CN112973805B - 预防非能动氢复合器催化板失效的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预防非能动氢复合器催化板失效的方法，包括对非能动氢复合器的催化板进行检测，所述检测包括以下步骤：A1、按照催化板的排布方向，将非能动氢复合器内部等分为相间隔的三个区域；A2、分别在每一区域内抽取至少三片相邻的催化板，将至少三片催化板作为一组对其进行消氢效率检测。本发明的预防非能动氢复合器催化板失效的方法，通过对非能动氢复合器内部催化板分区，随机抽取各区内催化板进行功能检测，判断整个氢复合器内催化板的性能状态，对不满足预再生标准的氢复合器进行再生，确保催化板在机组运行期间处于高催化性能状态，解决其因挥发性有机物、粉尘、气溶胶等毒物附着而性能下降甚至完全丧失催化能力的问题。

Description

预防非能动氢复合器催化板失效的方法

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种预防非能动氢复合器催化板失效的方法。

背景技术

在核电厂严重事故工况下，锆-水反应产生氢气或堆芯熔融物与混凝土作用而产生氢、一氧化碳等可燃气体，非能动氢复合器有足够的消氢能力将安全壳大气中的氢浓度减少到安全限值以下，从而避免发生由于氢气爆炸而导致的第三道屏障—安全壳的失效。非能动氢复合器没有能动部件，自动催化消氢，不需要电源以及其它支持系统，其工作原理为：氢复合器的金属外壳可引导气流向上通过氢复合器，在壳体的下部装有一个插入很多平行的竖直催化剂板的框架，在这些催化剂板上涂满活性催化剂。含氢气体混和物在催化剂作用下发生氢-氧化学反应，并释放出热量使复合器下部的气体密度降低，局部形成烟囱效应，可以有效的促进安全壳大气的自然对流和搅浑，以此来保证高效的消氢功能。在机组正常运行时，非能动氢复合器处于备用状态；当安全壳内的氢浓度达到设备的启动阈值时，非能动氢复合器自动工作，使安全壳内气体混合物中的氢气和氧气在催化剂的催化复合作用下成为水蒸汽，可以有效地将安全壳内的氢浓度控制在安全范围之内。

在核电站正常运行期间，由于安全壳内具有较高的温度，构筑物、设备部件上的油漆、涂料、润滑油等化学物质向外释放挥发性有机物，如甲醛、乙醛等VOC物质(易挥发性有机物质)，同时由于安全壳内通风系统运转，空气中还弥漫着粉尘、气溶胶以及硼酸等。催化板内置于非能动氢复合器的抽屉内，暴露在安全壳内大气中，不可避免地会附着上VOC有机物、粉尘、气溶胶等物质，吸附在表面的这些物质会阻塞催化板的活性微孔道，导致氢气无法接触催化板上的活性中心，催化板的催化性能就会下降，严重时催化板失效，丧失催化能力。

因此需要一种合理可行的方法，来保证催化板在机组在役运行期间的催化性能是满足要求的，避免催化板失效，尽可能维持在高效率状态。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种预防非能动氢复合器催化板失效的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种预防非能动氢复合器催化板失效的方法，包括对非能动氢复合器的催化板进行检测，所述检测包括以下步骤：

A1、按照催化板的排布方向，将非能动氢复合器内部等分为相间隔的三个区域；

A2、分别在每一区域内抽取至少三片相邻的催化板，将至少三片催化板作为一组对其进行消氢效率检测；

在三个所述区域所抽取的催化板的消氢效率均未达到要求值时，对非能动氢复合器的所有催化板进行再生或者预再生；

在其中一个所述区域所抽取的催化板的消氢效率未达到要求值时，在该区域内继续抽取另外至少三片相邻的催化板再进行消氢效率检测，若消氢效率达到要求值，则通过检测，反之不通过检测，对非能动氢复合器的所有催化板进行再生或者预再生；

在两个所述区域所抽取的催化板的消氢效率均未达到要求值时，再在两个所述区域内分别继续抽取另外至少三片相邻的催化板进行消氢效率检测，若消氢效率均达到要求值，则通过检测，若至少一所述区域的消氢效率未达到要求值时，对非能动氢复合器的所有催化板进行再生或者预再生；

在所述消氢效率＜25％时，对非能动氢复合器的所有催化板进行再生；在所述消氢效率≥25％且＜50％时，对非能动氢复合器的所有催化板进行预再生。

优选地，步骤A2中，消氢效率检测操作如下：在预定温度下，将含有预定氢气体积分数的混合气体通过催化板的表面，在预定时间后检测通过催化板表面后的混合气体中氢气的体积分数。

优选地，在消氢效率检测中，将催化板置于检测室内，将所述混合气体从下至上通入所述检测室内，所述混合气体通过催化板的表面进行催化反应；催化反应后，检测从所述检测室出口排出的混合气体中氢气的体积分数，与进入所述检测室之前的体积分数进行比较，获得催化板的消氢效率。

优选地，所述预防非能动氢复合器催化板失效的方法还包括对非能动氢复合器的催化板进行再生，所述再生包括以下步骤：

B1、将催化板加热至150℃-250℃，氮气吹扫；

B2、将第一含氢混合气体通过催化板的表面进行催化反应，清除催化板表面易挥发性毒物，氮气吹扫；

B3、将第二含氢混合气体通过催化板的表面进行催化反应，清除催化板的活性孔道内的挥发性毒物，氮气吹扫；

所述第二含氢混合气体中氢气的体积分数大于所述第一含氢混合气体中氢气的体积分数；

B4、通过压缩空气吹扫催化板使其冷却至室温。

优选地，所述第一含氢混合气体中氢气的体积分数为2-3％；所述第二含氢混合气体中氢气的体积分数≥5％。

所述预防非能动氢复合器催化板失效的方法还包括对再生后的催化板进行检测，所述检测包括：随机抽取至少三片相邻的催化板，对其进行消氢效率检测。

优选地，对再生后的催化板的检测中，在消氢效率≥50％时，完成再生；在消氢效率≥25％且＜50％时，对所有催化板继续进行再生，继续再生的次数不超过3次。

优选地，所述预防非能动氢复合器催化板失效的方法还包括对非能动氢复合器的催化板进行预再生，所述预再生包括以下步骤：

C1、将催化板加热至150℃-250℃，氮气吹扫；

C2、将第三含氢混合气体通过催化板的表面进行催化反应，清除催化板表面易挥发性毒物，氮气吹扫；

C3、将第四含氢混合气体通过催化板的表面进行催化反应，清除催化板的活性孔道内的挥发性毒物，氮气吹扫；

所述第三含氢混合气体中氢气的体积分数为2-3％；所述第四含氢混合气体中氢气的体积分数≥5％；

C4、通过压缩空气吹扫催化板使其冷却至室温。

优选地，所述预防非能动氢复合器催化板失效的方法还包括对预再生后的催化板进行检测，所述检测包括：随机抽取至少三片相邻的催化板，对其进行消氢效率检测。

优选地，对预再生后的催化板的检测中，在消氢效率≥50％时，完成预再生；在消氢效率≥25％且＜50％时，对所有催化板继续进行预再生，进行继续预再生的次数不超过3次。

本发明的有益效果：基于氢复合器内催化板的“多米诺骨牌效应”，即某些催化板启动后，该催化板产生的反应热可以加速相邻催化板启动速度，从而使得整个氢复合器能够快速投入工作，通过对非能动氢复合器内部催化板分区，随机抽取各区内催化板进行功能检测，判断整个氢复合器内催化板的性能状态，对不满足预再生标准的氢复合器进行再生，确保催化板在机组运行期间处于高催化性能状态，解决其因挥发性有机物、粉尘、气溶胶等毒物附着而性能下降甚至完全丧失催化能力的问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的预防非能动氢复合器催化板失效的方法的流程示意图；

图2是本发明中再生或预再生的流程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，本发明的预防非能动氢复合器催化板失效的方法，包括对非能动氢复合器的催化板进行检测(消氢效率检测)，该检测可包括以下步骤：

A1、按照非能动氢复合器内催化板的排布方向，将非能动氢复合器内部等分为相间隔的三个区域，该三个区域内的催化板的数量相等或者尽可能相等。

A2、分别在每一区域内抽取至少三片相邻的催化板(如三片催化板)，将至少三片催化板作为一组对其进行消氢效率检测，因此三个区域抽取的催化板共形成3组进行消氢效率检测。

消氢效率检测操作如下：在预定温度下，将含有预定氢气体积分数的混合气体通过催化板的表面，在预定时间后检测通过催化板表面后的混合气体中氢气的体积分数。例如，在预定时间后检测通过催化板表面后的混合气体中氢气的体积分数将至通过前的3/4，即消氢效率为25％。

一般情况下，在一定温度范围内温度越高，催化板活性越高，因此在确定检测预定温度时应采取较低的温度(如30℃)，在这种温度下通过检测的催化板更容易在较高温度下发挥催化作用。同样，氢气体积分数越大，参加反应的氢分子越多，释放的热量越高，催化活性也更趋强烈，因此也应选择较低的氢气浓度的混合气体，如氢气体积分数2％的混合气体。对于检测的预定时间的确定，应小于在严重事故工况综合环境条件下非能动氢气复合器的启动时间。

具体地，消氢效率检测时，将催化板置于30℃的检测室内，将含2％(气体积分数)氢气的混合气体从下至上通入检测室内，混合气体通过催化板的表面进行催化反应，进入检测室内的混合气体的气体流量为500L/h；催化反应后，检测从检测室出口排出的混合气体中氢气的体积分数，与进入检测室之前的体积分数进行比较，获得催化板的消氢效率。

经过消氢效率检测后，带来如下几种结果：

在三个区域所抽取的催化板的消氢效率均达到要求值时，则说明该非能动氢复合器通过检测，可以继续使用。其中，三个区域所抽取的催化板的消氢效率均≥50％，则说明非能动氢复合器的催化板催化性能良好，将抽取的催化板回装后继续使用。

在三个区域所抽取的催化板的消氢效率均未达到要求值时，说明该非能动氢复合器未通过检测，需要对非能动氢复合器的所有催化板进行再生或者预再生。其中，三个区域所抽取的催化板的消氢效率均＜25％时，对非能动氢复合器的所有催化板进行再生；三个区域所抽取的催化板的消氢效率均≥25％且＜50％时，对非能动氢复合器的所有催化板进行预再生。

在三个区域中，若其中一个区域所抽取的催化板的消氢效率未达到要求值时(另外两个区域通过检测)，在该区域内继续抽取另外至少三片相邻的催化板再进行消氢效率检测。若消氢效率达到要求值，则通过检测；反之不通过检测，需要对非能动氢复合器的所有催化板进行再生。在消氢效率均＜25％时，对非能动氢复合器的所有催化板进行再生；在消氢效率均≥25％且＜50％时，对非能动氢复合器的所有催化板进行预再生。

在三个区域中，若两个区域所抽取的催化板的消氢效率均未达到要求值时(另一个区域通过检测)，继续在两个区域内分别抽取另外至少三片相邻的催化板进行消氢效率检测。若消氢效率均达到要求值，则通过检测；若至少一区域的消氢效率未达到要求值时，对非能动氢复合器的所有催化板进行再生。至少一区域的消氢效率＜25％时，对非能动氢复合器的所有催化板进行再生；至少一区域的消氢效率≥25％且＜50％时，对非能动氢复合器的所有催化板进行预再生。

上述对催化板的消氢效率检测中，消氢效率25％为失效标准，当消氢效率小于25％时，则需要对非能动氢复合器的所有催化板进行再生。

根据上述的消氢效率检测结果，本发明的预防非能动氢复合器催化板失效的方法还包括对非能动氢复合器的催化板进行再生，参考图2，该再生包括以下步骤：

B1、将催化板加热至150℃-250℃，氮气吹扫。

B2、将第一含氢混合气体通过催化板的表面进行催化反应，产生反应热，使催化板表面温度上升，清除催化板表面易挥发性毒物，氮气吹扫。

反应时间可为15min。

B3、将第二含氢混合气体通过催化板的表面进行催化反应，产生反应热，使催化板表面温度上升，清除催化板的活性孔道内的挥发性毒物，氮气吹扫。

反应时间可为15min。

第二含氢混合气体中氢气的体积分数大于第一含氢混合气体中氢气的体积分数。例如，第一含氢混合气体中氢气的体积分数为2-3％；第二含氢混合气体中氢气的体积分数≥5％。

B4、通过压缩空气吹扫催化板使其冷却至室温。

根据再生，本发明的预防非能动氢复合器催化板失效的方法还包括对再生后的催化板进行检测(消氢效率检测)，检测包括：随机抽取至少三片相邻的催化板，对其进行消氢效率检测。消氢效率检测的操作参考上述。

如图1所示，对再生后的催化板的检测中：

在消氢效率＜25％时，不再使用该些再生后的催化板，将非能动氢复合器的催化板全部替换为新的催化板。

在消氢效率≥50％时，完成再生，催化板恢复高催化性能，将该些再生后的催化板回装至非能动氢复合器内。

在消氢效率≥25％且＜50％时，对所有催化板继续进行再生1-3次，直至消氢效率≥50％达到回装标准；若再生3次后消氢效率仍＜50％，则不再使用该些再生后的催化板，将非能动氢复合器的催化板全部替换为新的催化板。

另外，由于在机组运行期间催化板上毒物的累积是一个缓慢持续的过程，催化板的消氢性能可近似为随时间线性下降。通过功能检测(消氢效率检测) 的氢复合器只能表明截止检测前的氢复合器消氢性能是满足要求的，然而还不能保证经过下一个换料循环氢复合器仍能通过检测，即接近合格标准的氢复合器会在下个换料周期内出现性能下降到不可接受的程度。对于该情况可采取预再生流程，设定一个高于消氢效率检测失效标准的要求值，如通过催化板表面的氢气浓度下降到通过前的1/2，即消氢效率达到50％(预再生标准)。当消氢效率小于该要求值时，则选择对该氢复合器提前进行预再生。通过预再生可确保消氢性能接近合格标准的氢复合器在下个换料周期内具有足够的裕度处于合格标准范围内。

因此，本发明的预防非能动氢复合器催化板失效的方法还可包括对非能动氢复合器的催化板进行预再生。该预再生流程相同于上述的再生流程。

具体地，参考图2，预再生包括以下步骤：

C1、将非能动氢复合器的催化板加热至150℃-250℃，氮气吹扫。

C2、将第三含氢混合气体通过催化板的表面进行催化反应，产生反应热，使催化板表面温度上升，清除催化板表面易挥发性毒物，氮气吹扫。

C3、将第四含氢混合气体通过催化板的表面进行催化反应，产生反应热，使催化板表面温度上升，清除催化板的活性孔道内的挥发性毒物，氮气吹扫。

第四含氢混合气体中氢气的体积分数大于第三含氢混合气体中氢气的体积分数。如，第三含氢混合气体中氢气的体积分数为2-5％；第四含氢混合气体中氢气的体积分数≥5％。

C4、通过压缩空气吹扫催化板使其冷却至室温。

根据预再生，本发明的预防非能动氢复合器催化板失效的方法还包括对预再生后的催化板进行检测(消氢效率检测)，检测包括：随机抽取至少三片相邻的催化板，对其进行消氢效率检测。消氢效率检测的操作参考上述。

对预再生后的催化板的检测中：

在消氢效率＜25％时，不再使用该些预再生后的催化板，将非能动氢复合器的催化板全部替换为新的催化板。

在消氢效率≥50％时，完成预再生，催化板恢复高催化性能，将该些预再生后的催化板回装至非能动氢复合器内。

在消氢效率≥25％且＜50％时，对所有催化板继续进行预再生1-3次，直至消氢效率≥50％，将该些预再生后的催化板回装至非能动氢复合器内；若再生3次后消氢效率仍＜50％，则不再使用该些再生后的催化板，将非能动氢复合器的催化板全部替换为新的催化板。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种预防非能动氢复合器催化板失效的方法，其特征在于，包括对非能动氢复合器的催化板进行检测，所述检测包括以下步骤：

A1、按照催化板的排布方向，将非能动氢复合器内部等分为相间隔的三个区域；

A2、分别在每一区域内抽取至少三片相邻的催化板，将至少三片催化板作为一组对其进行消氢效率检测；

在三个所述区域所抽取的催化板的消氢效率均未达到要求值时，对非能动氢复合器的所有催化板进行再生或者预再生；

在其中一个所述区域所抽取的催化板的消氢效率未达到要求值时，在该区域内继续抽取另外至少三片相邻的催化板再进行消氢效率检测，若消氢效率达到要求值，则通过检测，反之不通过检测，对非能动氢复合器的所有催化板进行再生或者预再生；

在两个所述区域所抽取的催化板的消氢效率均未达到要求值时，再在两个所述区域内分别继续抽取另外至少三片相邻的催化板进行消氢效率检测，若消氢效率均达到要求值，则通过检测，若至少一所述区域的消氢效率未达到要求值时，对非能动氢复合器的所有催化板进行再生或者预再生；

在所述消氢效率＜25%时，对非能动氢复合器的所有催化板进行再生；在所述消氢效率≥25%且＜50%时，对非能动氢复合器的所有催化板进行预再生。

2.根据权利要求1所述的预防非能动氢复合器催化板失效的方法，其特征在于，步骤A2中，消氢效率检测操作如下：在预定温度下，将含有预定氢气体积分数的混合气体通过催化板的表面，在预定时间后检测通过催化板表面后的混合气体中氢气的体积分数。

3.根据权利要求2所述的预防非能动氢复合器催化板失效的方法，其特征在于，在消氢效率检测中，将催化板置于检测室内，将所述混合气体从下至上通入所述检测室内，所述混合气体通过催化板的表面进行催化反应；催化反应后，检测从所述检测室出口排出的混合气体中氢气的体积分数，与进入所述检测室之前的体积分数进行比较，获得催化板的消氢效率。

4.根据权利要求1-3任一项所述的预防非能动氢复合器催化板失效的方法，其特征在于，所述预防非能动氢复合器催化板失效的方法还包括对非能动氢复合器的催化板进行再生，所述再生包括以下步骤：

B1、将催化板加热至150℃-250℃，氮气吹扫；

B2、将第一含氢混合气体通过催化板的表面进行催化反应，清除催化板表面易挥发性毒物，氮气吹扫；

B3、将第二含氢混合气体通过催化板的表面进行催化反应，清除催化板的活性孔道内的挥发性毒物，氮气吹扫；

所述第二含氢混合气体中氢气的体积分数大于所述第一含氢混合气体中氢气的体积分数；

B4、通过压缩空气吹扫催化板使其冷却至室温。

5.根据权利要求4所述的预防非能动氢复合器催化板失效的方法，其特征在于，所述第一含氢混合气体中氢气的体积分数为2-3%；所述第二含氢混合气体中氢气的体积分数≥5%。

6.根据权利要求4所述的预防非能动氢复合器催化板失效的方法，其特征在于，所述预防非能动氢复合器催化板失效的方法还包括对再生后的催化板进行检测，所述检测包括：随机抽取至少三片相邻的催化板，对其进行消氢效率检测。

7.根据权利要求6所述的预防非能动氢复合器催化板失效的方法，其特征在于，对再生后的催化板的检测中，在消氢效率≥50%时，完成再生；在消氢效率≥25%且＜50%时，对所有催化板继续进行再生，继续再生的次数不超过3次。

8.根据权利要求1-3任一项所述的预防非能动氢复合器催化板失效的方法，其特征在于，所述预防非能动氢复合器催化板失效的方法还包括对非能动氢复合器的催化板进行预再生，所述预再生包括以下步骤：

C1、将催化板加热至150℃-250℃，氮气吹扫；

C2、将第三含氢混合气体通过催化板的表面进行催化反应，清除催化板表面易挥发性毒物，氮气吹扫；

C3、将第四含氢混合气体通过催化板的表面进行催化反应，清除催化板的活性孔道内的挥发性毒物，氮气吹扫；

所述第三含氢混合气体中氢气的体积分数为2-3%；所述第四含氢混合气体中氢气的体积分数≥5%；

C4、通过压缩空气吹扫催化板使其冷却至室温。

9.根据权利要求8所述的预防非能动氢复合器催化板失效的方法，其特征在于，所述预防非能动氢复合器催化板失效的方法还包括对预再生后的催化板进行检测，所述检测包括：随机抽取至少三片相邻的催化板，对其进行消氢效率检测。

10.根据权利要求9所述的预防非能动氢复合器催化板失效的方法，其特征在于，对预再生后的催化板的检测中，在消氢效率≥50%时，完成预再生；在消氢效率≥25%且＜50%时，对所有催化板继续进行预再生，进行继续预再生的次数不超过3次。

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