏的标志。

在核反应堆停机后，不同引漏储罐6中的冷却剂泄漏量，可协助操作人员和维修人员进入反应堆厂房时快速判断泄漏发生的位置，因此可在引漏储罐6中设置液位测量仪表或在引漏管道上设置流量表，以确定不同引漏储罐6中的冷却剂泄漏量。由于金属冷却剂的熔点较高，应在引漏管线和储罐中设置保温、加热等措施保持温度防止凝固。

由于金属管道1及设备2较多，特殊保温层3中的气体流道4可能无法一体化连接，此时可考虑分段设置，不同段保温层3中的气体流道4之间可通过小管或软管连接；也即是金属管道1有多段，设备2有多个，每一段金属管道1的外层包裹有一段保温层3，每一个设备2的外层也包裹有一段保温层3，每相邻两段保温层3中的气体流道4通过小管或者软管连接，并在考虑气体风机10的压头、布置难度、泄漏可能性大小等因素后，将多段气体流道4采用串联和并联结合的方式进行设置，如图4所示。如需要监测具体是哪一段发生冷却剂泄漏，可在支路上增设一定的气体检测装置8即可，可以是在每一段气体流道4的出口处设置一个气体检测装置8来检测气体成分或者放射性。

本发明还提供一种用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的方法，应用于上述的装置中，该方法包括下述步骤：

通过气体风机10将气体储罐9中的检测用气体输送至气体流道4的第一端；

气体检测装置8通过气体流道4的第二端采集检测用气体，并判断检测检测用气体的成份或放射性，以判断金属管道1及设备2是否发生破口。

进一步地，用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的方法还包括下述步骤：

通过引漏管道5将气体流道4中收集的冷却剂输送至引漏储罐6；

当引漏储罐6中的冷却剂的液压大于设定压力值时，将引漏储罐6中的冷却剂排放至废物回收装置中。

综上所述，本发明提供的装置和方法，不需要在金属管道1及设备2的外部布置探测器，只需要将保温层3与金属管道1及设备2之间形成气体流道4，采用气体循环吹扫气体流道4，即通过气体风机10往气体流道4的一侧输送检测用气体，在气体流道4的另一侧通过气体检测装置8检测该气体的成份或者放射性物质含量，就可以判断金属管道1及设备2的一回路是否出现破口而引发金属冷却剂泄漏。

进一步地，可以通过引漏储罐6中的液位判断金属管道1及设备2发生破裂的大致区间，以方便检修人员快速查找金属管道1及设备2的破口位置进行检修。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置，其特征在于，包括：内部包含有金属冷却剂的金属管道及设备、气体风机、气体储罐、气体检测装置，以及包裹在所述金属管道及设备表面的保温层；

所述保温层上形成有凹槽，且所述凹槽与所述金属管道及设备的外表面之间形成气体流道；

所述气体储罐存储有检测用气体，所述气体储罐的出口与所述气体风机的第一端连接，所述气体风机的第二端接入所述气体流道的第一端，所述气体检测装置接入所述气体流道的第二端；

所述气体风机，用于将来自所述气体储罐的检测用气体输送至所述气体流道的第一端；

所述气体检测装置，用于接收所述气体流道中的检测用气体，并检测所述检测用气体的成份或放射性，以判断所述金属管道及设备是否发生破口。

2.根据权利要求1所述的用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置，其特征在于，还包括引漏管道和引漏储罐；

所述引漏管道的一端与所述气体流道接通，所述引漏管道的另一端与所述引漏储罐连接。

3.根据权利要求2所述的用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置，其特征在于，还包括：废物回收装置；

所述引漏储罐底部出口通过管道与所述废物回收装置连接，且所述引漏储罐的底部出口的管道上设置有一个液压阀门；

所述液压阀门，用于当所述引漏储罐中的液压达到设定压力值时，将所述引漏储罐中的液体排放至所述废物回收装置中。

4.根据权利要求2所述的用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置，其特征在于，所述引漏管道上设置有流量表或者所述引漏储罐中设置有液位测量表。

5.根据权利要求2所述的用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置，其特征在于，所述引漏管道和所述引漏储罐上设置有保温加热装置。

6.根据权利要求2所述的用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的装置，其特征在于，所述引漏管道的数量为至少两个，所述引漏储罐的数量为至少两个；每一个引漏管道对应连接一个引漏储罐。

7.一种用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的方法，应用于权利要求1~6任一项所述的装置中，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

通过气体风机将气体储罐中的检测用气体输送至气体流道的第一端；

气体检测装置通过所述气体流道的第二端采集检测用气体，并判断检测所述检测用气体的成份或放射性，以判断金属管道及设备是否发生破口。

8.根据权利要求7所述的用于监测反应堆的金属冷却剂泄漏的方法，其特征在于，还包括下述步骤：

通过引漏管道将所述气体流道中收集的冷却剂输送至引漏储罐；

当所述引漏储罐中的冷却剂的液压大于设定压力值时，将所述引漏储罐中的冷却剂排放至废物回收装置中。