CN110057416B - 一种空气交换量的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气交换量的测量方法，包括：S1、通过恒量注入法将示踪气体注入到待测空间内；S2、对待测空间内的示踪气体的浓度进行测量，根据浓度确定待测空间内的示踪气体与待测空间内的空气是否混合均匀；S3、在确定待测空间内的示踪气体与待测空间内的空气混合均匀后，对待测空间进行气体取样并记录取样时刻，对取样气体内的示踪气体的浓度进行测量；S4、将取样气体内的示踪气体的浓度与取样时刻的对应关系进行函数拟合，得到拟合函数；S5、根据拟合函数和待测空间内的示踪气体的注入量，计算得到待测空间的空气交换量。本发明所提供的方法及系统，利用恒量注入法能够精确地测量与安全相关的单个空间的空气交换量。

Description

一种空气交换量的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及核安全领域和民用安全领域，具体涉及一种空气交换量的测量方法及系统。

背景技术

目前，一些核设施特别是核电厂的要害部门主控制室比较关注该空间的无过滤空气内漏量，它是关系到主控室工作人员安全的一个重要参数，美国ASTM E741标准推荐了“利用示踪气体稀释法测量单个区域空气交换量的标准试验方法”，美国的所有核电厂都要求进行主控室无过滤空气内漏量的测定以确保主控室的工作人员在事故工况下不会受到超出设计标准的辐射照射及化学毒物危害。

对于核电厂主控室而言，可以通过注入示踪气体来测量待测空间的气流交换特性，具体而言，可以通过示踪气体稀释法来测量待测空间的空气交换量、总进风量和总出风量，然后利用总进风量减去经过核电厂主控室应急通风系统事故处理机组过滤放射性气溶胶和碘的过滤风量后即可得到无过滤空气内漏量，这一无过滤空气内漏量是对主控室运行人员造成辐射及化学毒物危害的最主要来源，必须通过采取各种措施控制到最小量。

美国ASTM E741标准推荐了三种示踪气体试验法来进行主控室无过滤空气内漏量的测量，分别为浓度衰减法、恒量注入法和恒定浓度法，实际上应用较多的是恒量注入法，但在历史上由于仪器的测量精度限制以及试验时间的限制，美国公司在进行主控室内漏量测量的示踪试验时往往并不能达到满足质量守恒条件的恒量注入法的浓度平衡，因此他们在很多情况下是使用在示踪试验中测量得到的未达到平衡的浓度数据却利用质量守恒公式来计算求得空气交换量，这是由于主控室的可用试验时间限制而采取的一种明显不合理但又无奈的办法。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种空气交换量的测量方法及系统，能够精确地测量与安全相关的单个空间的空气交换量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种空气交换量的测量方法，包括：

S1、通过恒量注入法将示踪气体注入到待测空间内；

S2、对所述待测空间内的示踪气体的浓度进行测量，根据所述浓度确定所述待测空间内的示踪气体与所述待测空间内的空气是否混合均匀；

S3、在确定所述待测空间内的示踪气体与所述待测空间内的空气混合均匀后，对所述待测空间进行气体取样并记录取样时刻，对取样气体内的示踪气体的浓度进行测量；

S4、将所述取样气体内的示踪气体的浓度与取样时刻的对应关系进行函数拟合，得到拟合函数；

S5、根据所述拟合函数和所述待测空间内的示踪气体的注入量，计算得到所述待测空间的空气交换量。

进一步，如上所述的一种空气交换量的测量方法，步骤S5中，采用以下任一方式计算得到所述待测空间的空气交换量：

将所述待测空间内的示踪气体的注入量代入所述拟合函数，计算得到所述待测空间的空气交换量；

对所述拟合函数求极限值，得到所述待测空间内的示踪气体的极限浓度，根据所述极限浓度和所述待测空间内的示踪气体的注入量计算得到所述待测空间的空气交换量。

进一步，如上所述的一种空气交换量的测量方法，步骤S1中，通过示踪气体恒量注入装置将示踪气体注入到与待测空间相连的进风风管内。

进一步，如上所述的一种空气交换量的测量方法，所述示踪气体恒量注入装置包括：两个气体钢瓶、三通阀、稳压阀、稳流阀、两个针阀、两个质量流量计和两个多点注入装置，其中，所述两个气体钢瓶分别与所述三通阀的两个入口连接，所述三通阀的出口与所述稳压阀的入口连接，所述稳压阀的出口与所述稳流阀的入口连接，所述稳流阀的出口分别连接所述两个针阀的入口，每个针阀的出口均连接一个质量流量计的入口，每个质量流量计的出口连接一个多点注入装置，所述两个多点注入装置均与所述风管连接；

所述两个气体钢瓶内的示踪气体通过所述三通阀选择释放后，依次经过所述稳压阀稳定释放压力，经过所述稳流阀调节控制释放量，通过所述两个针阀选择对应的注入位置并经对应的质量流量计获得流量读数，通过所述两个多点注入装置释放至所述风管内。

进一步，如上所述的一种空气交换量的测量方法，所述多点注入装置包括：一根总管和与该总管相连的一系列支管，每个支管上开设有第一预设数量的注入孔，用于在所述风管横截面上使注入的示踪气体形成均匀分布。

进一步，如上所述的一种空气交换量的测量方法，步骤S3中，通过多点取样装置对所述待测空间进行气体取样。

进一步，如上所述的一种空气交换量的测量方法，所述多点取样装置包括：一根总管和与该总管相连的一系列支管，每个支管上开设有第二预设数量的取样孔，用于在所述风管横截面上多点均匀采集样品。

进一步，如上所述的一种空气交换量的测量方法，步骤S5之后，还包括：

S6、通过所述多点注入装置和所述多点取样装置对所述待测空间内的新风风量进行测量，得到过滤新风量；

S7、将计算得到的所述待测空间的空气交换量减去所述过滤新风量，得到所述待测空间的无过滤空气量。

一种空气交换量的测量系统，包括：

注入模块，用于通过恒量注入法将示踪气体注入到待测空间内；

测量模块，用于对所述待测空间内的示踪气体的浓度进行测量，根据所述浓度确定所述待测空间内的示踪气体与所述待测空间内的空气是否混合均匀；

取样模块，用于在确定所述待测空间内的示踪气体与所述待测空间内的空气混合均匀后，对所述待测空间进行气体取样并记录取样时刻，对取样气体内的示踪气体的浓度进行测量；

拟合模块，用于将所述取样气体内的示踪气体的浓度与取样时刻的对应关系进行函数拟合，得到拟合函数；

计算模块，用于根据所述拟合函数和所述待测空间内的示踪气体的注入量，计算得到所述待测空间的空气交换量。

进一步，如上所述的一种空气交换量的测量系统，所述计算模块具体采用以下任一方式计算得到所述待测空间的空气交换量：

将所述待测空间内的示踪气体的注入量代入所述拟合函数，计算得到所述待测空间的空气交换量；

对所述拟合函数求极限值，得到所述待测空间内的示踪气体的极限浓度，根据所述极限浓度和所述待测空间内的示踪气体的注入量计算得到所述待测空间的空气交换量。

本发明的有益效果在于：本发明所提供的方法及系统，相比于ASTM E741推荐的方法，利用恒量注入法能够精确地测量与安全相关的单个空间的空气交换量，特别是在测量核电厂主控室的无过滤空气内漏量时具有较大意义，除了可以得到准确的测量结果外，还可以极大地缩短系统的不可用时间并减少对主控室的干扰。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种空气交换量的测量方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中提供的示踪气体恒量注入装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种空气交换量的测量系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

现有技术中，美国ASTM E741标准中的不合理之处在于因未找到合适的方法以得到满足质量守恒定律的最终平衡浓度而不得已规定了一个平衡浓度判定标准，即下述公式：

其中，C_final为试验时间末的示踪气体浓度；C_initial为试验时间初的示踪气体浓度；T_test为试验时间段；Q_tracer为试验时间内的示踪气体注入量；V_zone为被测试空间的空气容积。

在满足公式(1)的标准后，可利用如下的公式(2)计算得到平均空气交换率Q。

其中，C2和C1分别为对应于试验时间t2和t1的示踪气体浓度。

但由公式(1)所导致的误差在测量第三代核电厂主控室是否满足非常严格的验收标准时是不合理的，实际上其不合理之处在于使用不满足质量守恒定律的非平衡状态时的示踪气体浓度却套用质量守恒公式以计算得到被测试空间的空气交换率。

本发明的目的即为改正ASTM E741标准的这一不合理项而发明了一种全新的函数拟合数据处理方法，根据拟合函数求解极限值得到满足质量守恒定律要求的最终平衡浓度，再结合示踪气体注入量数据计算求得符合被测空间空气交换特性的正确的空气交换量结果；或是根据拟合函数的系数结合示踪气体注入量数据计算求得符合被测空间空气交换特性的正确的空气交换量结果。

实施例一

下面对本发明提供的一种空气交换量的测量方法进行详细描述。

如图1所示，一种空气交换量的测量方法，包括：

S1、通过恒量注入法将示踪气体注入到待测空间内；

S2、对待测空间内的示踪气体的浓度进行测量，根据浓度确定待测空间内的示踪气体与待测空间内的空气是否混合均匀；

S3、在确定待测空间内的示踪气体与待测空间内的空气混合均匀后，对待测空间进行气体取样并记录取样时刻，对取样气体内的示踪气体的浓度进行测量；

S4、将取样气体内的示踪气体的浓度与取样时刻的对应关系进行函数拟合，得到拟合函数；

S5、根据拟合函数和待测空间内的示踪气体的注入量，计算得到待测空间的空气交换量。

步骤S5中，采用以下任一方式计算得到待测空间的空气交换量：

将待测空间内的示踪气体的注入量代入拟合函数，计算得到待测空间的空气交换量；

对拟合函数求极限值，得到待测空间内的示踪气体的极限浓度，根据极限浓度和待测空间内的示踪气体的注入量计算得到待测空间的空气交换量。

本发明的方法相比于ASTM E741推荐的方法能够精确地测量与安全相关的单个空间的空气交换量，特别是在测量核电厂主控室的无过滤空气内漏量时具有较大意义，除了可以得到准确的测量结果外，还可以极大地缩短系统的不可用时间并减少对主控室的干扰。

实施例二

实施例一的步骤S1中，可以通过示踪气体恒量注入装置将示踪气体注入到与待测空间相连的进风风管内。示踪气体恒量注入装置的结构具体如下。

如图2所示，示踪气体恒量注入装置包括：两个气体钢瓶(气瓶1、气瓶2)、三通阀、稳压阀、稳流阀、两个针阀(针阀1、针阀2)、两个质量流量计(质量流量计1、质量流量计2)和两个多点注入装置(多点注入1、多点注入2)，其中，两个气体钢瓶分别与三通阀的两个入口连接，三通阀的出口与稳压阀的入口连接，稳压阀的出口与稳流阀的入口连接，稳流阀的出口分别连接两个针阀的入口，每个针阀的出口均连接一个质量流量计的入口，每个质量流量计的出口连接一个多点注入装置，两个多点注入装置均与风管连接；

两个气体钢瓶内的示踪气体通过三通阀选择释放后，依次经过稳压阀稳定释放压力，经过稳流阀调节控制释放量，通过两个针阀选择对应的注入位置并经对应的质量流量计获得流量读数，通过两个多点注入装置释放至风管内。

需要说明的是，在使用恒量注入法时，需要连续释放示踪气体至控制区域内，且示踪气体释放流量可读可控。示踪气体恒量注入装置必须能保证气体连续稳定地释放(流量偏差不得大于2％)，而且释放量可精细调节。不仅如此，整个系统也必须有高度的气密性。

多点注入装置包括：一根总管和与该总管相连的一系列支管，每个支管上开设有第一预设数量的注入孔，用于在风管横截面上使注入的示踪气体形成均匀分布。

步骤S3中，通过多点取样装置对待测空间进行气体取样。

多点取样装置包括：一根总管和与该总管相连的一系列支管，每个支管上开设有第二预设数量的取样孔，用于在风管横截面上多点均匀采集样品。

实施例三

在实施例一的步骤S5之后，还包括：

S6、通过多点注入装置和多点取样装置对待测空间内的新风风量进行测量，得到过滤新风量；

S7、将计算得到的待测空间的空气交换量减去过滤新风量，得到待测空间的无过滤空气量。

将计算得到的待测空间的空气交换量减去过滤新风量，得到核电厂主控室这一待测空间的无过滤空气量，此值即为进入核电厂主控室的无过滤空气量，其中含有未经高效过滤器和碘吸附器过滤吸附处理的事故工况下的放射性，是关系到主控室人员辐射安全的关键参数。

本发明也可应用于受到安全关注的非核设施的民用空间内空气交换量的测量。

实施例四

下面对本发明提供的一种空气交换量的测量系统进行详细描述。

如图3所示，一种空气交换量的测量系统，包括：

注入模块1，用于通过恒量注入法将示踪气体注入到待测空间内；

测量模块2，用于对待测空间内的示踪气体的浓度进行测量，根据浓度确定待测空间内的示踪气体与待测空间内的空气是否混合均匀；

取样模块3，用于在确定待测空间内的示踪气体与待测空间内的空气混合均匀后，对待测空间进行气体取样并记录取样时刻，对取样气体内的示踪气体的浓度进行测量；

拟合模块4，用于将取样气体内的示踪气体的浓度与取样时刻的对应关系进行函数拟合，得到拟合函数；

计算模块5，用于根据拟合函数和待测空间内的示踪气体的注入量，计算得到待测空间的空气交换量。

计算模块5具体采用以下任一方式计算得到待测空间的空气交换量：

将待测空间内的示踪气体的注入量代入拟合函数，计算得到待测空间的空气交换量；

对拟合函数求极限值，得到待测空间内的示踪气体的极限浓度，根据极限浓度和待测空间内的示踪气体的注入量计算得到待测空间的空气交换量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种空气交换量的测量方法，其特征在于，包括：

S1、通过恒量注入法将示踪气体注入到待测空间内；

S2、对所述待测空间内的示踪气体的浓度进行测量，根据所述浓度确定所述待测空间内的示踪气体与所述待测空间内的空气是否混合均匀；

S3、在确定所述待测空间内的示踪气体与所述待测空间内的空气混合均匀后，对所述待测空间进行气体取样并记录取样时刻，对取样气体内的示踪气体的浓度进行测量；

S4、将所述取样气体内的示踪气体的浓度与取样时刻的对应关系进行函数拟合，得到拟合函数；

S5、根据所述拟合函数和所述待测空间内的示踪气体的注入量，计算得到所述待测空间的空气交换量；

步骤S5中，采用以下任一方式计算得到所述待测空间的空气交换量：

将所述待测空间内的示踪气体的注入量代入所述拟合函数，计算得到所述待测空间的空气交换量；

对所述拟合函数求极限值，得到所述待测空间内的示踪气体的极限浓度，根据所述极限浓度和所述待测空间内的示踪气体的注入量计算得到所述待测空间的空气交换量。

2.根据权利要求1所述的一种空气交换量的测量方法，其特征在于，步骤S1中，通过示踪气体恒量注入装置将示踪气体注入到与待测空间相连的进风风管内。

3.根据权利要求2所述的一种空气交换量的测量方法，其特征在于，所述示踪气体恒量注入装置包括：两个气体钢瓶、三通阀、稳压阀、稳流阀、两个针阀、两个质量流量计和两个多点注入装置，其中，所述两个气体钢瓶分别与所述三通阀的两个入口连接，所述三通阀的出口与所述稳压阀的入口连接，所述稳压阀的出口与所述稳流阀的入口连接，所述稳流阀的出口分别连接所述两个针阀的入口，每个针阀的出口均连接一个质量流量计的入口，每个质量流量计的出口连接一个多点注入装置，所述两个多点注入装置均与所述风管连接；

所述两个气体钢瓶内的示踪气体通过所述三通阀选择释放后，依次经过所述稳压阀稳定释放压力，经过所述稳流阀调节控制释放量，通过所述两个针阀选择对应的注入位置并经对应的质量流量计获得流量读数，通过所述两个多点注入装置释放至所述风管内。

4.根据权利要求3所述的一种空气交换量的测量方法，其特征在于，所述多点注入装置包括：一根总管和与该总管相连的一系列支管，每个支管上开设有第一预设数量的注入孔，用于在所述风管横截面上使注入的示踪气体形成均匀分布。

5.根据权利要求4所述的一种空气交换量的测量方法，其特征在于，步骤S3中，通过多点取样装置对所述待测空间进行气体取样。

6.根据权利要求5所述的一种空气交换量的测量方法，其特征在于，所述多点取样装置包括：一根总管和与该总管相连的一系列支管，每个支管上开设有第二预设数量的取样孔，用于在所述风管横截面上多点均匀采集样品。

7.根据权利要求6所述的一种空气交换量的测量方法，其特征在于，步骤S5之后，还包括：

S6、通过所述多点注入装置和所述多点取样装置对所述待测空间内的新风风量进行测量，得到过滤新风量；

S7、将计算得到的所述待测空间的空气交换量减去所述过滤新风量，得到所述待测空间的无过滤空气量。

8.一种空气交换量的测量系统，其特征在于，包括：

注入模块，用于通过恒量注入法将示踪气体注入到待测空间内；

测量模块，用于对所述待测空间内的示踪气体的浓度进行测量，根据所述浓度确定所述待测空间内的示踪气体与所述待测空间内的空气是否混合均匀；

取样模块，用于在确定所述待测空间内的示踪气体与所述待测空间内的空气混合均匀后，对所述待测空间进行气体取样并记录取样时刻，对取样气体内的示踪气体的浓度进行测量；

拟合模块，用于将所述取样气体内的示踪气体的浓度与取样时刻的对应关系进行函数拟合，得到拟合函数；

计算模块，用于根据所述拟合函数和所述待测空间内的示踪气体的注入量，计算得到所述待测空间的空气交换量；

所述计算模块具体采用以下任一方式计算得到所述待测空间的空气交换量：

将所述待测空间内的示踪气体的注入量代入所述拟合函数，计算得到所述待测空间的空气交换量；

对所述拟合函数求极限值，得到所述待测空间内的示踪气体的极限浓度，根据所述极限浓度和所述待测空间内的示踪气体的注入量计算得到所述待测空间的空气交换量。

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