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专利名称:可燃气体监测系统及方法
技术领域:
本发明涉及可燃气体的监测系统及方法,更具体地说,涉及一种可应用到核电站的安全壳内的可燃气体监测的系统及方法。
背景技术:
随着技术的成熟核电站的安全性的不断提高,核电站的建设逐渐的成为国家发展的重要能源保障。
目前的核电站中,核反应堆的结构是:在安全壳中形成反应堆堆腔,在堆腔中设置压力容器。压力容器连接有冷管段和热管段,通过冷管段注入冷却剂,对压力容器进行冷却,然后通过热管段排出。
在核反应堆发生冷管段断裂事故或者严重事故时,需要及时地采取措施,对堆芯进行有效冷却。然而,由于在发生事故时,安全壳内的环境通常较为恶劣,难以实现对安全壳内可燃气体的有效监控。另外,在发生满足设计要求的基准事故时,也难以有效的监测安全壳内的可燃气体的含量,不利于对核反应堆内的有效连续监测。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,提供一种可有效监测可燃气体含量、使用方便可靠的可燃气体监测系统。
本发明所要解决的另一技术问题在于,提供一种可有效监测可燃气体含量、使用方便可靠的可燃气体监测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种可燃气体监测系统,包括:
具有入口和出口的可燃气体复合装置,用于接入含有可燃气体的气流进行复合反应;
设置在所述出口处的出口电信号监测装置,用于监测所述出口的出口电信号;
与所述出口电信号监测装置电连接的数据处理装置,用于根据监测到的所述出口电信号进行处理,得出与所述出口电信号对应的可燃气体在所述气流中的浓度;以及
与所述数据处理装置连接的输出装置,用于输出所述浓度的结果。
在本发明的可燃气体监测系统中,所述数据处理装置包括与所述出口电信号监测装置连接的出口信号采集模块;
用于存储电信号与可燃气体浓度对应关系数据的存储模块;
与所述输出装置连接的输出模块;以及,
与所述出口信号采集模块、存储模块和输出模块连接的数据处理模块,用于对所述出口信号采集模块得到的出口电信号进行处理并从所述存储模块的对应关系数据中查找得到对应的可燃气体浓度,并通过所述输出模块输出至所述输出装置。
在本发明的可燃气体监测系统中,在所述入口处设有入口电信号监测装置,用于检测所述入口处的入口电信号;
该可燃气体监测系统还设有用于监测所述气流所在环境的压力信号的压力监测
>J-Uρα装直。
在本发明的可燃气体监测系统中,所述数据处理装置包括与所述入口电信号监测装置连接的入口电信号采集模块;
与所述出口电信号监测装置连接的出口电信号采集模块;
与所述压力监测装置连接的压力信号采集模块;
用于存储电信号与温度对应关系数据的存储模块;
与所述输出装置连接的输出模块;以及,
与所述入口信号采集模块、出口信号采集模块、压力信号采集模块、存储模块和输出模块连接的数据处理模块,用于根据所述入口信号采集模块得到的入口电信号、所述出口信号采集模块得到的出口电信号进行处理并从所述存储模块的对应关系数据中查找得到对应的入口温度和出口温度,并根据所述入口温度和压力信号计算得到入口处的蒸汽体积份额,并根据入口温度、出口温度、蒸汽体积份额计算得到氢气浓度。
在本发明的可燃气体监测系统中,所述可燃气体复合装置为非能动氢气复合装置;所述可燃气体为氢气;
所述出口电信号监测装置为出口热电偶。
在本发明的可燃气体监测系统中,所述入口电信号监测装置为入口热电偶。
本发明还提供一种可燃气体监测方法,包括以下步骤;
S1:含有可燃气体的气流从入口进入可燃气体复合装置,并在所述可燃气体复合装置内进行复合反应,然后从所述可燃气体复合装置的出口排出;
S2:监测所述可燃气体复合装置的出口处的出口电信号;
S3:根据所监测到的电信号进行处理得到与所述出口电信号对应的可燃气体在所述气流中的含量,并输出。
在本发明的可燃气体监测方法的所述步骤S2中,还检测所述可燃气体复合装置的入口处的入口电信号;
该步骤S2包括步骤S2-1:通过设置在所述入口处的入口热电偶来探测所述入口处的入口电信号,并根据入口信号采集模块采集到的所述入口电信号计算得到所述入口处的入口温度;
S2-2:通过设置在所述出口处的出口热电偶来探测所述出口处的电信号,并根据出口信号采集模块采集到的出口电信号计算得到所述出口处的出口温度。
在本发明的可燃气体监测方法中,所述入口热电偶和出口热电偶的电流或电压信号以I120秒扫描一次的方式进行连续或间隔采集。
在本发明的可燃气体监测方法的所述步骤S3中,包括步骤
S3-1:根据得到的入口处的入口温度,依据水物性表计算得到所述入口处的蒸汽体积份额;
S3-2:根据所述入口温度、出口温度、蒸汽体积份额计算得到氢气浓度。
实施本发明具有以下有益效果:通过电信号监测装置来监测可燃气体复合装置的出口处的电信号,再由数据处理装置进行处理得到可燃气体在气流中的含量,具有可燃气体的监测可以不受事故恶劣环境条件的限制,并可同时满足设计基准事故和严重事故的可燃气体的监测,并可实现连续的监测的优点。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明可燃气体检测系统的第一实施例的结构示意图;
图2是本发明可燃气体检测系统的第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,是本发明的可燃气体监测系统的第一实施例,包括可燃气体复合装置110、出口电信号监测装置、数据处理装置130、以及输出装置140等。该可燃气体监测系统可应用于核电站的安全壳150内的可燃气体(特别是氢气)的监测;当然,该系统也可以应用到其他的需要进行可燃气体监控的场合,而不限于核电站的应用。
在本实施例中,以应用到核电站的安全壳150内的氢气监测,从而能够监测设计基准事故和严重事故情况下安全壳150内的氢气浓度,为相关技术人员和操纵员提供事故处理依据。
在本实施例中,该可燃气体复合装置为非能动氢气复合装置110,具有气流入口111和出口112。该出口电信号监测装置采用热电偶,包括设置出口112处的出口热电偶120,用于检测出口112处的电信号,该电信号可以为电流信号或电压信号。该非能动氢气复合装置110和出口热电偶120共同组成氢气测量传感器,该系统可以使用一台或多台氢气测量传感器,其可以安装在事故情况下局部氢气浓度较高的位置,例如安全壳150顶部、吊车环廊平台、环吊机构、蒸汽发生器顶部等安全壳150内的相关位置。
该出口热电偶120通过导线与数据处理装置130连接,从而将监测到的电信号传送到数据处理装置130进行处理。在本实施例中,该数据处理装置130设置在安全壳150夕卜,包括出口信号采集模块131、存储模块132、输出模块133以及数据处理模块134等。当然,数据处理装置130也可以设置在安全壳150内,其安装位置不受限制。
该出口信号采集模块131与出口热电偶120连接,用于采集出口热电偶120的电信号。例如,以I120秒扫描一次的方式进行连续或者间隔采集,并将采集到的电信号传送给数据处理模块134。
该存储模块132用于存储电信号与可燃气体浓度对应关系数据,以提供数据处理模块134根据电信号查找对应可燃气体浓度。如表I所示,是电压与氢气浓度的对应关系数据表,该表列举出了不同热电偶材质、型号对应的氢气浓度。可以理解的,该对应关系也可以为电流与氢气浓度的对应关系、也可以采用其他不同的热电偶材质、型号等,而得出不同的对应关系数据。表中分别给出了采用镍铬硅-镍硅镁热电偶、钨铼热电偶、钼铑3(Γ钼铑6热电偶分别与氢气浓度的对应关系。其中,可以通过将已知浓度的含氢气流通入可燃气体复合装置,然后在可燃气体复合装置的出口处检测热电偶的电压(或电流),来得到表I中的数据;当然,也可以通过其它的方法得到表I的数据,例如通过计算、多次试验等。
表I各种热电偶电压与氢气浓度对应关系表
权利要求
,用于核电站的安全壳(150)或乏燃料水池房间内的可燃气体氢气浓度的监测,其中,可燃气体氢气浓度测量范围为0%-20%,所述可燃气体监测系统包括带有气流入口(111)和出口(112)的非动能氢气复合装置(110)、设置在出口(112)处的出口热电偶(120)、安装在安全壳(150)外通过导线与热电偶(120)连接数据处理装置(130)以及输出装置(140),所述数据处理装置(130)包括与出口热电偶(120)连接的出口信号采集模块(131)、存储模块
(132)、输出模块(133)以及数据处理模块(134),所述存储模块(132)存储有热电偶(120)电信号与氢气浓度的对应关系,用以根据采集到电信号获取对应可燃气体浓度。
1所述可燃气体监测系统,其特征在于,所述存储模块(132)至少存储有采用镍铬硅-镍硅镁热电偶、钨铼热电偶或钼铑3(Γ钼铑6热电偶时电信号与氢气浓度的对应关系,其中,镍铬硅-镍硅镁热电偶电信号与可燃气体浓度关系、钨铼热电偶电信号与可燃气体浓度关系,以及钼铑3(Γ钼铑6热电偶电信号与可燃气体浓度关系为
1所述可燃气体监测系统,其特征在于,所述非能动氢气复合装置(110)和所述出口热电偶(120)组成氢气测量传感器,安装在所述安全壳(150)顶部、吊车环廊平台、环吊机构、蒸汽发生器顶位置。
1所述可燃气体监测系统,其特征在于,所述出口信号采集模块(131)以I120秒扫描一次的方式连续或者间隔采集热电偶(120)的电信号,并将采集到的电信号传送给数据处理模块(134),由数据处理模块(134)根据出口热电偶(120)电信号直接查找对应的可燃气体浓度输出;或者,通过将多次采集的出口热电偶(120)电信号取平均值后,再查找对应的可燃气体浓度输出,或根据就近原则或者按设定的规则计算得到对应的可燃气体浓度输出。
1所述可燃气体监测系统,其特征在于,非能动氢气复合装置(110)采用板式结构或球床结构或蜂窝煤结构的钼铑合金催化剂作为催化媒介(113),当流经非能动氢气复合装置(110)气流中的氢气浓度达到或者超过非能动氢气复合装置(110)中的钼错合金催化剂的启动值时,启动所述非能动氢气复合装置(110),钮-%-2%之间。
,用于核电站的安全壳(250)内的可燃气体氢气浓度的监测,包括带有气流入口(211)和出口(212)的非动能氢气复合装置(210)、设置在安全壳(250)内或非动能氢气复合装置(210)内的压力传感装置(223)、设置在出口(212)处的出口热电偶222、设置在入口处(212)的入口热电偶(221)、安装在安全壳(250)外通过导线与热电偶(221)和(222)连接的数据处理装置(230)以及输出装置(240),所述数据处理装置(230)包括通过导线与入口热电偶(221)连接的入口电信号采集模块(231)、通过导线与出口热电偶(222)连接的出口电信号采集模块(232)、接收来自压力传感装置(223)的压力信号的压力信号采集模块(233)、存储模块(234)、输出模块(235)以及数据处理模块(236),所述存储模块
(234)存储有热电偶(221)或(222)电信号与温度的对应关系,用以根据采集到电信号获取入口(221)处和出口(212)处的温度,数据处理模块(236)与入口电信号采集模块(231)和压力信号采集模块(233)连接,根据从入口电信号采集模块(231)得到的入口温度和从压力信号采集模块(233)得到的压力信号P计算得到入口(211)处的蒸汽体积份额Xsteam=UP,其中,Psteam是蒸汽饱和分压,可根据监测到的入口(211)温度,依据水物性表计算得到,以及根据入口(211)温度、出口(212)温度、蒸汽体积份额,结合预先设定的浓度-温度-电流或电压对照关系进行计算得到氢气浓度。
6所述可燃气体监测系统,其特征在于,所述存储模块(234)至少存储有采用镍铬硅-镍硅镁热电偶、钨铼热电偶或钼铑3(Γ钼铑6热电偶电信号与温度的对应关系,其中,温度与镍铬硅-镍硅镁热电偶电信号的关系、温度与钨铼热电偶电信号的关系,以及温度与钼铑3(Γ钼铑6热电偶电信号的关系为:
6所述可燃气体监测系统,其特征在于,包括一个或多个由所述非能动氢气复合装置(210)、入口热电偶(221)和所述出口热电偶(222)组成的氢气测量传感器,分别安装在所述安全壳(250)顶部、吊车环廊平台、环吊机构、蒸汽发生器顶位置。