CN1227658A - 用来测定硼浓度的测量装置 - Google Patents

Abstract

为了能够不进入冷却介质循环就以特别简单的方法测量硼浓度，按照本发明，设有一机动的发送器和接收器，它们通过中间连接有至少一个可冷却的空间区域而设置在冷却介质循环中的一个传输冷却介质的部件(1)上。

Description

用来测定硼浓度的测量装置

本发明涉及一种用来测定核动力设备的冷却介质循环中冷却介质内的硼浓度的测量装置。

在核动力设备冷却循环中的冷却介质中，硼被用作中子吸收器。根据硼浓度，增强或减弱中子的吸收，即从连锁反应中取走中子，从而可利用硼控制和补偿燃料棒的烧损。功率密度分布的不均匀性，可利用其它一般性的机械控制装置来避免，在此，功率升高是可能的。因此，必须监控冷却介质中的、尤其是初级循环冷却介质中或并列循环中的硼浓度。

由文献“核能”1967年第11期337～339页可知，可利用中子吸收规律法来确定硼酸浓度。此处所使用的测量装置，能够确定标准工作条件下，即达120℃的环境温度和120bar的系统压力下的硼酸浓度。但是，一般而言，在冷却介质循环中，特别是在核动力设备的初级循环中，温度在系统压力约为180bar时可达380℃，基于比标准工作条件要高的系统条件，文献中所说明的测量装置应用在监控柜中，且距冷却介质循环有足够大的距离。

在公知的测量装置中，都必需进入到冷却介质循环中。为测定硼酸浓度，由冷却介质循环分出的旁通管穿过测量装置。这类通流式测量装置的使用在移动性方面受到限制。装配的费用很高，且会导致核动力设备很长的停车时间。

由此，本发明的目的在于，提供一种用来测定核动力设备的冷却介质循环中冷却介质内的硼浓度的测量装置，它无需进入到冷却循环中即可测量硼浓度，并且方法特别简单。

本发明的目的可以通过这样一种用来测定核动力设备的冷却介质循环中冷却介质内的硼浓度的测量装置来实现，其中，设有一活动的发送器和一活动的接收器，它们分别通过中间连接有至少一个可冷却的空间区域来设置在冷却介质循环中的一冷却介质输送部件上。

在此，本发明出于下述考虑：可利用冷却介质循环系统本身的一部分来替代通流式测量装置的一旁通管。这种测量装置优选这样构成，使其可被直接固定在冷却介质循环上，在此，它要特别耐温和耐辐射，由此，即使在极端的环境条件下也可使用。

本发明有利的设计结构正是从属权利要求的内容。

为了能够在部件高温的情况下保护发送器和接收器，比较有利的是在部件上，至少是在发送器和接收器各自的空间区域内，设有一供冷却介质通流的冷却通道。例如，冷却通道可布置在发送器和部件之间的空间区域内，以及布置在接收器和部件之间的空间区域内。所述部件，例如可为贮罐、锅炉、管件或其它大表面的，输送或包含冷却介质的容器。

为保证发送器、接收器简单良好的冷却，也就是尽可能恒定而可靠的冷却，可优选空气作为冷却介质。为此，例如借助于一鼓风机，利用冷却通道吸入空气或冷却空气。此外，冷却空气的温度适宜于预先给定。此处，所给定的温度保证了冷却空气不超出或低于限值，对此，可利用鼓风机的功率来调节冷却空气流量。因此可以保证，测量装置在所有部分都会避免过热。

发送器和接收器的这个或这两个空间区域也有利地具有绝缘层，例如直接布置在冷却介质循环的部件上，在绝缘层中，例如采用空气作为绝缘介质。发送器和接收器优选分别布置在一相应的腔室内，这样就存在一空间隔断，发送器和接收器由此能防高温地安设。

为了能够借助于中子吸收规律法测定硼浓度，一中子源用作发送器，至少一个计数管用作接收器。出于中子源的辐射原因，以及外界因素，例如湿度，对测量的影响，要整体地或单独地为每个中子源和计数管设置屏蔽装置。该屏蔽装置相宜地应包括由吸收减速剂构成的第一层，由中子吸收材料，例如镉板，构成的第二层，以及由奥氏体材料，例如钢板，构成的第三层。

借助于吸收减速剂，例如聚乙烯减速剂，由发送器产生的中子流得以减速，并部分反射回去。因此，主要通过采用吸收减速剂和镉板可以确保操作人员只受到很微小的辐射载荷。

在有利的结构中，发送器和接收器布置在一整体式或多分式，尤其是双分式的外壳中。对此，例如发送器布置在外壳第一部分内，接收器布置在外壳第二部分内。

为使发送器和接收器能够特别简单而牢固地固定在部件或冷却循环系统的管件上，至少发送器和接收器可借助至少一种固定手段固定在部件或管件上。对此，例如两外壳部件刚性地安放在管件上，并借助固定手段彼此旋紧。在大表面部件中，固定例如可通过支撑装置来实现。在所有情况下，都不会损害或妨碍在其上进行测量的部件。既不需要在该部件上采取结构措施，也不需要干涉该部件。

由于中子吸收规律测量法主要受测量装置几何尺寸稳定性的影响，故设有这样一些间距中间件，使得即便当环境条件变化时，发送器和接收器之间的测量行程的长度也接近于常量。这当然适用于线性的测量行程或带有至少一个反射点的测量行程。这类间距中间件，例如支撑装置，相宜地制成不随温度和膨胀拉伸而变化。

在部件上，发送器和接收器适宜于至少接近彼此相对布置。由此构成一线性直接测量行程，这一点对具有较小结构尺寸的部件有利。也可选择将发送器和接收器这样布置在部件上，即，使接收器接收到的测量信号基本上为一反射测量信号。这种制式主要在大容积部件上采用。在此，由发送器发出的信号可一次或多次反射。

为了能够将硼浓度值以时间函数示出，不受压力、温度和辐射的影响，至少接收器连有一计算单元。借助于基于模型的可信度算法和平衡算法，可消除干扰影响，从而确保得到精确的介质内硼浓度的测量值。

利用本发明所实现的优点主要在于，由测量装置简单的结构(尤其是基于发送器和接收器的活动性)就决定了，不需进入核动力设备的冷却介质循环，即可测定硼浓度。此外，借助可冷却的空间区域来设计测量装置，使它适于在极端系统条件或工作条件下使用，例如在380℃的工作温度下使用。因此，这种测量装置特别适于机动应用，以及适用于补充装备到陈旧设备中。

下面借助附图所示对本发明的实施例作进一步的说明，附图中：

图1为测量硼浓度的测量装置的纵剖面示意图；

图2为图1所示测量装置的横剖面示意图。

在两附图中，彼此相应的零件采用同一附图标记。

在图1所示实施例中，环绕一部件、管件或介质管1设置的测量装置2或者测定仪，为一并未进一步示出的核发电设备的部件。此处，该介质管1为冷却介质循环系统，例如初级循环系统的一部件。

测量装置2包括第一壳状外壳部件4和第二壳状外壳部件6。在此，第一外壳部件4和第二外壳部件6各自的内壁8和外壁10，优选用奥氏体钢制成。在外壁10各自的内侧，以镉板的形式涂有一镉质保护层12，以拦截热中子。

在第一外壳部件4内，设有一中子源腔14，用以容纳用作发送器的中子源16，在第二外壳部件6内，设有一计数管腔17，用以容纳用作接收器的两彼此平行的计数管18。计数管腔17朝向外壁10的壁19同样具有一镉质保护层12。也可以(采用)具有多发送器和/或接收器的制式，利用它们例如可测得浓度梯度和信号差值。

为在介质管1高温时保护中子源16和计数管18，在中子源腔14和内壁8之间，以及在计数管腔17和内壁8之间，设有冷却通道20。在此，冷却通道20在垂直方向上的长度至少等于测量装置2的长度。按照介质管1的制式，冷却通道20例如可为环状或带状。

冷却介质22沿箭头23所示方向流过冷却通道20。冷却介质22，例如空气，借助于鼓风机24，受压通过冷却通道20。鼓风机24例如设置在第一外壳部件4的下端。在第一外壳部件4的另一端设有一温度传感器26，以测定冷却介质22的温度。温度传感器26所测得的测量值被输送给一并未进一步示出的温度调节系统。这个并未进一步示出的温度调节系统保证了冷却介质22(的温度)不会超出或低出限值。为此调节鼓风机24的功率，并进而调节冷却空气流量。

另外，在内壁8和冷却通道20之间，第一外壳部件4和第二外壳部件6，还可包括一附于冷却通道20上的绝缘层28，在此，绝缘介质采用空气。与冷却通道20相类似，绝缘层28例如也为环状或带状。

在第一外壳部件4的内壁8和外壁10之间的中间腔内充填有吸收减速剂30。此处，采用聚乙烯作为吸收减速剂30。与之相类似，在第二外壳部件6中，同样用吸收减速剂30填充中间腔。该吸收减速剂30和由中子吸收材料组成的镉质保护层12以及由奥式体材料组成的外壁10，构成了层状屏蔽装置31，以防中子源16产生的辐射。

在绝缘层28和冷却通道20内，在径向上，装有不随温度和拉伸变化的间隔件32。利用间隔件32，例如支撑装置，防止测量装置的几何尺寸、尤其是测量行程长度随温度的变化。作为不随温度和拉伸变化的材料，例如采用陶瓷或云母玻璃。

图2示出了测量装置2的横截面。照此，第一外壳部件4和第二外壳部件6借助一些由外部穿入的固定元件34彼此相连。在此，整个测量装置抱住或夹住介质管1。固定元件34例如可为夹子、螺栓或闭锁装置。在这个视图中可知，设有两个计数管18，也可以设有多于两个的计数管。中子源16和两计数管18分别布置在中子源腔14和计数管腔17内。

为冷却中子源16和两计数管18，环绕介质管1同心地设有绝缘层28和冷却通道20。此外，在绝缘层28和冷却通道20内，以均匀的间距设有间距件32。与图1相类似，外壁10以及计数管腔17的壁19，分别具有镉质保护层12。

借助中子源16发射出中子流36，穿过在介质管1内流动的冷却介质38。中子流36穿过含有丰富硼的冷却介质38，相应于冷却介质38内的硼浓度中子流36被减弱。变化的中子流36利用中子探测器，即计数管18来测得。

由计数管18得出的测量值被输入一计算单元40。该计算单元40根据计数速率和冷却介质38的温度(并未示出测针)，得出硼浓度或硼酸浓度。通过中子源16相对于两计数管呈对角布置，中子流36在介质管1直径d的整个宽度上穿过冷却介质38。在此，在中子源16和计数管18之间，在介质管1内形成一基本为线性的测量行程。

所述测量装置2基于其高效、积极的热绝缘，通过冷却通道20内可受影响的冷却空气流，在测定硼浓度时在热影响方面具有良好的性能。测量装置2因而特别适于直接应用在反应堆设备的初级循环内，其内出现的温度可达380℃。测量装置2所具有的机械结构，即便在强烈的温度波动情况下，也不会产生几何尺寸变化，因而不会影响测量方法。

中子吸收规律法与冷却介质38的热力学状态和初级冷却循环中的液压系统运行方法之间可能存在的关系，能够通过计算机支持的计算方法，在计算单元40内消除掉。在此，为提高精确度和快速显示，除测量装置2的测量信号外，还要利用其它对硼浓度测量至关重要的过程信息。这要通过采用基于模型的可信度算法和平衡算法，在计算单元40中加以处理。此外还通过测量装置2的防辐射屏蔽结构，消除应引起注意的对操作人员的辐射载荷。

在大表面的部件2中，可使用同样类型的测量装置2，在此，把中子源16和计数管18布置在一整体式的外壳内。在这类装置中，采用反射测量信号是有利的。在此，中子源16发射出的信号，在部件1内反射，然后被计数管18接收。

Claims (19)

1．一种用来测定核动力设备的冷却介质循环中冷却介质(38)内的硼浓度的测量装置(2)，其中，设有一活动的发送器和一活动的接收器，它们分别通过中间连接有至少一个可冷却的空间区域来安设在冷却介质循环中的一个传输冷却介质的部件(1)上。

2．按照权利要求1所述的测量装置(2)，其中，所述空间区域具有一供冷却介质(22)通流的冷却通道(20)。

3．按照权利要求2所述的测量装置(2)，其中，所述冷却介质(22)为空气。

4．按照权利要求2或3所述的测量装置(2)，其中，所述冷却介质(22)的温度可预先给定。

5．按照权利要求1至4中任一项所述的测量装置(2)，其中，所述空间区域包括一附加绝缘层(28)。

6．按照权利要求1至5中任一项所述的测量装置(2)，其中，所述发送器和接收器分别布置在相应的腔室(14,17)内。

7．按照权利要求1至6中任一项所述的测量装置(2)，其中，一中子源(16)用作发送器。

8．按照权利要求1至7中任一项所述的测量装置(2)，其中，至少采用一个计数管(18)用作接收器。

9．按照权利要求1至8中任一项所述的测量装置(2)，其中，所述发送器和接收器均由一屏蔽装置(31)包围。

10．按照权利要求9所述的测量装置(2)，其中，所述屏蔽装置(31)包括由吸收减速剂(30)构成的第一层。

11．按照权利要求9或10所述的测量装置(2)，其中，所述屏蔽装置(31)包括由中子吸收材料(12)构成的第二层。

12．按照权利要求9至11中任一项所述的测量装置(2)，其中，所述屏蔽装置(31)包括由奥氏体材料(10)构成的第三层。

13．按照权利要求1至12中任一项所述的测量装置(2)，其中，所述发送器和接收器布置在一整体式或多分式、尤其是双分式的外壳(4,6)中。

14．按照权利要求1至13中任一项所述的测量装置(2)，其中，设有间距件(32)，从而使得发送器和接收器之间测量行程的长度，即便在环境条件改变时也接近于常量。

15．按照权利要求14所述的测量装置(2)，其中，所述间距件(32)被制成不随温度和拉伸改变。

16．按照权利要求1至15中任一项所述的测量装置(2)，其中，至少设有一种固定件(34)，利用它至少可将发送器和接收器固定在部件(1)上。

17．按照权利要求1至16中任一项所述的测量装置(2)，其中，设有一至少与接收器(18)相连的计算装置(40)。

18．按照权利要求1至17中任一项所述的测量装置(2)，其中，所述发送器和接收器至少接近于彼此相对地布置在部件(1)上。

19．按照权利要求1至17中任一项所述的测量装置(2)，其中，所述发送器和接收器被这样布置在部件(1)上，使得接收器接收的测量信号基本上为一反射测量信号。

Images