CN102997961B - 一种具有实时检测性能的消氢试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有实时检测性能的消氢试验装置，该装置能够在对消氢装置进行性能验证试验过程中，实时测量消氢装置的进、出口氢气浓度、温度以及进口风速和环境氢气浓度、环境氧气浓度、环境温度、环境压力等参数，从而为消氢装置在现场的运用提供有效的参考。本发明的消氢试验装置包括罐体、检测装置、供氢装置、供氧装置和冷却装置。供氢装置和供氧装置分别为罐体内的消氢装置提供所需的氢气和氧气。所述检测装置包括氢浓度分析仪、氧浓度分析仪、热电偶、压力变送器和风速计。检测装置中的各仪器通过路或连接座固定在罐身外圆周的法兰上，在本发明中通过合理布置各测量点的位置，以保证检测数据的有效性。

Description

一种具有实时检测性能的消氢试验装置

技术领域

本发明涉及一种消氢试验装置，具体涉及一种具有实时检测性能的消氢试验装置，属于核电试验系统技术领域。

背景技术

核电站安全壳内发生事故后，释放出大量氢气，氢气在安全壳内迅速累积，浓度逐渐增大，采用非能动氢复合器（简称PAR）来消除氢气，实现氢气浓度控制。为了保证PAR在现场使用的安全性及有效性，需对PAR的消氢性能进行测试。在PAR性能验证试验过程中，PAR进、出口氢气浓度、温度以及进口风速和环境氢气浓度、环境氧气浓度、环境温度、环境压力等参数均与PAR性能验证相关，需精确测量，且为了保证测量的有效性，各参数测点需合理布置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种具有实时检测性能的消氢试验装置，该装置能够在对消氢装置进行性能验证试验过程中，实时测量消氢装置的进、出口氢气浓度、温度以及进口风速和环境氢气浓度、环境氧气浓度、环境温度、环境压力等参数。

本发明的消氢试验装置包括罐体、检测装置、供氢装置、供氧装置和冷却装置，外围设备为待测试的非能动氢复合器。

所述罐体由上封头腔、上封头、罐身、下封头和下封头腔组成，非能动氢复合器固定在罐身的中心。

所述检测装置包括氢浓度分析仪、氧浓度分析仪、热电偶、压力变送器和风速计。为了固定检测装置，在罐身的外圆周上沿轴向均匀分布有三层或三层以上法兰阵列，每层阵列上沿周向均匀分布有三个或三个以上法兰，法兰用来固定检测装置的管路或连接座。在安装检测装置中的各仪器前先确定测量点的位置：

氢浓度测量点：为了检测PAR的消氢能力，在PAR进口处的中心位置和出口处的中心位置各设置一个氢浓度测量点；为了检测罐体内环境的氢浓度，分别在最上层法兰阵列所在平面、最下层法兰阵列所在平面及中间层法兰阵列所在平面上各设置有三个氢浓度测量点，每层法兰列阵上的三个氢浓度测量点的位置分别位于与PAR出口方向呈0°、90°和180°的直线上。在每个氢浓度测量点处安装一个氢浓度分析仪；氢浓度分析仪通过不锈钢管路固定在法兰上。

氧浓度测量点：氧浓度测量点在罐体内随机选取；在氧浓度测量点处安装氧浓度分析仪；氧浓度分析仪通过不锈钢管路固定在法兰上。

温度测量点：温度测量点的位置与氢浓度测量点的位置相同。在每个温度测量点处安装一个热电偶，热电偶通过连接座固定在法兰上。

压力测量点：分别在最上层法兰阵列所在平面、最下层法兰阵列所在平面及中间层法兰阵列所在平面上各设置有一个压力测量点，压力测量点的位置在上述三个平面上随机选取；压力变送器通过安装座安装在法兰上，同时压力变送器与固定在法兰上的不锈钢管相通，将所述不锈钢管延伸至罐体内所选取的压力测量点处，便可通过压力变送器测量所选取的压力测量点处的压力。

风速测量点：风速测量点设置在非能动氢复合器进口处，在风速测量点处安装一个风速计，风速计通过连接座固定在法兰上。

所述供氢装置包括环形管、五通管、进气管道、氢气罐和汇流排A。其中氢气罐和汇流排A布置在罐体外围，环形管水平固定在罐体的下封头腔内。其具体连接关系为：两个或两个以上氢气罐并联在汇流排A上，汇流排A通过进气管道与位于环形管中心的五通管连接。所述五通管包括一个进气口和四个出气口，进气口为五通管中心线上的竖直通口，出气口为均匀分布在进气口外圆周的水平通口。五通管的进气口与进气管道贯通，四个出气口分别与环形管贯通。环形管的上表面均匀分布有两个或两个以上透气孔，保证环形管上透气孔的面积和与进气管道的横截面面积相等。在下封头腔的外圆周加工有配液口，配液口的水平高度大于环形管上表面的水平高度，在下封头腔的底部加工有排液口。

所述供氧装置包括输气管道、氧气罐和汇流排B。氧气罐和汇流排B布置在罐体外围，两个或两个以上氧气罐并联在汇流排上，汇流排通过输气管道与罐体相贯通，从而为试验装置中的氢氧反应提供所需的氧气。

所述冷却装置包括两个或两个以上冷凝管，冷凝管在罐体的外圆周均匀分布。冷凝管的顶部焊接在上封头上，底部焊接在罐身下边缘或下封头上，冷凝管底部的拐角大于或等于90°。冷凝管的材料选用内衬不锈钢。为了便于对冷凝管的控制，在每个冷凝管上均安装有蝶阀。

本发明的工作原理为：试验前，向下封头腔内注水，使供氢装置中的供氢管浸没在水中。通过供氢装置向罐体内通入氢气，当罐体内的氢气浓度达到设定值后，向罐体内通入氧气，并调节氢气和氧气的流量，使氢氧浓度维持在所设定的浓度范围内，此时PAR开始工作，打开冷凝管上的蝶阀，使冷凝管处于贯通状态。通过检测装置中的仪器便可实时检测PAR在进行消氢反应PAR进、出口氢气浓度、PAR温度以及进口风速和环境氢气浓度、环境氧气浓度、环境温度和环境压力等参数。

有益效果

（1）本发明通过对各参数测量点的合理布置，使该装置能够精确有效的实时检测消氢装置性能验证试验过程中PAR进、出口氢气浓度、PAR温度以及进口风速和环境氢气浓度、环境氧气浓度、环境温度、环境压力，为消氢装置在核电站的现场运用提供有效的参考数据；

（2）通过环形管上表面均匀分布的透气孔向罐体内提供氢气，保证氢气能够均匀扩散；同时环形管上透气孔的面积和与进气管道的横截面面积相等，防止气体在进气管道内堆积；

（3）在本装置中，供氢用的环形管淹没在水中，从而使氢气从水中扩散出来，增加装置的安全性能。采用该方式供氢危险系数低、能耗低。

（4）本发明中的冷却装置无需借助外界的冷却介质，也无需较多的人为控制，直接通过罐体内部冷热空气的相互流通来达到冷却效果；结构简单，冷却效果好，无能耗；

（5）冷却装置中，在每个冷凝管上均安装有蝶阀，可对每个冷凝管进行单独控制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中测量点在各层法兰上的布局示意图；

图3为环形管的俯视图。

其中：1-上封头腔，2-上封头，3-罐身，4-下封头，5-下封头腔，6-环形管，7-配液口，8-排液口，9-冷凝管，10-蝶阀，11-五通管。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种具有实时检测性能的消氢试验装置，并将该装置运用在PAR的消氢性能验证试验中。如图1所示，该装置包括罐体、检测装置、供氢装置、供氧装置和冷却装置，外围设备为待试验的PAR。所述罐体由上封头腔1、上封头2、罐身3、下封头4和下封头腔5组成，在本实施例中，PAR固定在罐身3的中间位置。

所述检测装置包括氢浓度分析仪、氧浓度分析仪、热电偶、压力变送器和风速计。为了固定检测装置，在罐身3的外圆周上沿轴向均匀分布有五层法兰阵列，从上往下依次为A层、B层、C层、D层、E层和F层，每层阵列上沿周向均匀分布有六个法兰，法兰用来固定各测量点的管道或连接座。

各测量点的具体位置如图2所示：

氢浓度测量点：本实施例中共设置了十一个氢浓度测量点，在PAR进口处的中心位置和出口处的中心位置各设置一个氢浓度测量点；分别在A层法兰阵列所在平面、F层法兰阵列所在平面及C层法兰阵列所在平面上各设置有三个氢浓度测量点，每层法兰列阵上的三个氢浓度测量点的位置分别位于与PAR出口方向呈0°、90°和180°的直线上。在上述每个氢浓度测量点处固定一个氢浓度分析仪，所述每个氢浓度分析仪均通过不锈钢管道固定在与之相近且的法兰上。

氧浓度测量点：氧浓度测量点用于监控罐体中的氧浓度，以便及时补充氧气。氧浓度测量点在罐体内随即选取，本实施例中在D层法兰阵列所在平面上设置了一个氧浓度测量点，在氧浓度测量点处安装氧浓度分析仪，氧浓度分析仪均通过不锈钢管道固定在与之相近的法兰上。

温度测量点：本实施例中共设置了十一个温度测量点，其位置与氢浓度测量点的位置相同。在每个温度测量点处固定一个热电偶，将每个热电偶的连接座固定在与之相近的法兰上。

压力测量点：分别在A层法兰阵列所在平面、F层法兰阵列所在平面及C层法兰阵列所在平面上各设置有一个压力测量点，压力测量点的位置在上述三个平面上随即选取。在与每个压力测量点相近的法兰上通过安装座固定一个压力变送器，压力变送器与固定在法兰上的不锈钢管相通，将所述不锈钢管延伸到罐体内部至所选取的压力测量点处。

风速测量点：风速测量点设置在PAR进口处。在风速测量点处固定一个风速计，将风速计通过其连接座固定在与之相近的法兰上。

所述供氢装置包括环形管6、五通管11、进气管道、氢气罐和汇流排A。其中氢气罐和汇流排A布置在罐体外围，环形管6水平固定在罐体的下封头腔5内。其具体连接关系为：两个或两个以上氢气罐并联在汇流排A上，汇流排A通过进气管道与位于环形管6中心的五通管连接。所述五通管11包括一个进气口和四个出气口，进气口为五通管11中心线上的竖直通口，出气口为均匀分布在进气口外圆周的水平通口，如图3所示。五通管11的进气口与进气管道贯通，四个出气口分别与环形管6贯通。环形管6的上表面均匀分布有两个或两个以上透气孔，保证环形管6上透气孔的面积和与进气管道的横截面面积相等。在下封头腔5的外圆周加工有配液口7，配液口的位置高于环形管上表面，在下封头腔5的底部加工有排液口8。

所述供氧装置包括输气管道、氧气罐和汇流排B。氧气罐和汇流排B布置在罐体外围，两个或两个以上氧气罐并联在汇流排上，汇流排通过输气管道与罐体相贯通，从而为试验装置中的氢氧反应提供所需的氧气。

所述冷却装置包括两个或两个以上冷凝管9，冷凝管9在罐体的外圆周均匀分布。冷凝管9的顶部焊接在上封头2上，底部焊接在罐身3下边缘或下封头4上，冷凝管9底部的拐角大于或等于90°。冷凝管9的材料选用内衬不锈钢，为了便于对冷凝管9的控制，在每个冷凝管9上均安装有蝶阀10。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有实时检测性能的消氢试验装置，其特征在于，包括罐体、检测装置、供氢装置、供氧装置和冷却装置；外围设备为待测试的非能动氢复合器；

所述罐体由上封头腔(1)、上封头(2)、罐身(3)、下封头(4)和下封头腔(5)组成；非能动氢复合器固定在罐身(3)的中心；

所述检测装置包括氢浓度分析仪、氧浓度分析仪、热电偶、压力变送器和风速计；为了固定检测装置，在罐身(3)的外圆周上沿轴向均匀分布有三层以上法兰阵列，每层阵列上沿周向均匀分布有三个以上法兰；法兰用来固定检测装置的管路或连接座，在安装检测装置中的各仪器前先确定测量点的位置：

氢浓度测量点：在非能动氢复合器进口处的中心位置和出口处的中心位置各设置一个氢浓度测量点；分别在最上层法兰阵列所在平面、最下层法兰阵列所在平面及中间层法兰阵列所在平面上各设置有三个氢浓度测量点，所述每层中三个氢浓度测量点分别位于与非能动氢复合器出口方向呈0°、90°和180°的直线上；在每个氢浓度测量点处安装一个氢浓度分析仪；氢浓度分析仪通过不锈钢管路固定在法兰上；

氧浓度测量点：氧浓度测量点在罐体内随机选取，在氧浓度测量点处安装氧浓度分析仪，氧浓度分析仪通过不锈钢管路固定在法兰上；

温度测量点：温度测量点的位置与氢浓度测量点的位置相同，在每个温度测量点处安装一个热电偶，热电偶通过连接座固定在法兰上；

压力测量点：分别在最上层法兰阵列所在平面、最下层法兰阵列所在平面及中间层法兰阵列所在平面上各设置有一个压力测量点，压力测量点的位置在上述三个平面上随机选取；压力变送器通过安装座安装在法兰上，同时压力变送器与固定在法兰上的不锈钢管相通，将所述不锈钢管延伸至罐体内所选取的压力测量点处；

风速测量点：风速测量点设置在非能动氢复合器进口处，在风速测量点处安装一个风速计，风速计通过连接座固定在法兰上；

所述供氢装置包括环形管(6)、五通管(11)、进气管道、氢气罐和汇流排A；其中氢气罐和汇流排A布置在罐体外围，环形管(6)水平固定在罐体的下封头腔(5)内；其具体连接关系为：两个以上氢气罐并联在汇流排A上，汇流排A通过进气管道与位于环形管(6)中心的五通管(11)连接；所述五通管(11)包括一个进气口和四个出气口，进气口为五通管(11)中心线上的竖直通口，出气口为均匀分布在进气口外圆周的水平通口；五通管(11)的进气口与进气管道贯通，四个出气口分别与环形管(6)贯通；环形管(6)的上表面均匀分布有两个以上透气孔；

所述供氧装置包括输气管道、氧气罐和汇流排B；氧气罐和汇流排B布置在罐体外围，两个以上氧气罐并联在汇流排B上，汇流排B通过输气管道与罐体相贯通；

所述冷却装置包括两个以上冷凝管(9)，冷凝管(9)在罐体的外圆周均匀分布；冷凝管(9)的顶部焊接在上封头(2)上，底部焊接在罐身(3)下边缘或下封头(4)上，冷凝管(9)底部的拐角大于或等于90°。

2.如权利要求1所述的一种具有实时检测性能的消氢试验装置，其特征在于，所述环形管(6)上透气孔的面积和与进气管道的横截面面积相等。

3.如权利要求1所述的一种具有实时检测性能的消氢试验装置，其特征在于，在所述下封头腔(5)的外圆周加工有配液口(7)，在下封头腔(5)的底部加工有排液口(8)。

4.如权利要求3所述的一种具有实时检测性能的消氢试验装置，其特征在于，所述配液口(7)的水平高度大于环形管(6)上表面水平高度。

5.如权利要求1所述的一种具有实时检测性能的消氢试验装置，其特征在于，在每个冷凝管(9)上均安装有蝶阀(10)。