CN1233341A

CN1233341A - 用于核电站的液位测量仪

Info

Publication number: CN1233341A
Application number: CN97196950A
Authority: CN
Inventors: D·M·马特森
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1996-08-01
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 1999-10-27
Anticipated expiration: 2017-01-13
Also published as: AU2921397A; US5881117A; KR20000029443A; WO1998006105A1; CN1161795C

Abstract

一个具有上部和下部的测量室(18),与一个具有顶部和底部的水平管(12)大致处于同一高度上由一个平衡管(14)将管(12)的顶部和测量室(18)的下部流体相通地连接在一起。由一个取样管(16)将管(12)的底部和测量室(18)的下部流体相通地连接在一起。由接合热电偶(22)发出一个信号,指示测量室(18)中的液位与管(12)中的液位相同。由线(24)将该信号传至一个位于远处的位置。

Description

用于核电站的液位测量仪

本发明涉及一种用于核电站的液位指示仪。具体地讲，本发明使得远距离的观察人员能够监测位于核电站的热支管中的水位，此时，其中的水位必须降低以便进行维修，但又要保持足够高的水位，以便连续冷却反应堆堆芯。

图3是采用了本发明的核电站的局部示意图。在这种核电站中，流体在位于核反应器40和蒸汽发生器45之间的循环管路中被连续传递。

在动力生产期间，由加压流体吸收在反应器40中发生的热核反应所释放的热量。随后，加热的流体流经管12，该管已知为所述流体循环管路的热支管。由该热支管12将热液体输送至蒸汽发生器45。

在所述蒸汽发生器45中，流体通过一个热交换器(未示出)循环。该热交换器冷却流体并利用从该流体中放出的热量产生蒸汽。这些蒸汽最终被用于驱动汽轮机并产生电力。

在循环流体被热交换器冷却之后，由一个循环泵(未示出)将流体从蒸汽发生器45中经管44排出，并经入口46将其送回反应器40。所述流体在反应器40中被再次加热，并重复上述循环。

从几个方面来看。流体的这种循环对于核电站的运行来说都是很重要的。循环的流体不仅将热能输送到蒸汽发生器，在这里热能可被用于产生电力，而且，循环的流体还起着冷却剂的作用，由它防止反应器40中的反应堆堆心发生过热。

核电站系统，尤其是蒸汽发生器需要定期保养。具体地讲，必需检查流体循环系统可能有的潜在隐患，必需安装喷嘴阀，并将其从蒸汽发生器上拆除，以便可以在干燥环境下对其进行检查和保养。

为了安装和拆出喷嘴阀，必须排出蒸汽发生器45中的流体。这需要降低所述循环回路中的液位，并因此降低热支管中的液位。在这一保养过程中，流体继续被反应器40加热，但是由另一个热交换器(未示出)进行冷却的。

为安全起见，在上述保养期间准确了解循环回路中的液位是至关重要的。如果液位不够低，在蒸汽发生器42中从事喷嘴阀安装和拆除的工人会被水泡着。另一方面，如果液位下降过多，剩下的流体将不能适当冷却反应器40。

由于热支管大体上处在一个水平面上并直接与反应器40相连，在系统维修期间，这里是对循环回路中的液位进行监视的理想部位。现有的监测核电站的液位的方法已被证实是不适当的。这些方法要么不能精确测定液位，要么不能从远离现场的位置监测液位，如在核电站的控制室48进行监测，在维修期间，需要在这里对其它安全装置和电站运行的其它参数进行监测。

本发明的主要目的是提供一种可准确、连续地测定核电站的流体循环系统的热支管中的液位的装置。

本发明的再一个目的是可以在一个诸如控制里的远离现场的位置监视液位的测定。

本发明的另一个目的是可以在核电站的运行和保养的全过程中进行监视。

本发明的又一个目的是可以将一个测量系统永久性地安装在所述热支管上。

本发明还有一个目的是提供一个可以选择性地同所述热支管隔离的液位测量系统。

本发明的其它目的、优点和新的特征将在以下说明书中提出或者本领域技术人员通过阅读这些材料或实施本发明可以了解。通过所附权利要求中所述的方法可以实现上述目的和优点。

为了实现上述及其它目的，本发明的中间回路液位监测仪包括一个远距离室，该室与所述热支管里流体连通状态，以便测量所述流体循环系统中的液位。

具体地讲，一个构成测量室的远距离箱处在大体上与所述热支管相同的高度上。一个取样管从热支管的底部延伸至测量室的下部，并有一个平衡管从热支管的顶部延伸至测量室的上部。其结果是测量室中的液位大体上与所述管中的液位相同。

在测量室中有诸如加热的接合热电偶的装置，用于测定所述测量室中的液位。还可以使用其它液位测量系统。

在取样管和平衡管上分别装有隔离阀，以便将测量室同热支管分隔开。当核电站工作发电时，这些隔离阀保证所述液位监视仪留在测量室中而不会对电站的运行造成任何破坏。在核电站满负荷运行时，这些隔离阀还可用于保护测量室中的液位监测仪免受在所述热支管中运行的液体压力和热量的损害。

另外，由于测量室中的液位等于热支管中的液位，只要测量和热支管大体位于同一高度上，该测量室和液位监测仪即可位于远离热支管处。

这使得测量室位于某个便于接近的扬所，以便进一步有利于液位监测仪的维修。

附图用于解释本发明，并且是说明书的一部分。附图与下列说明书一起对本发明的原理进行说明和解释。其中：

图1是中间回路液位监测仪的局部剖视图；

图2是与热支管的支管连接的如图1所示的中间回路液位监测仪；

图3是用于核电站上的图1所示中间回路液位监测仪的示意图；

图4是包括若干液位监测仪的中间回路液位监测仪的局部剖视图。

图1是一个中间回路液位监测仪10的局部剖视图，该监测仪与核电站上的流体循环系统的热支管连接。将一个测量室18设置在大体上与热支管12相同的高度上，并通过都是由不锈钢制成的一个平衡管14和一个取样管16与热支管12连接。

优选地是，测量室18为圆形，由不锈钢制成，大约3-6英尺长，直径为12-16英寸，明一个扁平的顶部和半球形的底部。半球形的底部是为了方便排水。室18的最佳直径视所使用的液位监测仪的类型而定。室18的最佳长度取决于取样管和平衡管是直接与热支管12连通还是与反过来又和热支管12连接的支管连接(图2)。

测量室18的底部包括一个由阀8控制的排水管9。优选地，该排水管由室18的半圆形底部中央垂直引出。经常排水和对该室进行冲洗可防止残余物的聚积。测量室18的上部可以包括一个由阀6控制的通风管7。通风管7可以开放，以使测量室18与大气相通。

由平衡管14构成从热支管12的顶部到测量室18上部的流体连接，以平衡管12和室18中的空气压力。由取样管将热支管12的底部和测量室18的下部呈流体连通地连接在一起，使流体能从热支管12流至测量室18。

优选地，取样管16在所述半圆形底部的上方沿一条与室18主体相切的直线与测量室18连接。对位于北半球的核电站来说，所述切线通向室18的左侧，而对于位于南半球的核电站来说，所述切线通向其右侧。这样使得因地球转动所产生的自然科氏力有助于排干并冲洗测量室18。

所示的流体20部分填充热支管12和测量室18。在测量室18中装有一个液位指示仪。在本发明的优选实施方案中，流体20是水，而液位指示仪是水位监测仪22。

平衡管14必须足够大，以确保在测量室18和热支管12中存在大体上相等的空气压力。如果测量室18和热支管12之间的空气压力明显改变，测量室18中的水位将不同于热支管12中的水位。

如果全系统中的空气压力都大体上相同，而且测量室18和热支管12大体上处于同一高度，则测量室18中的水将升至与热支管12中的水相同的高度。因此，通过用水位监测仪22监测测量室18中的水位，就可以确定热支管12和整个水循环系统中的水位。

不过，当热支管12中完全充满水时，不可能有平衡的空气压力，而且水位监测仪22不可能提供精确的监测。在这种情况下，可以用阀26和28将测量室18隔离，尽管这样做并不是必要的。

水位监测仪22由间隔很近的加热的接合热电偶(HJTCS)组成，该监测仪以温度梯度形式指示测量室18中的水位。

HJTC包括一个加热导线的热电偶。由加热导线提供热量，这些热量发散到周围环境中去。由加热导线产生的热量就这样升高了其周围和热电偶的温度。该热电偶的电学特征的变化与温度成正比。这样，所述热电偶即可产生一个指示温度的电信号。

在本发明中，每一个热电偶及其附属的加热导线要么在蒸汽环境中，要么在水的环境水，这要取决于测量室18中的水位。如果所述导线和热电偶处在蒸汽环境中的话，该加热导线能比在由水包围的环境中更多地提高相关热电偶的温度。

为了确定一个热电偶是在蒸汽中还是在水中，将所述热电偶的电学特性与参考热电偶的电学特性进行比较，参考热电偶不与加热导线相连，但它接近与加热导线相连的热电偶。如果与加热导线相连的热电偶处于蒸汽中，则该热电偶与参考热电偶的温差将大于热电偶和加热导线处于水中时的温差。上述比较的结果可以确定与加热导线相连的热电偶在蒸汽中还是在水中。因此，如果热电偶的高度是已知的，便可获得有关水位的信息。

在另一种实施方案中，使用了两个参考热电偶。一个热电偶位于测量室18中的水位传感器22的顶部，而另一个位于传感器22的底部。一般，上部参考传感器位于蒸汽中，而下部参考传感器位于水下。这样，通过将其电学特性和以上两个参考热电偶进行比较即可确定是否有任何热电偶位于蒸汽中或是水中。这种实施方案减少了所需的参考热电偶数和相关的电线。

如图1所示，通过将若干HJTC在测量室18中垂直排列成已知高度，并通过确定其中的哪一个是在水中，哪一个在水面上并由蒸汽环绕，可以整体形式高精度地确定测量室18和循环系统中的水位。在该优选实施方案中，使用了12个HJTC，其中，由上部和下部HJTC构成参考热电偶。

在测量室18里的支承管上安装有垫片，由这些垫片将HJTC垂直隔开诸如1英寸的距离。由HJTC之间的垫片和垫片周围的HJTC的径向间隙产生足够的距离，使一个HJTC的热电偶不会受到另一个HJTC的加热导线的影响。

如图4所示，如果水位监测仪22包括若干排HJTC的话，可以更精确地测出循环系统中的水位。在每一排中，各个HJTC一直处在已知高度上，并分开至少1英寸。不过，通过错开各排的高度，以至各个HJTC的高度，可以更精确地测出水位。由于HJTC必需被垂直隔开，交错的HJTC排必需间隔充分，以防止每一个HJTC的加热导线影响相邻HJTC的热电偶。

来自HJTC的指示测量室18中的水位的信号沿线24传递到一个位于远处的位置。优选HJTC，这是因为它们可以连续正常工作，而不会被系统压力(大约50psi)和温度(70-212°F)损坏，在核电站工作时在其水循环回路中会出现这种压力和温度。

由于难于做到使热支管12和测量室18的高度精确相等，可以设置一个可调垫片，以调节水位传感器22在测量室18中的高度。各个HJTC应位于特定高度上，其允许误差为±0.125英寸。

在本发明的一种优选实施方案中，液位监测仪10还包括分别沿平衡管14和取样管16设置的隔离阀26。28。这些阀可被用于将测量室18和热支管12选择性地隔开。这使得在核电站运行并有加压热水流过热支管12的同时对测量室18进行维修。优选地，阀26和28各自为一系列双电磁阀，这些阀可以遥控启动。

测量室18可以位于远离热支管12的部位，只要该部位大致位于与热支管12大致相同的高度即可。测量室18甚至可位于完全和热支管12分隔的室中。优选的是，测量室18被安装在一个生物学隔板上，并由该隔板与所述热支管分离。或者，也可将所述测量室18安装在与所述生物学隔板相隔一定距离的抗震平台上。

将平衡管14和取样管16连接在热支管12上的优选位置大致位于热支管12的纵向中部。这种连接可以提供水位在热支管12中的最好标志。

某些核电站系统包括一个以上的热支管。在这种核电站系统中，应当为每一个热支管12设置一个测量室18。

在本发明的测量室18中，可以用其它类型的水位监测装置取代一个或几个HJTC排。例如：可以使用一个浮式传感器、一个压差(德尔塔-P)传感器或一个超声传感器。

图2是本发明的液位监测仪10的第二种实施方案的局部剖视图。该第二种实施方案类似于图1所示的实施方案，不过，测量室18并不与热支管12直接连接。不同的是，如图2所示，二级管30和32与热支管12连接，而平衡管14和取样管16将测量室18与二级管30和32连接。

取样管16可以直接连接于下部二级管中的任一个上，这些二级管与热支管12的底部连接。这样的管可以已经存在于水循环系统中，例如，一个停机冷却管。类似地，平衡管14可以和二级上部管32中的任一个连接，该管连接于热支管12的顶部，例如，喘振管。

就所述第一种优选实施方案而言，平衡管和与之连接的二级管必需足够大，以确保热支管12和测量室18中的平衡空气压力。另外，隔离阀26和28可以将测量室18和热水系统的其余部分隔开，以实现在第一种实施方案中所述的相同目的。

图3是包括本发明的核电站的局部示意图。中间回路液位监测仪10大体上连接于沿热支管12的中部，该监测仪包括测量室18、平衡管14和取样管16。热支管12将反应器40和蒸汽发生器42连接在一起。

水在反应器40里的反应堆堆芯中被加热，并通过热支管12输送到蒸汽发生器42。通过将来自反应器的热水喷在热交换器(未示出)上产生蒸汽，所述交换器包括一个二级水循环回路。所述水由该热交换器冷却，通过一个泵(未示出)输送经由管44离开蒸汽发生器42，并经由入口46返回反应器40。这样，由所述水的通路形成一个封闭的循环回路。

有必要在核电站的停机期间对蒸汽发生器42的内部，特别是其下部端头45进行维修。由于反应器40和蒸汽发生器42的取向，所述热水管在一定高度上呈大体上的水平状态，以使管12的上部与端头45的一部分对齐。

其结果是，即使管12中的水位小有增加也会导致浸渍蒸汽发生器42的底部。类似地，水位很小的下降也会使循环系统中留下的水不足以充分冷却反应器40里的反应堆堆芯。充分冷却反应堆堆芯是至关重要的。

另外，如果热支管12中的水位降的太低，停机冷却吸水泵(未示出)将产生冷却水涡流，同时将热支管12中的水抽出。这种涡流可减弱冷却水流。结果，反应堆堆芯不能被水适当覆盖，而由涡流所产生的减弱的水流可能会使反应堆堆芯过热。

由于必须避免反应堆堆芯过热，重要的是控制室48中的操作人员要能监视循环系统中的水位，即使是在停机期间也是如此。因此，来自中间回路水位监测仪的指示水位的信号沿线24传递到控制面版50，在这里显示有关信息。这使得控制室48中的操作人员即使在停机期间也能全面监视循环系统中的水位，并对该监测系统进行控制。所述指示水位的信号也可以传输到一台计算机中，以便输入核电站的安全监测和显示系统。

上述说明只是用于解释和说明本发明。不应将其视为穷举或将本发明局限于所披露的具体形式。通过以上介绍，可以对本发明作出多种改进和改变。

选择并介绍所述优选实施方案是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用。上述说明是为了使本领域的其它技术人员能以各种实施方案并进行各种改进来最好地应用本发明，以适合于所期望的特定用途。希望本发明的范围由以下权利要求来限定。

Claims

1．一种液位监测仪，包括

一个具有上部和下部的主管；

一个与所述主管大致位于同一高度的测量室，该测量室具有一个上部和一个下部；

一个将所述主管的上部和测量室的上部呈流体相通地连接在一起的平衡管；该平衡管平衡所述主管和所述测量室中的空气压力；

一个取样管，它将所述主管的下部与所述测量室的下部呈流体相通地连接在一起，以使在测量室中形成的液位与主管中的液位高度相同；和

位于测量室里的装置，用于产生一个指示测量室中液位的装置。

2．如权利要求1的液位监测仪，还包括用于将信号传送至一个位于远处位置的装置。

3．如权利要求2的液位监测仪，其特征在于所述位于远处的位置是核电站的一个控制室。

4．如权利要求1的液位监测仪，其特征在于所述平衡管和所述取样管各自包括阀装置，用于将测量室和所述主管选择性地隔开。

5．如权利要求4的液位监测仪，其特征在于所述阀装置包括一系列双阀。

6．如权利要求4的液位监测仪，其特征在于所述阀装置可以是遥控启动的。

7．如权利要求1的液位监测仪，其特征在于所述用于产生指示测量室中液位的信号的装置包括一排垂直间隔的加热的接合热电偶，这些热电偶分别位于预定的高度。

8．如权利要求7的液位监测仪，其特征在于所述用于产生指示测量室中液位的信号的装置包括若干排垂直间隔的加热的接合热电偶，每个加热接合热电偶位于预定的高度上。

9．如权利要求8的液位监测仪，其特征在于所述每一个加热热电偶位于不同的高度上。

10．如权利要求1的液位监测仪，还包括：

一个与所述测量室的下部连接的排水管；和

一个控制所述排水管的阀。

11．如权利要求10的液位监测仪，其特征在于所述测量室的下部是一个半球。

12．如权利要求1的液位监测仪，还包括：

一个与所述测量室的上部连接的通风管，用于控制测量室中的空气压力；和

一个控制所述通风管的阀。

13．如权利要求1的液位监测仪，其特征在于所述取样管沿一条与所述测量室的表面相切的线连接于所述测量室。

14．如权利要求1的液位监测仪，还包括：

一个与所述主管的上部呈流体连通的二级上部管；和

一个与所述主管的下部呈流体连通的二级下部管；

其中，所述平衡管将所述二级上部管与所述测量室的上部呈流体连通地连接在一起；和

其中，所述取样管将所述二级下部管与所述测量室的下部呈流体连通地连接在一起。

15．如权利要求14的液位监测仪，其特征在于所述二级上部管是一个喘振管。

16．如权利要求14的液位监测仪，其特征在于所述二级下部管是一个停机冷却管。

17．如权利要求1的液位监测仪，还包括调节垫片装置，用于调节所述装置在测量室中的高度，以产生一个指示测量室中液位的信号。

18．一种用于核电站的液位监测仪，包括：

一个具有上部和下部的主管，它将一个反应器和一个蒸汽发生器呈流体连通地连接在一起；

一个测量室，它大体上与所述主管位于同一高度上，并具有一个上部和一个下部；

一个将所述主管的上部和所述测量室的上部呈流体连通地连接在一起的平衡管，并由它平衡所述主管和所述测量室中的空气压力；

一个将所述主管的下部和所述测量室的下部呈流体连通地连接在一起的取样管，以使在所述测量室中形成的液位与所述主管中的液位处于同一高度上；

所述测量室中的用于产生一个指示测量室中的液位的信号的装置；和

用于将所述信号传递给所述核电站的控制室的装置。

19．如权利要求18的液位监测仪，其特征在于所述测量室沿所述主管设置，大致位于所述反应器和所述蒸汽发生器的中间位置。

20．如权利要求18的液位监测仪，其特征在于所述控制室具有用于将所述信号显示在一台计算机监视器上的装置。