[实用新型]一种自启动式用于安全壳内氢气浓度测量的取样分析装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种氢气浓度的取样分析装置，属于气体浓度分析测量技术领域。

背景技术

核电厂超基准事故工况和严重事故下安全壳内的气体组成是以空气与水蒸气为主，含有氢气及其他气体的高温高湿混合性气体。氢气的来源：1)事故早期，锆-水反应高速率地产生氢气；2)事故中后期，水的辐照分解、堆芯融溶物和混凝土的反应，也会产生大量氢气。事故工况下，反应堆放出大量的热量，安全壳内的温度可高达180℃，同时产生大量的水蒸气。水蒸气和氢气的含量随着事故的进程不断变化。为了避免发生破坏安全壳完整性的氢爆燃事故，必须通过测量氢气体积浓度的方式对氢气聚集状态进行监视，以便采取适当的预防措施。

对于类似安全壳的密闭空间，目前有两种测量方式：

一种是将分析传感器直接安装在安全壳内测量氢气浓度，传感器需要耐受安全壳内高温、高压、高湿、高辐照的环境条件，而面对可能产生的各种突发事件的危险，研制高可靠性、高安全性的传感器和在使用中如何进行维护保养都是世界范围内核电领域还待研究和解决的难题，尚没有成熟产品；

另一种是将气体从安全壳内抽出，送到安全壳外的测量系统完成气体预处理和气体浓度分析，测量后的气体无泄漏地返回安全壳。对于氢气类有爆炸危险的气体，选择防爆型分析传感器提高测量的安全性。抽出式浓度测量装置通过结构设计和流程设计可以很好地满足核电站氢气测量安全性和抗震性能的要求，在安全壳外定期的维护、保养可以保证事故发生后执行连续测量功能。本技术方案正是基于此种抽出式浓度测量方式提出的方法。

目前氢气体积浓度的分析方法主要以热导原理、电化学原理、催化反应原理为主。利用这些原理的传感器对测量介质的状态存在局限，温度范围为50℃以下，相对湿度范围为85％RH以下，流量和压力也有限制。国内外目前已安装使用的核电厂抽出式氢气测量装置多采用基于热导、电化学原理的气体分析传感器。

在核电厂工况下，安全壳内气体作为测量介质，为了保证上述分析气体分析传感器的正常工作和准确测量，必须将安全壳内高温高湿并有一定压力的气体进行冷却、降压、除湿等预处理，转变为传感器能够处理的介质后，才能测量氢气体积浓度。相对于安全壳内的高温高湿的“湿态”气体条件(因为其中含有水蒸气)，冷却除湿等预处理后的气体可暂称为“干态”气体(因为冷却后其中水蒸气凝结，所以气体中不含有水蒸气)。抽出式测量装置中安装的常见氢传感器用于分析自然环境条件下氢气组分的体积浓度，也就是“干态”气体中氢气体积浓度，因此要对抽取的含有水蒸气的高温高湿“湿态”被测气体进行预处理，“湿态”气体在预处理中的冷却过程中，随着温度不断降低，被测气体中所含水蒸气不断冷凝。当冷却至10～45℃时，绝大部分的水蒸气转化为液态水被析出，被测气体的总分子个数减少，而被测气体组分中的氢气在降温过程中无变化，分子个数保持不变。因而经过预处理过程，会造成“湿态”和“干态”下测得的氢气体积浓度发生变化，产生测量误差。

进一步解释，产生该测量误差是因为，安全壳可视为固定容积的密闭空间，某组分的体积浓度由该组分的分子个数与气体总分子个数的比值决定。由于经过预处理过程，气体组成发生了变化(其中水蒸气凝结析出)，很容易推知，“干态”下氢气的体积浓度较安全壳内的高温高湿度环境下的体积浓度是高的，测量结果存在较大误差，测量的准确性无法保证。并且水蒸气的含量直接影响测量的准确性，水蒸气含量越高，测量误差越大，反之，则测量误差越小。在事故状态及高水蒸气含量条件下，失去了测量的意义和目的。

美国Teledyne公司自60年代起专注于采样和分析反应堆事故状态下的气体成分，已开发出225CM系列氢气监测仪，在线分析反应堆安全壳中的氢气，例如监测冷却剂泄露事故(LOCA)或蒸汽管道断裂事故(SLB)时的氢气组分含量。该分析仪在发生事故时和事故后帮助核电厂运行人员确定反应堆损坏程度，从而确定采用哪些处理方案和措施，例如事故时激活氢气复合器和吹扫系统。