CN207052304U - 一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于核安全监测技术领域，涉及一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统。所述的监测系统包括安全壳、采样头、采样管线、电磁阀组、水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块、压缩机、返回管线，采样头为多个，设置在安全壳内的不同位置；采样管线连接每个采样头并在穿出安全壳后依次连接水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块；安全壳外的采样管线上设置有电磁阀组；通过与氢气与氧气浓度测量模块连接的返回管线上设置的压缩机的作用，将测量完浓度的安全壳内气体输送回安全壳内。利用本实用新型的监测系统，能够更加方便、准确的对严重事故下安全壳内气体的浓度进行监测，并防止监测过程带来的放射性物质外泄。

Description

一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统

技术领域

本实用新型属于核安全监测技术领域，涉及一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统。

背景技术

福岛核电站事故后，国家核安全局组织了对在建和在役核电厂的大检查，随后发布了相应的改进要求。改进要求中明确了要控制严重事故下安全壳内氢气燃烧/燃爆的风险，而严重事故下安全壳内气体浓度的监测是进行氢气风险控制的前提条件。

目前核电厂使用的严重事故后安全壳内气体浓度监测系统主要分为壳内监测和壳外监测两种系统。

壳内监测系统的优点是测量装置相对简单，只需要在安全壳内安装传感器，然后通过电缆将测得信号传到壳外机柜。但壳内监测系统缺点也很明显，首先是安全壳内传感器暴露在严重事故下的高温、高压、高辐射以及高气溶胶环境下，性能不容易得到保证；其次是其信号传输受限于电缆，需要使用经过严重事故环境条件鉴定的电缆。

壳外监测系统是指将安全壳内气体导出到安全壳外，通过布置在安全壳外的传感器对气体浓度进行监测。壳外监测系统避免了严重事故下安全壳内高温、高压、高辐射以及高气溶胶环境对传感器性能的影响，保证了测量的精度。

综上所述，鉴于安全壳内气体浓度的壳内监测系统的问题及壳外监测系统的优点，亟需设计一种壳外监测系统，来满足严重事故条件下安全壳内气体浓度监测的需要，从而对氢气燃烧/燃爆风险进行控制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，以能够更加方便、准确的对严重事故下安全壳内气体的浓度进行监测，并防止监测过程带来的放射性物质外泄。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，所述的监测系统包括安全壳、采样头、采样管线、电磁阀组、水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块、压缩机、返回管线，

所述的采样头为多个，设置在所述的安全壳内的不同位置；

所述的采样管线连接每个所述的采样头并在穿出所述的安全壳后依次连接所述的水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块(采样气体被自采样管线引出安全壳后，采取先测水蒸汽浓度，将水蒸汽冷凝之后再测氢气与氧气浓度的测量流程，可以克服水蒸汽的存在会对氢气浓度的测量造成影响的问题)；

安全壳外的所述的采样管线上，在所述的水蒸汽浓度测量模块前设置有所述的电磁阀组，以轮流开启其中的电磁阀(保证同一时刻只有一个电磁阀处于开启状态)实现轮流采样测量气体中的水蒸汽、氢气、氧气浓度；

通过与所述的氢气与氧气浓度测量模块连接的所述的返回管线，利用所述的返回管线上设置的所述的压缩机的作用，将测量完浓度的安全壳内气体输送回所述的安全壳内。

在一种优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的采样管线为毛细金属管，每个所述的采样头配备一根所述的采样管线。

在一种优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的采样管线上设有加热措施，以防止采样过程中气体中的水蒸汽冷凝，保证浓度测量的精度。

在一种优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的监测系统还包括恒温恒压系统，用于将所述的水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块置于其中，保证所述的水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块良好的运行环境及测量的精度。所述的恒温恒压系统通过一系列容积箱、电动阀、背压阀的组合使用实现恒压环境，通过伴热的方式实现恒温环境。

在一种优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的监测系统还包括设置在所述的安全壳上的贯穿件，所述的采样管线通过所述的贯穿件穿出所述的安全壳，所述的返回管线通过所述的贯穿件穿入所述的安全壳。

在一种更加优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的采样管线和所述的返回管线共用一个所述的贯穿件，以保证安全壳的密封。

在一种优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的监测系统还包括设置在所述的采样头上的防水罩和过滤器，用于防止水和气溶胶进入所述的采样管线。

在一种优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的监测系统还包括在所述的电磁阀组前接入所述的采样管线的采样管线反吹扫管线和其上设置的采样管线反吹扫控制电磁阀组，用于在开启所述的采样管线反吹扫控制电磁阀组，关闭所述的电磁阀组后，通过所述的采样管线反吹扫管线通入高压氮气对所述的采样头进行吹扫，以保证所述的采样头的清洁。

在一种优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的监测系统还包括与所述的水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块依次连接的数据处理模块(用于进行数据处理和显示)、主控室(用于进行显示和监控)。

在一种优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的监测系统还包括设置在所述的返回管线上的缓冲罐，其底部用于收集返回气体中水蒸汽组分的冷凝水。

在一种更加优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的监测系统还包括设置在水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块之间的水蒸汽冷凝器，用于冷凝去除测量完水蒸汽浓度后采样气体中的水蒸汽。

在一种更加优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的监测系统还包括冷凝水收集箱，用于收集所述的水蒸汽冷凝器中的冷凝水。

在一种更加优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的监测系统还包括冷凝水疏放管线与冷凝水疏放阀，所述的冷凝水疏放管线一端连接所述的冷凝水收集箱，另一端连接所述的缓冲罐，通过开启设置在所述的冷凝水疏放管线上的所述的冷凝水疏放阀，将所述的冷凝水收集箱中收集的冷凝水导入所述的缓冲罐。

在一种更加优选的实施方案中，本实用新型提供一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其中所述的监测系统还包括连接所述的返回管线的冷凝水回吹管线和其上设置的冷凝水回吹控制电磁阀，用于在开启所述的冷凝水回吹控制电磁阀后，通过所述的冷凝水回吹管线通入高压氮气将所述的缓冲罐底部的冷凝水回冲到所述的安全壳内。所述的冷凝水回吹管线连接所述的缓冲罐的底部。

本实用新型的有益效果在于，利用本实用新型的反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，能够更加方便、准确的对严重事故下安全壳内气体的浓度进行监测，并防止监测过程带来的放射性物质外泄。

本实用新型通过采样管线上的电磁阀组轮流动作实现了轮流采样测量；通过安全壳外恒温恒压系统提供的恒温恒压环境保障了水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块良好的运行环境，确保了测量的精度；在进行氢气和氧气浓度测量之前，通过水蒸汽冷凝器将混合气体中的水蒸汽冷凝并去除，消除水蒸汽的存在对氢气浓度测量的影响；水蒸汽冷凝器冷凝后的水收集于冷凝水收集箱中，最终排入缓冲罐的底部空间；整个采样气体中水蒸汽冷凝产生的冷凝水汇集于缓冲罐底部，并通过冷凝水回冲系统返回安全壳内；通过高压氮气对采样管线进行反吹扫，保证了采样头及其上过滤器的清洁。本实用新型的监测系统属于安全壳外监测系统，测量回路为一闭合回路，可以在防止放射性物质外泄的同时避免严重事故下安全壳内高温、高压、高辐射以及高气溶胶环境对气体浓度测量的影响。

附图说明

图1为示例性的本实用新型的反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统的组成示意图。

图2为示例性的本实用新型的反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统中高压氮气反吹扫采样管线系统工作原理示意图。

图3为示例性的本实用新型的反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统中缓冲罐冷凝水回冲系统工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作出进一步的说明。

示例性的本实用新型的反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统的组成如图1所示，包括安全壳1、采样头2、采样管线3(为毛细金属管，每个采样头2配备一根采样管线3)、贯穿件4、电磁阀组5(包括与每个采样头2相连的每根采样管线3上都装有的电磁阀)、恒温恒压系统、水蒸汽浓度测量模块6、水蒸汽冷凝器7、氢气与氧气浓度测量模块8、缓冲罐9、压缩机10、返回管线11、数据处理模块12、主控室13、冷凝水收集箱14、冷凝水疏放管线、冷凝水疏放阀15、采样管线反吹扫管线、采样管线反吹扫控制电磁阀组16、冷凝水回吹管线、冷凝水回吹控制电磁阀组17。其中采样头2、采样管线3、贯穿件4、电磁阀组5、恒温恒压系统、缓冲罐9、压缩机10、返回管线11构成一个闭合回路，使得被测气体测量完成后重新返回安全壳1内，防止放射性物质外泄。

采样头2为多个，设置在安全壳1内的不同位置，以对安全壳1内不同位置的气体进行轮流采样。每个采样头2上设置有防水罩和过滤器。过滤器的作用是过滤安全壳1气体中的气溶胶，避免气溶胶堵塞采样管线3而对最终测量精度造成影响。防水罩的作用是防止喷淋水或冷凝水进入采样管线3。

采样管线3连接每个采样头2并在穿出安全壳1后依次连接水蒸汽浓度测量模块6、氢气与氧气浓度测量模块8。水蒸汽浓度测量模块6、氢气与氧气浓度测量模块8分别用于测量水蒸汽、氢气与氧气浓度，它们均置于恒温恒压系统中。恒温恒压系统通过一系列容积箱、电动阀、背压阀的组合使用实现恒压环境，通过伴热的方式实现恒温环境，以用于保证水蒸汽浓度测量模块6、氢气与氧气浓度测量模块8良好的运行环境及测量的精度。

水蒸汽浓度测量模块6、氢气与氧气浓度测量模块8分别依次连接数据处理模块12(用于进行数据处理和显示)、主控室13(用于进行显示和监控)。

安全壳1外的采样管线3上，水蒸汽浓度测量模块6前设置有电磁阀组5，以轮流开启其中的电磁阀实现水蒸汽浓度测量模块6、氢气与氧气浓度测量模块8轮流采样测量气体中的水蒸汽、氢气、氧气浓度。

通过与氢气与氧气浓度测量模块8连接的返回管线11，利用返回管线11上设置的压缩机10的作用，将测量完浓度的安全壳1内气体输送回所述的安全壳1内。

贯穿件4设置在安全壳1上，采样管线3通过贯穿件4穿出安全壳1，返回管线11通过贯穿件4穿入安全壳1，且采样管线3和返回管线11共用一个贯穿件4。

缓冲罐9设置在返回管线11上。缓冲罐9的底部空间用于收集返回气体中水蒸汽组分的冷凝水，压缩机10的进口连接于缓冲罐9的中上部，防止冷凝水进入压缩机10。

水蒸汽冷凝器7设置在水蒸汽浓度测量模块6、氢气与氧气浓度测量模块8之间，用于冷凝去除测量完水蒸汽浓度后采样气体中的水蒸汽。冷凝水收集箱14连接水蒸汽冷凝器7，用于收集水蒸汽冷凝器7中的冷凝水。冷凝水疏放管线一端连接冷凝水收集箱14，另一端连接缓冲罐9，通过开启设置在冷凝水疏放管线上的冷凝水疏放阀15，将冷凝水收集箱14中收集的冷凝水导入缓冲罐9。

在核电站严重事故发生时，该监测系统投入运行，采样管线3上电磁阀组5动作，保证每次只有一个采样头2处于工作状态。采样头2采集安全壳1内气体，通过采样管线3送入到位于恒温恒压系统中的水蒸汽浓度测量模块6中。测量完水蒸汽浓度后气体中的水蒸汽在水蒸汽冷凝器7中被冷凝去除，然后去除水蒸汽的待测气体进入到氢气与氧气浓度测量模块8中。气体浓度采集完成后通过压缩机10，气体经由返回管线11返回安全壳1内。一个点的采样测量完成后，采样管线3上电磁阀组5动作开始下一个采样点的采集工作，在下一个采样点的采集工作开始之前保证压缩机8工作一段时间以完全排除恒温恒压环境中残留的上一次采样的气体，保证测量的精度。

如图2所示，在电磁阀组5前设置接入采样管线3的采样管线反吹扫管线和其上设置的采样管线反吹扫控制电磁阀组16。在需要对采样头2进行吹扫时，高压氮气反吹扫系统投入运行。开启采样管线反吹扫控制电磁阀组16，控制轮流采样的电磁阀组5中的各电磁阀关闭，通过采样管线反吹扫管线通入高压氮气对采样头2上的气溶胶等附着物进行吹扫，以保证采样头2的清洁。高压氮气由高压氮气瓶提供。

如图3所示，通过开启冷凝水疏放阀15，将冷凝水收集箱14中收集的冷凝水导入缓冲罐9。冷凝水回吹管线连接返回管线11，其上设置有冷凝水回吹控制电磁阀17。在需要对冷凝水进行回冲时，冷凝水回冲系统投入运行。开启冷凝水回吹控制电磁阀17后，通过冷凝水回吹管线通入高压氮气将缓冲罐9底部的冷凝水(包括从冷凝水收集箱14导入的冷凝水)回冲到安全壳1内。冷凝水回吹管线连接缓冲罐9的底部。高压氮气由高压氮气瓶提供。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。上述实施方式只是对本实用新型的举例说明，本实用新型也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本实用新型的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本实用新型的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本实用新型的范围内。

Claims (10)

1.一种反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，其特征在于，所述的监测系统包括安全壳、采样头、采样管线、电磁阀组、水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块、压缩机、返回管线，

所述的采样头为多个，设置在所述的安全壳内的不同位置；

所述的采样管线连接每个所述的采样头并在穿出所述的安全壳后依次连接所述的水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块；

安全壳外的所述的采样管线上，在所述的水蒸汽浓度测量模块前设置有所述的电磁阀组，以轮流开启其中的电磁阀实现轮流采样测量气体中的水蒸汽、氢气、氧气浓度；

通过与所述的氢气与氧气浓度测量模块连接的所述的返回管线，利用所述的返回管线上设置的所述的压缩机的作用，将测量完浓度的安全壳内气体输送回所述的安全壳内。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的监测系统还包括恒温恒压系统，用于将所述的水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块置于其中，保证所述的水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块良好的运行环境及测量的精度。

3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的监测系统还包括设置在所述的安全壳上的贯穿件，所述的采样管线通过所述的贯穿件穿出所述的安全壳，所述的返回管线通过所述的贯穿件穿入所述的安全壳。

4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的监测系统还包括设置在所述的采样头上的防水罩和过滤器，用于防止水和气溶胶进入所述的采样管线。

5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的监测系统还包括在所述的电磁阀组前接入的所述的采样管线的反吹扫管线和其上设置的采样管线反吹扫控制电磁阀组，开启所述的反吹扫控制电磁阀组后，通过在所述的采样管线反吹扫管线中通入高压氮气对所述的采样头进行吹扫。

6.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的监测系统还包括与所述的水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块依次连接的数据处理模块、主控室。

7.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的监测系统还包括设置在所述的返回管线上的缓冲罐，其底部用于收集返回气体中水蒸汽组分的冷凝水。

8.根据权利要求7所述的监测系统，其特征在于：所述的监测系统还包括设置在水蒸汽浓度测量模块、氢气与氧气浓度测量模块之间的水蒸汽冷凝器及连接所述的水蒸汽冷凝器的冷凝水收集箱，

所述的水蒸汽冷凝器用于冷凝去除测量完水蒸汽浓度后采样气体中的水蒸汽；

所述的冷凝水收集箱用于收集所述的水蒸汽冷凝器中的冷凝水。

9.根据权利要求8所述的监测系统，其特征在于：所述的监测系统还包括冷凝水疏放管线与冷凝水疏放阀，所述的冷凝水疏放管线一端连接所述的冷凝水收集箱，另一端连接所述的缓冲罐，通过开启设置在所述的冷凝水疏放管线上的所述的冷凝水疏放阀，将所述的冷凝水收集箱中收集的冷凝水导入所述的缓冲罐。

10.根据权利要求7所述的监测系统，其特征在于：所述的监测系统还包括连接所述的返回管线的冷凝水回吹管线和其上设置的冷凝水回吹控制电磁阀，在开启所述的冷凝水回吹控制电磁阀后，通过在所述的冷凝水回吹管线中通入高压氮气将所述的缓冲罐底部的冷凝水回冲到所述的安全壳内。