[发明专利]流动状态的监测器

说明书

本发明的背景

本发明的范围

本发明通常是关于流动状态的监测系统和方法。特别是，本发明关于在核动力装置中循环的冷却剂和其它介质的流动状态的监测系统和方法。

相关技术的描述

在压水堆(PWR)核电站中，基本上为含硼水的冷却介质连续地流过一个位于核反应堆和一个或多个蒸发器之间的封闭回路。

在发电时，带压的冷却剂吸收反应堆中产生的热核反应所释放出来的热量。加热的冷却剂然后流过被恰当地称之为循环回路“热段”的主管道。热段将热的冷却剂送到蒸发器。

在蒸发器中，冷却剂流过热交换器。热交换器冷却冷却剂并用从冷却剂中交换过来的热量来产生蒸汽。蒸汽最终用来驱动透平发电。

在循环的冷却剂被热交换器冷却后，循环泵将冷却剂从蒸发器中经“吸入段”并通过“冷段”和进口端使其回到反应堆中。冷却剂然后在反应堆中被再次加热并重复该循环。

冷却剂循环流过一个或多个回路对电站的运行是重要的。它不仅将热能传给蒸发器，在蒸发器中该能量被用于产生驱动透平的蒸汽，而且循环的冷却剂还防止反应堆中的堆芯过热。

包括蒸发器在内的核电站的系统需要定期的维修。特别是，必须检查流体循环系统以防止潜在的弱化，必须安装人孔隔板并将其从蒸发器中移开以便在干燥的环境中检查和维修。

为了安装和移动喷嘴隔板，冷却剂必须从蒸发器中排放掉。这就要求降低主回路以及热段或主管道中的液位。在被称之为停堆维修的操作期间，冷却剂不断地被来自反应堆堆芯的衰变热加热，并由另一个热交换器以及称之为“停堆冷却系统”的辅助循环系统来冷却。

为了降低停堆后的反应堆系统中的冷却剂水位以便反应堆换料及能够对降下来的水位之上的部分系统进行维修操作，该水位必须受到控制并维持一个最低的液位和流量以不断地提供充分的堆芯冷却。该最低液位大约在反应堆冷却剂系统主回路管道(热段)的中间并且一般被称之为“中平面回路”。

在中平面回路操作期间，冷却剂流过系统冷却堆芯。通常有一根或者多根排放管线与一个或者多个主回路管道或管段的下部区域相连，将加热的水从堆芯引出来被停堆冷却系统中另外的热交换器冷却，然后将被冷却的水循环到反应堆进口再次进入堆芯。

在中平面操作期间，如果水位降低得太低或者如果排放的流量过大，在排放管线中可能会形成Coriolis效应的漩涡。这样的漩涡是不希望有的，因为它限制了冷却剂流从系统中的排放流量并最终会导致排放泵的气蚀。两种效果都会引发对堆芯连续冷却的担心。

目前，避免漩涡形成的方法是靠保持水位尽可能的高和/或减少流量，这就出现了需要降低水位以便维修操作和需要保持高水位和足够高的流量以便堆芯安全冷却之间的矛盾。使用中平面回路监测系统是对水位监测和所形成的漩涡状态的进行推断。

在核反应堆中，人们已经对停堆冷却系统的可靠性给予了很多关注，特别是在反应堆冷却剂系统中平面回路水位的运行期间。在典型的压水堆(PWR)核蒸汽供应系统中平面回路的运行时，例如安装和移开蒸发器入孔隔板，可能是一个非常困难的操作过程，事实上该水位容许的误差为正负1英寸(+/-1”)。Robert P.Harvey在美国专利No.5,861,560中公开了一种漩涡监测系统来检测空气漩涡和气蚀现象，因此改善了停堆冷却系统的可靠性。然而Harvey的漩涡监测系统在能力和用途方面受到限制，因为它只是依靠传统的超声波流量计中断信号来触发表示漩涡状态的报警信号。Harvey的漩涡监测系统不能或者不适用于监测流过核反应堆的其他各种介质流动状态，例如液位、事故工况下产生的所夹带的固体颗粒、介质中所夹带的能凝结的或者不能凝结的气泡等等。Harvey的漩涡监测系统只用一个传感器并且只寻找在排放管线中漩涡的状态。

本发明概述

本发明提供了一种核反应堆中的流动状态的监测系统和方法，它依靠声波来监测各种流动状态，包括介质中所夹带的能凝结的或者不能凝结的气泡的存在、自由表面的存在和液位、回转流动或者漩涡形态的存在、夹带的固体颗粒的存在以及其它各种流动状态。该系统使用已知的流动状态的声波特性数据库，和将检测到的正在受到监测的声音信号和已知的各种流动状态的特性进行比较的处理器。该处理器使用各种辨别手段，例如改变和衰减所发射的信号，来帮助翻译、比较和标识流动状态。