CN113551160B - 一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统及方法，系统包括套管、氢浓度探头和控制单元，氢气管线设置在套管中，套管与氢气管线组成封闭空间，套管上设有竖直管，竖直管设于套管两端，氢浓度探头设置在竖直管上端，氢浓度探头与控制单元相连。方法包括：获取两个氢浓度探头出发报警的时间差；获取两个气体流速传感器检测到的气体流速；对泄漏点进行初步定位，确定泄漏段；定位泄漏点。本发明的优点是：能够精确定位泄漏点，对玻璃钢套管的密闭性要求不高，即使玻璃钢套管破裂，不影响对氢气管线泄漏的监测；无惧玻璃钢套管进水，同时减少氢气取样管线以及取样泵等一系列设备，并将分析仪表的故障分散到各个测点仪表，提高了可靠性。

Description

一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统及方法

技术领域

本发明涉及气体泄漏检测领域，尤其涉及一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统及方法。

背景技术

核电厂的部分工艺过程需要高压氢气参与，因此配套建有氢气供应站子项。该氢气供应管道在进入核电厂汽机或核岛厂房前，是直埋地下敷设。考虑到氢气是易燃易爆气体，因此有必要对埋地氢气管线泄漏进行相关监测。

核电中现有应用的监测方法主要有两种，一是埋地氢气管线外包密闭玻璃钢套管，并在密闭套管中充氮气，通过压力表监测氢气管道泄漏，一旦氢气管道泄漏，高压氢气进入玻璃钢套管致使压力增高。二是埋地氢气管线外包玻璃钢套管，选取代表性高点位置设置玻璃钢套管开孔，并通过设备取样装置抽气至监测装置，既可监测泄漏，亦可初步定位。但上述两种方法均存在应用问题：

第一种密闭套管只能监测到氢气泄漏，而无法定位，同时一旦密闭玻璃钢套管在埋地中开裂，将彻底丧失监测能力。

第二种虽可实现监测并初步定位，但由于抽气需要套管两端必须开口，实际应用中由于套管进水（或雨天套管开裂所致），抽气会附带水汽导致氢气监测装置频繁无故报警。同时该方案需要的管道和设备较多，不利于投资和设备运维。

发明内容

本发明主要解决了上述问题，提供了一种能够对氢气泄漏点进行精确定位的核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统，包括套管、氢浓度探头和控制单元，所述氢气管线设置在套管中，所述套管与氢气管线组成封闭空间，套管上设有竖直管，竖直管设于套管两端，所述氢浓度探头设置在竖直管上端，所述氢浓度探头与控制单元相连。

利用氢气密度低的特性，采用氢气浓度探头即可实现氢气泄漏监测；套管与氢气管线形成封闭空间，能够明确的监测到是哪个套管对应的氢气管线出现泄漏。

作为上述方案的一种优选方案，所述套管的端面设有通孔和密封槽，所述通孔直径与氢气管线直径相同，所述密封槽环绕通孔设置，所述密封槽内设有密封圈。

作为上述方案的一种优选方案，所述竖直管与套管连接处设有气体流速传感器，所述气体流速传感器与控制单元相连。

作为上述方案的一种优选方案，所述套管内设有泄漏点定位机构，所述泄漏点定位机构包括滑动设置在套管内的滑动盘，所述滑动盘上设有用于控制滑动盘滑动的电机、用于检测滑动盘滑动距离的位移传感器和用于定位泄漏点的若干应变片，所述滑动盘中部设有检测通孔，氢气管线位于检测通孔中央，检测通孔直径大于氢气管线，所述检测通孔内壁上设有弹性垫，所述应变片设置在弹性垫上。利用应变片实现泄露点的精确定位。

作为上述方案的一种优选方案，所述套管分为若干管段，所述滑动盘初始位于各个管段端部，所述滑动盘滑动后回到初始位置。

作为上述方案的一种优选方案，所述滑动盘上设有加强筋。

作为上述方案的一种优选方案，所述竖直管处设有百叶箱。

对应的本发明还提供一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测方法，包括以下步骤：

S1：获取两个氢浓度探头出发报警的时间差；

S2：获取两个气体流速传感器检测到的气体流速；

S3：对泄漏点进行初步定位，确定泄漏段；

S4：滑动盘对泄漏段进行检测，定位泄漏点。

作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S3中，泄漏点初步定位时，求解以下公式：

其中， 为两个氢浓度探头出发报警的时间差， 、为两个气体流速传感器检测到的气体流速，、 为氢气从泄漏点到气体流速传感器的水平方向的平均速度， 为两个竖直管之间的距离，、 为需要求取的泄漏点到两个竖直管的水平距离，得到、 的值后，确定泄漏点所处的管段。

作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S4中确定泄漏点管段后，位于该管段的滑动盘开始滑动，当滑动盘滑过泄漏点时，泄漏的高压氢气冲击到应变片上，应变片产生形变，控制单元检测到应变片电阻改变后，根据滑动盘所处位置及应变片所处位置定位泄露点。

本发明的优点是：能够精确定位泄漏点，相比于氮气充压方法，对玻璃钢套管的密闭性要求不高，即使玻璃钢套管破裂，不影响对氢气管线泄漏的监测；相比于抽气取样监测，无惧玻璃钢套管进水，同时减少氢气取样管线以及取样泵等一系列设备，并将分析仪表的故障分散到各个测点仪表，提高了可靠性。

附图说明

图1为实施例中核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统的一种结构示意图。

图2为实施例中套管的一种结构示意图。

图3为实施例中滑动盘的一种结构示意图。

图4为实施例中核电厂埋地氢气管线泄漏监测方法的一种流程示意图。

1-控制单元  2-氢浓度探头  3-竖直管  4-氢气管线  5-套管  6-密封圈  7-滑动盘  8-加强筋  9-应变片  10-检测通孔。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例：

本实施例一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统，如图1、图2所示，包括套管5、氢浓度探头2和控制单元1，氢气管线4设置在套管5中，套管5的端面设有通孔和密封槽，通孔直径与氢气管线直径相同，密封槽环绕通孔设置，密封槽内设有密封圈6，两个相邻套管共用一个密封圈6，在密封圈的作用下，套管与氢气管线组成一个封闭空间，使得在未发生氢气泄漏时套管内部的不存在空气流动。套管5上设有竖直管3，竖直管3设于套管两端，氢浓度探头2设置在竖直管3上端，氢浓度探头2与控制单元1相连，竖直管3上端伸出地面，在竖直管处设有百叶箱，实现氢浓度探头及相关电路防雨防晒。

在套管中，还设有气体流速传感器，气体流速传感器与控制单元相连，气体流速传感器设于竖直管与套管连接处，氢气泄漏时，氢气流被套管壁阻挡沿着套管壁向四周流动，气体流速传感器用于检测氢气流在被套管壁阻挡后，氢气流在竖直管设置处沿套管壁长度方向的速度。此外，套管内还设有泄漏点定位机构，泄漏点定位机构包括若干滑动设置在套管内的滑动盘7，滑动盘7上设有用于控制滑动盘滑动的电机、用于检测滑动盘滑动距离的位移传感器和用于定位泄漏点的若干应变片，套管分为若干管段，滑动盘初始位于各个管段端部，滑动盘滑动后回到初始位置，如图3所示，滑动盘7中部设有检测通孔10，氢气管线在套管中处于悬空状态，氢气管线位于检测通孔中央，检测通孔直径大于氢气管线即氢气管线与滑动盘之间互不接触，检测通孔内壁上设有弹性垫，应变片10设置在弹性垫上，在滑动盘上还设有加强筋8。

滑动盘直径可以与套管内径相同，对套管起支撑作用，滑动盘也可以小于套管内径，避免套管破裂影响滑动盘滑动。

本实施例中，套管内设有滑轨和齿条，滑轨和齿条均沿着套管长度方向设置，滑动盘滑动设置在滑轨上，电机输出轴上设有与齿条向匹配的齿轮，电机转动带动齿轮在齿条上滚动，控制滑动盘在滑轨上进行前后移动。套管采用玻璃钢套管，每个玻璃钢套管分成左中右三个管段，每个管段中设有一个滑动盘，每个滑动盘初始位于管段左端，滑动盘在滑动时先从管段左端滑动到管段右端，再从管段右端回到管段左端。每个滑动盘上设有8个应变片，应变片呈弧形，其角度为45度。

对应的，本实施例还提供一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测方法，如图4所示，包括以下步骤：

S1：获取两个氢浓度探头出发报警的时间差 ；

S2：获取两个气体流速传感器检测到的气体流速、；

S3：对泄漏点进行初步定位，确定泄漏段；泄漏点初步定位时，求解以下公式：

其中， 为两个氢浓度探头出发报警的时间差， 、为两个气体流速传感器检测到的气体流速，、 为氢气从泄漏点到气体流速传感器的水平方向的平均速度， 为两个竖直管之间的距离，、为需要求取的泄漏点到两个竖直管的水平距离，得到、 的值后，确定泄漏点所处的管段。本实施例中，设氢气在套管中在水平方向上为匀加速运动，在此基础上可以对氢气泄漏进行初步定位，大致确定泄漏点所处的管段。

S4：滑动盘对泄漏段进行检测，定位泄漏点。确定泄漏点管段后，位于该管段的滑动盘开始滑动，当滑动盘滑过泄漏点时，泄漏的高压氢气冲击到应变片上，应变片产生形变，控制单元检测到应变片电阻改变后，控制单元根据滑动盘所处位置及应变片所处位置定位泄露点。根据滑动盘的位移距离和初始位置能够确定泄漏点到套管两端的距离，若干应变片将氢气套管径向面划分为若个扇形，确定泄漏点所处的方位，应变片个数越多，方位的确定越精确。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统，其特征是：包括套管、氢浓度探头和控制单元，所述氢气管线设置在套管中，所述套管与氢气管线组成封闭空间，套管上设有竖直管，竖直管设于套管两端，所述氢浓度探头设置在竖直管上端，所述氢浓度探头与控制单元相连；

所述套管的端面设有通孔和密封槽，所述通孔直径与氢气管线直径相同，所述密封槽环绕通孔设置，所述密封槽内设有密封圈；

所述套管内设有泄漏点定位机构，所述泄漏点定位机构包括滑动设置在套管内的滑动盘，所述滑动盘上设有用于控制滑动盘滑动的电机、用于检测滑动盘滑动距离的位移传感器和用于定位泄漏点的8个应变片，所述应变片呈弧形，其角度为45度，所述滑动盘中部设有检测通孔，氢气管线位于检测通孔中央，检测通孔直径大于氢气管线，所述检测通孔内壁上设有弹性垫，所述应变片设置在弹性垫上；

所述套管分为若干管段，所述滑动盘初始位于各个管段端部，所述滑动盘滑动后回到初始位置。

2.根据权利要求1所述的一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统，其特征是：所述竖直管与套管连接处设有气体流速传感器，所述气体流速传感器与控制单元相连。

3.根据权利要求1所述的一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统，其特征是：所述滑动盘上设有加强筋。

4.根据权利要求1或2所述的一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统，其特征是：所述竖直管处设有百叶箱。

5.一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测方法，应用于如权利要求1所述的一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测系统，其特征是：包括以下步骤：

S1：获取两个氢浓度探头出发报警的时间差；

S2：获取两个气体流速传感器检测到的气体流速；

S3：对泄漏点进行初步定位，确定泄漏段；

S4：滑动盘对泄漏段进行检测，定位泄漏点。

6.根据权利要求5所述的一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测方法，其特征是：所述步骤S3中，泄漏点初步定位时，求解以下公式： 其中，为两个氢浓度探头出发报警的时间差，、为两个气体流速传感器检测到的气体流速，、为氢气从泄漏点到气体流速传感器的水平方向的平均速度，为两个竖直管之间的距离，、为需要求取的泄漏点到两个竖直管的水平距离，得到、的值后，确定泄漏点所处的管段。

7.根据权利要求5或6所述的一种核电厂埋地氢气管线泄漏监测方法，其特征是：所述步骤S4中确定泄漏点管段后，位于该管段的滑动盘开始滑动，当滑动盘滑过泄漏点时，泄漏的高压氢气冲击到应变片上，应变片产生形变，控制单元检测到应变片电阻改变后，根据滑动盘所处位置及应变片所处位置定位泄漏点。

Images