CN1230281A - 获取液体试样的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种获取液体试样的方法和装置,其中借助于压力脉冲(28)在试样采集器皿(8)中的一气垫空间(13)里形成气垫(15)。该气垫(15)被利用来将位于试样采集器皿(8)中的液体(6)的至少一部分从反应堆安全容器(2)中取出。

Description

获取液体试样的方法和装置

本发明涉及一种借助试样采集器皿从核发电站反应堆安全容器中获取液体试样的方法和装置。

在原子核领域经常提出这样的任务，在不损伤强度和容器密封性的情况下从外部获取容器内液体的有代表性的液体试样。这些试样在容器外接受检测，例如检测其放射性。在试样采集中应该避免导致检测结果不真实的试样成分沉积。此外试样的取出设计成即便在发生故障的情况下也能优选利用机械性被动部件进行。

当从核发电站反应堆安全容器内部，尤其是从其贮槽中取出试样时在严重干扰或事故情况下是很困难的。贮槽介质的吸入由于该贮槽介质可能具有高蒸汽压力而有可能是很不利的。此外例如出于电能的可用性的原因以及由于没有足够的耐辐射性等等问题，泵的运行可能不能得到足够的保证。为此人们必须寻找相应的路径，以便保证即便在这种困难的条件下也能可靠地采集试样。

从EP 0 598 798 B1中可知一种从气密封闭容器的气氛中，尤其是从核发电站反应堆安全容器中获取试样的方法和装置。在此试样充入到试样采集器皿中，在输送流体中可溶解的和/或可凝结的试样成分与输送流体一起从反应堆安全容器中排出。要说明的是，这样的方法以及装置不是针对液体试样，而是针对气态试样设计的。

因此本发明的目的在于，提供一种如本文引言部分所述类型的，为取出液体试样而设计的方法和装置，该方法和装置即便在上面提及的困难条件下也能可靠工作。

本发明有关方法方面的目的是这样来实现的，即，借助于压力脉冲在试样采集器皿中构成一气垫，此气垫用来将位于试样采集器皿中的液体的至少一部分从反应堆安全容器中输出。

最好这样来进行，在压力脉冲发出之前的预先的第一阶段中，液体从反应堆安全容器中引入到试样采集器皿。这一点尤其可以这样来实现，即，一处于负压下的容器与试样采集器皿连接。然后容器通过接通的连接管道将液体从反应堆安全容器中吸入到试样采集器皿中。

如同已提到的，在紧接着的第二阶段中借助压力脉冲在试样采集器皿中构成气垫。这一点可以通过打开位于一定压力下的蓄气罐来实现。例如这个蓄气罐可以是一个由压缩机加压的储罐或处于自身压力下的储气瓶。

压力脉冲参数根据当地的实际情况来决定。压力脉冲的大小通常可以设计为几巴，最好为2至5巴，压力脉冲持续的时间可以为若干秒，最好为20至100秒。

在紧接着压力脉冲发出后的第三阶段，试样采集器皿中的气垫在一个位于负压下的容器中膨胀降压。由此至少有一部分位于试样采集器皿中的液体从试样采集器皿中被压进容器中。

本发明有关装置方面的目的是这样来实现的，即，在试样采集器皿上部设有一与压力脉冲发出源连接的气垫空间。

一优选实施形式的特征在于，试样采集器皿最好为一个圆柱状器皿，该器皿在底部具有液体进入开孔，在顶部具有气体通孔以及在底部与置于顶部之外的接头之间具有一旁通管道。

作为压力脉冲发出源可以是通过阀门打开的蓄气罐，例如一由压缩机施压的容器或气瓶。

压力脉冲发出源相宜地通过一引至反应堆压力容器的管道与试样采集器皿顶部的气体通孔连接。此外一处于负压下的容器通过一连接机构与试样采集器皿连接。上述这两个实施形式相互间最好这样组合，使得在反应堆安全容器中只需要唯一一个穿壁套管。

此外在容器的出口上可以连接一液体泵和一气体压缩机。

本发明的实施例通过下面7张附图来详细阐述，附图中：

图1为按照本发明利用压力脉冲来获取液态试样的装置；

图2为在第一阶段试样采集器皿被充满的这种装置的截面图；

图3为位于第二阶段的这种装置的同一截面图，在此通过一压力脉冲在试样采集器皿中产生一提取压力；

图4为位于第三阶段的这种装置的同一截面图，在此压力降低及贮槽液体被提取；

图5为试样采集器皿的进入开孔的原理草图，在这里该进入开孔具有非光滑的出口和光滑的入口；

图6为处于吸入阶段(低阻力)带有一前置的圆柱状内室的试样采集器皿的原理草图；

图7为图6所示试样采集器皿处于提取阶段(高阻力)的原理草图。

图1所示装置是为一未进一步示出的核发电厂反应堆安全容器2所设计的。在该反应堆安全容器2内部具有液态介质6，尤其是水这样的贮液4，水在发生故障时被掺入放射性并应该就此受到检测。为此在贮液4内设置有试样采集器皿8。此器皿上部呈圆柱形，下部呈圆锥形。该器皿在底部具有液体进入开孔10并在顶部具有气体通孔12，该气体通孔带有提取管道14的接头。重要的是旁通管道16连接在底部或如图所示稍许靠上一点部位与顶部外设置的连接点14a之间。在试样采集器皿8的上部形成一在一定的运行阶段由气垫15(最好是由空气组成)所充满的气垫空间13。提取管道14通过穿过反应堆安全容器2外壁的穿壁套管17和两个切断附件18与一分支点20连接。

在分支点20上一支路与压力脉冲发出源22连接，一支路与满足不同功能的容器24连接。

在其中的一支路上通过压力脉冲管道26实现压力脉冲发出源22的连接，通过该压力脉冲管道可以往反应堆安全容器2方向发出及时的压力脉冲。这种压力脉冲在压力脉冲管道26上用28来表示。图示压力脉冲发出源22由一通过阀门32与管道26连接的蓄气罐30所组成。在蓄气罐30中包括通过压缩机36置于高压或保持高压的容器34。为产生压力可以采用空气或氮气。作为蓄气罐30也可以相应地采用一个或多个气瓶。重要的是阀门32应为快速通断阀门。

容器24通过连接管道40和连接附件42位于分支点20的另一支路上。如同后面要表明的那样，该容器24不仅作为液态试样收集或容纳容器，而且也作为负压源。容器24的第一出口通过一液体泵44与分析仪器46连接。该分析仪器46用于试样稀释和分析，尤其用于测量试样中的放射性。分析仪器出口通过返回管道48和阀门50与连接管道40和分支点20连接。

容器24的第二出口通过一抽真空管道52和一压缩机54以及通过阀门56同样引至连接管道40和分支点20。所以不仅压力脉冲源22可以借助阀门32与提取管道14接通并可以与试样采集器皿8连接，而且容器24也可以借助连接附件42与提取管道14接通并可以与试样采集器皿8连接。

下面阐述图示装置的功能：

在准备阶段浸入或沉入反应堆安全容器2的贮液4中的试样采集器皿8首先被加压。这是通过提取管道14和附件18以及阀门32由来自压力脉冲发出源22的压力空气或氮气来实现的。由此将试样采集器皿8排空。

现在在接着的第一阶段，尤其是由图2所示的阶段，试样采集器皿8被充满。该器皿被置于相对于反应堆安全容器2更低的压力下，使得连接附件42向具有比反应堆安全容器2内压力更低压力的容器24打开。试样采集器皿8由此被贮槽介质6充满。

紧接着在第二阶段施加提取压力。为此试样采集器皿8由来自容器34的通过快速打开阀门32的压力气体短暂充气。即由压力脉冲发出源22发出压力脉冲28。在试样采集器皿8中的液体通过气体压力的作用而由底部的进入开孔10泄出。这样就回冲到反应堆安全容器2中。

在接着的第三阶段产生减压和由此产生贮槽水的提取。在这个阶段位于管道14,26和40中的气体快速进入容器24减压，容器24此时具有相对于反应堆安全容器2更低的压力。由此通过提取管道14，确切的说是由在试样采集器皿8的气垫空间13中的气垫15所造成的，位于试样采集器皿8中的液体的一部分通过提取管道14由反应堆安全容器2中提取出来。这部分液体作为试样进入容器24。液体可以被放入分析仪器46检测。

为了准备下一次试样采集，容器24紧接着通过压缩机54被抽成真空。

通过图1所示的装置可以实现位于底部的和/或沸腾的液体仅借助于穿过反应堆安全容器2的穿壁套管17中的一根管道14来取样。在防止蒸发干的条件下，可通过在装置中便于实现的高点将液体输入到管道14,26,40中。

实现试样从底部进入试样采集器皿8中也是很重要的。由此沉淀物能够被冲洗掉，使下个试样不被污染。

提取管道直径选为小于/等于DN10(德国工业标准第10条)，以便通过充满的表面张力实现水塞流并避免在水平管道部分离析成两相水流。

为了减少回冲进反应堆安全容器2的液体量，按照试样采集器皿8的进入开孔10的一比较有利的实施形式来设计进入开孔10，使得压力损失在两种水流方向上(当器皿8被充满时和回冲进入反应堆安全容器2时)是不同的。

此外图5示出了一带有一接管58的实施形式。这个接管58位于试样采集器皿8的底端。它具有在进入方向60上平滑的进入开孔62和在出口方向64上非平滑的进入开孔66。即接管58起到单向流量限制器的作用。这里进入开孔62在进入方向60上的压力损失系数比进入开孔66在出口方向64上的压力损失系数低2至3。

特别具有优点的是，在图6和图7中示出了带有单向流量限制器70的试样采集器皿8。该单向流量限制器在吸入阶段(图6)具有很小的阻力，而在提取阶段(图7)具有高的阻力。该流量限制器70由带有切向连接管74和轴向连接管76的圆柱状内室72所组成。

在吸入阶段(参看图6)，即当试样采集器皿8正在充满时，贮槽介质6通过轴向连接管76进入，注入圆柱状内室72并由这里通过切向连接管74溢流到试样采集器皿8。流量限制器70在此方向上的流阻很小。这个流阻例如通过在两个连接管74,76中的扩散器还可以被保持得更小。

在接着的提取阶段(参看图7)，由通过连接管74的切线进口所造成的在圆柱状内室72以及在出口连接管74中构成一带有相应的高压力损失的涡流。根据参考文献在可比较的流动形态中，例如对于在旋涡除尘器中的粉尘分离，压力损失是公知的，此损失为相应的通流弯管的压力损失的很多倍，例如大于50倍。

流量限制器70最好设计成能在第一压力加载时实现残余物排空，也就是沿垂直方向安设轴向连接管76。

带有图6,7所示流量限制器70的试样采集器皿8的结构优点在于，在不改变进入开孔截面的情况下可以延长提取阶段持续的时间，并因而加大贮槽介质的整个提取量以及提高可能达到的提取高度。

Claims (16)

1．一种借助试样采集器皿(8)从核发电站反应堆安全容器(2)中获取液体试样的方法，其特征在于，借助于压力脉冲(28)在试样采集器皿(8)中构成一气垫(15)，此气垫被利用来将位于试样采集器皿(8)中的液体(6)的至少一部分从反应堆安全容器(2)中取出。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在压力脉冲(28)发出之前，液体(6)从反应堆安全容器(2)中被引入到试样采集器皿(8)中。

3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，为引入液体(6)，一处于负压下的容器(24)与试样采集器皿(8)连接。

4．如权利要求1,2或3所述的方法，其特征在于，压力脉冲(28)通过打开处于压力下的蓄气罐(30)，例如一由压缩机(36)施压的储罐(34)或储气瓶来产生。

5．如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述压力脉冲(28)的大小为几巴，最好为2至5巴，压力脉冲(28)持续的时间为若干秒，最好为20至100秒。

6．如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在压力脉冲(28)发出后，试样采集器皿(8)中的气垫(15)减压到一个位于负压下的容器(24)，由此至少有一部分位于试样采集器皿(8)中的液体(6)从试样采集器皿(8)中被压进容器(24)中。

7．一种借助试样采集器皿(8)从核发电站反应堆安全容器(2)中获取液体试样的装置，尤其是用于实施权利要求1至6中任一项所述方法的装置，其特征在于，在该试样采集器皿(8)上部具有一与压力脉冲发出源(22)连接的气垫空间(13)。

8．如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述试样采集器皿(8)最好为一个圆柱状器皿，该器皿在底部具有液体进入开孔(10)，在顶部具有气体通孔(12)以及具有位于底部与设置于顶部之外的接头(14a)之间的旁通管道(16)。

9．如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述压力脉冲发出源(22)包括一借助阀门(32)能被打开的蓄气罐(30)，例如由一压缩机(36)施压的容器(34)或气瓶。

10．如权利要求7至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述压力脉冲发出源(22)通过一引至反应堆安全容器(2)的管道(14,26)与试样采集器皿(8)顶部的气体通孔(12)连接。

11．如权利要求7至10中任一项所述的装置，其特征在于，一个可处于负压下的容器(24)通过一连接附件(40)与试样采集器皿(8)连接。

12．如权利要求11所述的装置，其特征在于，在容器(24)的一个出口上连接一液体分析仪器(46)。

13．如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，在容器(24)的出口上连接一液体泵(44)和气体压缩机(54)。

14．如权利要求7至13中任一项所述的装置，其特征在于，在试样采集器皿(8)顶部的气体通孔(12)上连接引至分支点(20)的提取管道(14)，在分支点上还连接有一压力脉冲管道(26)和一连接管道(42)。

15．如权利要求7至14中任一项所述的装置，其特征在于，所述液体进入开孔(10)由带有光滑的进入口(62)和非光滑的排出口(66)的连接管(58)所构成。

16．如权利要求7至14中任一项所述的装置，其特征在于，所述液体进入开孔(10)由带有一切向连接管(74)和一轴向连接管(76)的空心圆柱状内室(72)所构成。

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