CN113984958A - 一种安全壳内气体可燃性分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种安全壳内气体可燃性分析系统，包括取样探头、取样阀、水蒸气传感器、水蒸气冷凝装置、压力传感器、冷凝水收集阀、冷凝水罐、测量前阀、第一循环真空泵、抽真空阀、真空泵、第一螺旋管入口阀、第一螺旋管、第一螺旋管压力传感器、第一螺旋管出口阀、第二循环真空泵和氧气分析仪；通过水蒸气冷凝装置收集水蒸气，并且通过水蒸气传感器测定水蒸气的量；通过第一螺旋管的内壁面涂有的钯基合金吸附氢气，并且能够通过氢气被吸附后的压力差值确定氢气的浓度，降低了氢气的浓度，减少了燃爆的风险，并且使用了氧气分析仪分析氧气的浓度，可以更准确判断气体是否具有可燃性，提高了该系统的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及核安全分析技术领域，具体涉及一种安全壳内气体可燃性分析系统。
背景技术
在核电站发生严重事故后，事故早期的锆与水反应和后期的水受辐照分解会导致安全壳内大量不可凝气体生成，特别是氢气，氢气在安全壳内会快速聚集，存在氢气与其他气体混合发生燃烧或燃爆的风险，对安全壳的完整性造成巨大威胁。核电站严重事故后安全壳内的氢气风险控制引起了国内外的广泛关注，对核电站严重事故后安全壳内氢气风险控制和气体可燃性分析是非常必要的，需要对水蒸气浓度、氧气浓度和氢气浓度进行同时测量。
目前，国内外对于应用于核电站严重事故后安全壳内氢气风险控制基本是仅测量安全壳内某位置的氢气浓度，气体可燃性是由水蒸气浓度、氧气浓度和氢气浓度共同决定的，仅测量氢气浓度无法有效、准确判断气体是否具有可燃性，会导致无法有效、快速采取安全措施，启动安全系统，对安全壳完整性造成永久性破坏。因此，研发一种能够同时对水蒸气浓度、氧气浓度和氢气浓度进行测量的安全壳内气体可燃性分析系统是目前的当务之急。
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能够同时对水蒸气浓度、氧气浓度和氢气浓度进行测量的安全壳内气体可燃性分析系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
为解决上述技术问题，本发明的一种安全壳内气体可燃性分析系统，包括取样探头、取样阀、水蒸气传感器、水蒸气冷凝装置、压力传感器、冷凝水收集阀、冷凝水罐、测量前阀、第一循环真空泵、抽真空阀、真空泵、第一螺旋管入口阀、第一螺旋管、第一螺旋管压力传感器、第一螺旋管出口阀、第二循环真空泵和氧气分析仪；取样探头、取样阀、水蒸气传感器、水蒸气冷凝装置、测量前阀、第一循环真空泵、第一螺旋管入口阀、第一螺旋管、第一螺旋管出口阀、第二循环真空泵和氧气分析仪依次通过管道连通；水蒸气冷凝装置的底部开设有出水孔，出水孔与冷凝水收集阀、冷凝水罐依次连通，水蒸气冷凝装置内设置有气液隔离板，气液隔离板位于出水孔上方；真空泵和抽真空阀依次和水蒸气冷凝装置连通；压力传感器设置在水蒸气冷凝装置上；第一螺旋管压力传感器设置在第一螺旋管上；第一螺旋管的内壁面涂有钯基合金，第一螺旋管的外壁面安装有一个电加热装置。
进一步，安全壳内气体可燃性分析系统还包括气体回收阀和气体回收泵，气体回收阀的一端连通氧气分析仪，气体回收阀的另一端连通气体回收泵的一端，气体回收泵的另一端用于连通安全壳。
进一步，安全壳内气体可燃性分析系统还包括第二螺旋管入口阀、第二螺旋管、第二螺旋管压力传感器和第二螺旋管出口阀，第二螺旋管入口阀、第二螺旋管和第二螺旋管出口阀依次连通，第二螺旋管入口阀与真空泵连通，第二螺旋管出口阀与第二循环真空泵连通，第二螺旋管压力传感器设置在第二螺旋管上；第二螺旋管的内壁面涂有钯基合金，第二螺旋管的外壁面安装有另一个电加热装置。
进一步，安全壳内气体可燃性分析系统还包括第一螺旋管吹扫前阀、第一螺旋管吹扫后阀和高压惰性气罐，高压惰性气罐连通第一螺旋管吹扫前阀的一端，第一螺旋管吹扫前阀的另一端连通第一螺旋管入口阀和第一螺旋管之间的管道，第一螺旋管吹扫后阀的一端连通第一螺旋管和第一螺旋管出口阀之间的管道，第一螺旋管吹扫后阀的另一端连通气体回收阀和气体回收泵之间的管道。
进一步，安全壳内气体可燃性分析系统还包括第二螺旋管吹扫前阀和第二螺旋管吹扫后阀，第二螺旋管吹扫前阀的一端连通高压惰性气罐，第二螺旋管吹扫前阀的另一端连通第二螺旋管入口阀和第二螺旋管之间的管道，第二螺旋管吹扫后阀的一端连通第二螺旋管和第二螺旋管出口阀之间的管道，第二螺旋管吹扫后阀的另一端连通气体回收阀和气体回收泵之间的管道。
进一步，安全壳内气体可燃性分析系统还包括冷凝水回冲阀，冷凝水回冲阀的一端连通高压惰性气罐，冷凝水回冲阀的另一端连通冷凝水收集阀和冷凝水罐之间的管道。
进一步，安全壳内气体可燃性分析系统还包括冷凝水排放阀，冷凝水排放阀的一端连通冷凝水罐，冷凝水排放阀的另一端连通安全壳。
进一步，安全壳内气体可燃性分析系统还包括冷凝水罐液位计，冷凝水罐液位计连通设置在冷凝水罐上。
进一步，电加热装置为电加热带或导电加热薄膜。
进一步，取样探头和取样阀有多个，多个取样探头和多个取样阀一一对应地相连通，多个取样阀都连通水蒸气传感器。
本发明的有益效果在于：本发明所提供的一种安全壳内气体可燃性分析系统，在使用时具备同时测量水蒸气浓度、氧气浓度和氢气浓度的能力，通过水蒸气冷凝装置收集水蒸气，并且通过水蒸气传感器测定水蒸气的量；通过第一螺旋管的内壁面涂有的钯基合金吸附氢气，并且能够通过氢气被吸附后的压力差值确定氢气的浓度，降低了氢气的浓度，减少了燃爆的风险，并且使用了氧气分析仪分析氧气的浓度，可以更准确判断气体是否具有可燃性，提高了该系统的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的安全壳内气体可燃性分析系统的结构示意图。
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。
实施例一
结合图1所示，本实施例的一种安全壳内气体可燃性分析系统包括取样探头1、取样阀2、水蒸气传感器3、水蒸气冷凝装置4、压力传感器5、冷凝水收集阀6、冷凝水罐7、测量前阀8、第一循环真空泵9、抽真空阀10、真空泵11、第一螺旋管入口阀12、第一螺旋管13、第一螺旋管压力传感器14、第一螺旋管出口阀15、第二循环真空泵16和氧气分析仪17。
那么，取样探头1、取样阀2、水蒸气传感器3、水蒸气冷凝装置4、测量前阀8、第一循环真空泵9、第一螺旋管入口阀12、第一螺旋管13、第一螺旋管出口阀15、第二循环真空泵16和氧气分析仪17依次通过管道连通。值得注意的是，本实施例的取样探头1和取样阀2有四个，四个取样探头1和四个取样阀2一一对应地相连通，四个取样阀2都连通水蒸气传感器3。当然，取样探头1和取样阀2的数量是可以根据实际需要进行选择的。并且，安全壳的内部安装有带滑轨的不锈钢支架，取样探头1可以放置在带滑轨的不锈钢支架上，取样探头1可自由移动至安全壳内不同位置，取样探头1的内部有气体过滤膜，可过滤气溶胶和其余较大粒径的杂质。安全壳至水蒸气冷凝装置4之间的取样管线外部包有伴热带和保温棉，以防止取样管线内部气体中的水蒸气发生冷凝。
而水蒸气冷凝装置4的底部开设有出水孔，在本实施例中出水孔的直径为 20mm，出水孔与冷凝水收集阀6、冷凝水罐7依次连通，水蒸气冷凝装置4内设置有气液隔离板，气液隔离板位于出水孔上方。水蒸气冷凝装置4的外部还盘旋设置有冷却套管，冷却套管内部有不断循环的温度为5-10℃的冷却水，可以将气体冷却至5-10℃，大大降低了水蒸气饱和压力，在水蒸气冷凝装置4内部设置的气液隔离板可以上下移动和自由伸缩，可以实现气体和冷凝水的有效分离，提高了水蒸气浓度、氧气浓度和氢气浓度的测量精度，与此同时，也降低了气体温度，从而降低了氢气与其他气体混合发生燃烧或燃爆的风险，提高了该系统的安全性和可靠性。
冷凝水罐7的材质为不锈钢，体积为50mL，内部有液位刻度。本实施例的安全壳内气体可燃性分析系统还包括冷凝水罐液位计31，冷凝水罐液位计31连通设置在冷凝水罐7上。
真空泵11和抽真空阀10依次和水蒸气冷凝装置4连通；压力传感器5设置在水蒸气冷凝装置4上；第一螺旋管压力传感器14设置在第一螺旋管13上；第一螺旋管13的内壁面涂有钯基合金，第一螺旋管13的外壁面安装有一个电加热装置。在本实施例中，电加热装置为电加热带，电加热带缠绕第一螺旋管 13上，电加热带的结构为玻璃纤维石棉内有多条电阻丝，以通电的方式对第一螺旋管13的外壁面进行加热。
进一步地，本实施例的安全壳内气体可燃性分析系统还包括气体回收阀18 和气体回收泵19，气体回收阀18的一端连通氧气分析仪17，气体回收阀18的另一端连通气体回收泵19的一端，气体回收泵19的另一端用于连通安全壳。
进一步地，本实施例的安全壳内气体可燃性分析系统还包括第二螺旋管入口阀20、第二螺旋管21、第二螺旋管压力传感器22和第二螺旋管出口阀23，第二螺旋管入口阀20、第二螺旋管21和第二螺旋管出口阀23依次连通，第二螺旋管入口阀20与真空泵11连通，第二螺旋管出口阀23与第二循环真空泵16 连通，第二螺旋管压力传感器22设置在第二螺旋管21上；第二螺旋管21的内壁面涂有钯基合金，第二螺旋管21的外壁面安装有另一个电加热装置。
进一步地，本实施例的安全壳内气体可燃性分析系统还包括第一螺旋管吹扫前阀24、第一螺旋管吹扫后阀27和高压惰性气罐26，高压惰性气罐26连通第一螺旋管吹扫前阀24的一端，第一螺旋管吹扫前阀24的另一端连通第一螺旋管入口阀12和第一螺旋管13之间的管道，第一螺旋管吹扫后阀27的一端连通第一螺旋管13和第一螺旋管出口阀15之间的管道，第一螺旋管吹扫后阀27 的另一端连通气体回收阀18和气体回收泵19之间的管道。螺旋管内涂有的钯基合金为海绵状或胶状，采用钯基合金吸附氢气的原理进行氢气浓度测量，通过对进入螺旋管前后的气体压力差值进行计算可以得到氢气浓度，同时也实现了氢气和其他气体分离的目的，降低了氢气和其他气体混合发生燃烧或燃爆的风险，提高了该系统的安全性和可靠性。并且设置有两路螺旋管，一路进行氢气吸附测量，另一路进行氢气脱附吹扫，可以实现两路同时且不断切换运行，提高了该系统的耐久性和可用性。
进一步地，本实施例的安全壳内气体可燃性分析系统还包括第二螺旋管吹扫前阀25和第二螺旋管吹扫后阀28，第二螺旋管吹扫前阀25的一端连通高压惰性气罐26，第二螺旋管吹扫前阀25的另一端连通第二螺旋管入口阀20和第二螺旋管21之间的管道，第二螺旋管吹扫后阀28的一端连通第二螺旋管21和第二螺旋管出口阀23之间的管道，第二螺旋管吹扫后阀28的另一端连通气体回收阀18和气体回收泵19之间的管道。值得注意的是，本实施例的第一螺旋管13和第二螺旋管21的螺旋方向相同。
进一步地，本实施例的安全壳内气体可燃性分析系统还包括冷凝水回冲阀 29，冷凝水回冲阀29的一端连通高压惰性气罐26，冷凝水回冲阀29的另一端连通冷凝水收集阀6和冷凝水罐7之间的管道。
进一步地，本实施例的安全壳内气体可燃性分析系统还包括冷凝水排放阀 30，冷凝水排放阀30的一端连通冷凝水罐7，冷凝水排放阀30的另一端连通安全壳。
本实施例的安全壳内气体可燃性分析系统具体使用方法为：首先，依次打开抽真空阀10和真空泵11，对水蒸气冷凝装置4进行抽真空，依次打开第二螺旋管吹扫前阀25、第二螺旋管吹扫后阀28和气体回收泵19，对第一螺旋管13 和第二螺旋管21进行抽真空，当压力传感器5、第一螺旋管压力传感器14和第二螺旋管压力传感器22测量值为0bar时，依次关闭真空泵11、抽真空阀10、气体回收泵19、第二螺旋管吹扫前阀25和第二螺旋管吹扫后阀28。此时，水蒸气冷凝装置4、第一螺旋管13和第二螺旋管21内部为真空状态，然后开始对气体中的水蒸气浓度、氧气浓度和氢气浓度进行测量。打开取样阀2，安全壳内气体会通过取样探头1、取样阀2和水蒸气传感器3，最终进入水蒸气冷凝装置 4内部。当压力传感器5测量值为1bar时，关闭取样阀2，打开冷凝水收集阀6。若气体中含有水蒸气，水蒸气会发生冷凝，若气体中不含有水蒸气，无水蒸气冷凝，气体温度会降至5-10℃。通过水蒸气传感器3测量值可以得到水蒸气浓度。冷却水罐液位计31可以对冷却水罐7内部的冷凝水液位进行实时测量。冷凝水最终会进入冷却水罐7内部，当冷凝水罐液位计31测量值稳定不变后，关闭冷凝水收集阀6。
依次打开测量前阀8、第一螺旋管入口阀12和第一循环真空泵9，将水蒸气冷凝装置4内部的气体全部送至第一螺旋管13的内部。当压力传感器5测量值为0bar时，依次关闭第一循环真空泵9、测量前阀8和第一螺旋管入口阀12。当第一螺旋管压力传感器14测量值稳定不变后，通过对进入内壁面涂有钯基合金材料的螺旋管前后的气体压力差值进行计算可以得到氢气浓度。
当冷凝水罐液位计31测量值达到设定上限值时，打开冷凝水回冲阀29，冷凝水罐7内部的冷凝水被送回至安全壳内部，当冷凝水罐液位计31测量值达到设定下限值时，关闭冷凝水回冲阀29。第一螺旋管13内部对氢气进行吸附一定时间后，第二螺旋管21以同样的流程对氢气进行吸附，第一螺旋管13外壁面的加热膜通电开启对第一螺旋管13进行加热，加热温度范围为常温至300℃，加热温度可以自行调节，钯基合金吸附的氢气会解附至第一螺旋管13内部，导致第一螺旋管13内部的压力升高，当第一螺旋管压力传感器14测量值稳定不变后，依次打开第一螺旋管吹扫前阀24和第一螺旋管吹扫后阀27，一段时间后，关闭第一螺旋管吹扫前阀24，解附后的氢气和惰性气体通过回收泵19被送回至安全壳内部，当第一螺旋管压力传感器14测量值为0bar时，依次关闭回收泵 19和第一螺旋管吹扫后阀27。
依次打开第一螺旋管出口阀15和第二循环真空泵16，第一螺旋管13内部的气体全部被送至氧气分析仪17内部，当第一螺旋管压力传感器14测量值为 0bar时，依次关闭第二循环真空泵16和第一螺旋管出口阀15，通过氧气分析仪17测量值可以得到氧气浓度。依次打开气体回收阀18和气体回收泵19，将氧气分析仪17内部的气体全部送回至安全壳内部，依次关闭气体回收泵19和气体回收阀18。
实施例二
作为本发明的又一实施例，与上一实施例不同的是，本实施例的安全壳内气体可燃性分析系统中的第一螺旋管13和第二螺旋管21的外壁面安装的电加热装置为导电加热薄膜，导电加热薄膜的结构为氧化硒导电加热薄膜内布置有多条均匀分布的电阻丝，以通电的方式对第一螺旋管13和第二螺旋管21的外壁面进行加热。通过导电加热薄膜的方式可以使安全壳内气体可燃性分析系统中的第一螺旋管13和第二螺旋管21更加容易布置，使安全壳内气体可燃性分析系统更加紧凑。
本发明的一种安全壳内气体可燃性分析系统，在使用时具备同时测量水蒸气浓度、氧气浓度和氢气浓度的能力，通过水蒸气冷凝装置4收集水蒸气，并且通过水蒸气传感器3测定水蒸气的量；通过第一螺旋管13的内壁面涂有的钯基合金吸附氢气，并且能够通过氢气被吸附后的压力差值确定氢气的浓度，降低了氢气的浓度，减少了燃爆的风险，并且使用了氧气分析仪17分析氧气的浓度，可以更准确判断气体是否具有可燃性，提高了该系统的安全性和可靠性。
本发明的装置并不限于具体实施方式中的实施例，只要是本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新及保护的范围。
Claims (10)
1.一种安全壳内气体可燃性分析系统，其特征在于，包括取样探头、取样阀、水蒸气传感器、水蒸气冷凝装置、压力传感器、冷凝水收集阀、冷凝水罐、测量前阀、第一循环真空泵、抽真空阀、真空泵、第一螺旋管入口阀、第一螺旋管、第一螺旋管压力传感器、第一螺旋管出口阀、第二循环真空泵和氧气分析仪；所述取样探头、所述取样阀、所述水蒸气传感器、所述水蒸气冷凝装置、所述测量前阀、所述第一循环真空泵、所述第一螺旋管入口阀、所述第一螺旋管、所述第一螺旋管出口阀、所述第二循环真空泵和所述氧气分析仪依次通过管道连通；所述水蒸气冷凝装置的底部开设有出水孔，所述出水孔与所述冷凝水收集阀、所述冷凝水罐依次连通，所述水蒸气冷凝装置内设置有气液隔离板，所述气液隔离板位于所述出水孔上方；所述真空泵和所述抽真空阀依次和所述水蒸气冷凝装置连通；所述压力传感器设置在所述水蒸气冷凝装置上；所述第一螺旋管压力传感器设置在所述第一螺旋管上；所述第一螺旋管的内壁面涂有钯基合金，所述第一螺旋管的外壁面安装有一个电加热装置。
2.根据权利要求1所述的安全壳内气体可燃性分析系统，其特征在于，还包括气体回收阀和气体回收泵，所述气体回收阀的一端连通所述氧气分析仪，所述气体回收阀的另一端连通所述气体回收泵的一端，所述气体回收泵的另一端用于连通所述安全壳。
3.根据权利要求2所述的安全壳内气体可燃性分析系统，其特征在于，还包括第二螺旋管入口阀、第二螺旋管、第二螺旋管压力传感器和第二螺旋管出口阀，所述第二螺旋管入口阀、所述第二螺旋管和所述第二螺旋管出口阀依次连通，所述第二螺旋管入口阀与所述真空泵连通，所述第二螺旋管出口阀与所述第二循环真空泵连通，所述第二螺旋管压力传感器设置在所述第二螺旋管上；所述第二螺旋管的内壁面涂有钯基合金，所述第二螺旋管的外壁面安装有另一个所述电加热装置。
4.根据权利要求3所述的安全壳内气体可燃性分析系统，其特征在于，还包括第一螺旋管吹扫前阀、第一螺旋管吹扫后阀和高压惰性气罐，所述高压惰性气罐连通所述第一螺旋管吹扫前阀的一端，所述第一螺旋管吹扫前阀的另一端连通所述第一螺旋管入口阀和所述第一螺旋管之间的管道，所述第一螺旋管吹扫后阀的一端连通所述第一螺旋管和所述第一螺旋管出口阀之间的管道，所述第一螺旋管吹扫后阀的另一端连通所述气体回收阀和所述气体回收泵之间的管道。
5.根据权利要求4所述的安全壳内气体可燃性分析系统，其特征在于，还包括第二螺旋管吹扫前阀和第二螺旋管吹扫后阀，所述第二螺旋管吹扫前阀的一端连通所述高压惰性气罐，所述第二螺旋管吹扫前阀的另一端连通所述第二螺旋管入口阀和所述第二螺旋管之间的管道，所述第二螺旋管吹扫后阀的一端连通所述第二螺旋管和所述第二螺旋管出口阀之间的管道，所述第二螺旋管吹扫后阀的另一端连通所述气体回收阀和所述气体回收泵之间的管道。
6.根据权利要求5所述的安全壳内气体可燃性分析系统，其特征在于，还包括冷凝水回冲阀，所述冷凝水回冲阀的一端连通所述高压惰性气罐，所述冷凝水回冲阀的另一端连通所述冷凝水收集阀和所述冷凝水罐之间的管道。
7.根据权利要求6所述的安全壳内气体可燃性分析系统，其特征在于，还包括冷凝水排放阀，所述冷凝水排放阀的一端连通所述冷凝水罐，所述冷凝水排放阀的另一端连通所述安全壳。
8.根据权利要求6所述的安全壳内气体可燃性分析系统，其特征在于，还包括冷凝水罐液位计，所述冷凝水罐液位计连通设置在所述冷凝水罐上。
9.根据权利要求3～8任一项所述的安全壳内气体可燃性分析系统，其特征在于，所述电加热装置为电加热带或导电加热薄膜。
10.根据权利要求1～8任一项所述的安全壳内气体可燃性分析系统，其特征在于，所述取样探头和所述取样阀有多个，多个所述取样探头和多个所述取样阀一一对应地相连通，多个所述取样阀都连通所述水蒸气传感器。
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