核反应堆用气体湿度监控装置的制作方法

本发明涉及湿度监测装置领域，具体涉及一种核反应堆用气体湿度监控装置。

背景技术：

核反应堆气体湿度监控装置是针对高温气冷堆核电堆型的专用设备，该设备实时测量一回路气体湿度，并将测量结果变换成反应堆保护系统可识别的信号送到反应堆保护系统。当发生蒸汽发生器管道破口事故导致水进入一回路系统，一回路气体湿度将增大，湿度监测装置可在10s内响应湿度变化，及时触发保护动作。

采用氦气作为一回路冷却剂的高温气冷堆属于第四代核反应堆，中国在该先进反应堆型的科研和工程实践领域处于国际领先水平。与现役国内外核电站主要采用水作为一回路冷却剂不同，高温气冷堆采用氦气作为冷却剂，在运行时需要严格控制一回路冷却剂中的水分含量，当水分含量较高时发出停堆信号以避免反应堆安全事故。

一回路冷却气体具有放射性，取样气体不允许排放到空气中。气体湿度监控装置利用一回路管道不同位置的压差保持气体的循环，从压力较高的管道处取样，完成测量后返回到压力较低的管道处，实现气体湿度的实时测量。由于一回路气体为高压气体，因此，气体湿度监控装置不仅要实现快速准确的湿度测量，而且必须保证可靠的密闭性能。中国在高温气冷堆的研究和建设上处于世界领先地位，目前还暂无成熟的国内外使用经验供参考。现有工业系统湿度在线测量系统是无法直接用在高温气冷堆核电上，其存在两大不匹配性：

1、现有湿度测量装置的测量及处理均基于软件，但软件没有v&v认证，不满足核电站安全级设备软件必须通过v&v认证的要求。

2、现有的测量方式是降压测量，测量后的气体不能返回主管道，无法实现一回路放射性气体零排放要求。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题提供一种核反应堆用气体湿度监控装置，其采用纯硬件结构实现湿度信号的采集和转换，满足了安全级设备的可靠性要求且实现放射性气体零排放。

本发明通过下述技术方案实现：

核反应堆用气体湿度监控装置，包括：

用于将一回路高温取样气体冷却至一定温度范围内的冷却控制单元；

对冷却后的气体进行取样的取样单元；

对取样单元内气体湿度进行检测的湿度探测单元；

所述湿度探测单元包括感湿元件和用于将感湿元件输出信号转为反应堆保护系统可识别信号的信号转换电路。

本方案的冷却控制单元对一回路高温取样气体进行降温，降至其设计温度范围，使取样单元内的温度在传感器最佳工作温度范围内。对其降温既可防止温度过高导致湿度传感器损坏，也避免温度过低导致取样气体凝露。此处的一定温度范围为略高于取样单元内的温度在传感器最佳工作温度范围，因为在传输过程中其存在温降。整个系统采用纯硬件电路结构实现，湿度信号的采集和转换，相比于现有的软件形式，其满足了安全级设备的可靠性要求。高温取样气体经冷却控制单元的输入端口进入装置，经降温、取样测量后从取样单元输出至主管道，实现一回路放射性气体零排放的要求。

作为优选，所述冷却控制单元包括套管式换热器、均连接在套管式换热器冷却介质通路的自然空冷换热器和冷却剂流量控制装置，所述冷却剂流量控制装置包括用于采集取样单元内的温度信息的测温元件、均设置在套管式换热器冷却介质通路上的循环泵和温度控制阀，所述测温元件的信号驱动温度控制阀的阀位移动。

作为优选，所述冷却控制单元与所述取样单元之间的压力管中设置有过滤单元。冷却控制单元冷却后的取样气体经过滤单元以除去气体中的微小颗粒，过滤单元封装在压力管内，保证了气密性。气体中的微小颗粒粘附在传感器上将导致传感器测量精度下降，影响传感器使用寿命。采用过滤单元过滤微小颗粒，保证了取样气体的洁净度，可以有效提高传感器的使用寿命。

进一步的，所述过滤单元为两级过滤结构。采用两级过滤其过滤效率更高，且提高过滤器寿命，降低过滤器更换频率。

作为优选，所述取样单元包括依次连接的取样腔室、密封腔室，所述感湿元件置于取样室内，所述密封腔室上设置有用于将感湿元件的信号线接到信号转换电路的贯穿接头。现有湿度在线测量系统的取样室设计没有考虑高压氦气密封性能，无法满足系统泄露率指标。本方案采用取样腔室、密封腔室的二次密封结构，增强其高压氦气密封性能，使系统泄露率满足指标要求。

进一步的，所述取样腔室与感湿元件之间为螺纹连接，所述密封腔室和贯穿接头之间为卡套密封或焊接密封。采用螺纹连接方式，进一步增强密封性能。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明采用纯硬件结构实现湿度信号的采集和转换，满足了安全级设备的可靠性要求，且其响应速度快。

2、本发明与主管道之间构成循环回路，取自主回路的取样气体，测量完成后流回主回路，实现放射性气体零排放。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的流程图。

图2是本发明的取样单元的结构示意图。

图3是图2的a-a剖视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1、自然空冷换热器，2、套管式换热器，3、循环泵，4、温度控制阀，8、过滤单元，18、密封腔室，19、取样室，22、测温元件，23、贯穿接插件，26、感湿元件，29、信号转换电路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示的一种核反应堆用气体湿度监控装置，包括：

用于将一回路高温取样气体冷却至一定温度范围内的冷却控制单元；

对冷却后的气体进行取样的取样单元；

对取样单元内气体湿度进行检测的湿度探测单元；

所述湿度探测单元包括感湿元件26和用于将感湿元件26输出信号转为反应堆保护系统可识别信号的信号转换电路29。

实施例2

本实施例在上述实施例的基础上对冷却控制单元做了优化，即冷却控制单元包括套管式换热器2、均连接在套管式换热器2冷却介质通路的自然空冷换热器1和冷却剂流量控制装置，所述冷却剂流量控制装置包括用于采集取样单元温度信息的测温元件22、均设置在套管式换热器冷却介质通路上的循环泵3和温度控制阀4，测温元件22的信号驱动温度控制阀4的阀位移动。套管式换热器2可采用套管式水冷换热器。取样气体经套管式换热器进行降温，用于气体冷却的冷却介质由循环泵3驱动循环流动并通过自然空冷换热器1进行散热。套管式换热器的冷却能力通过温度控制阀调节，通过对取样单元内温度进行采集后进行反馈控制，将取样单元的温度控制在传感器最佳工作温度范围内。冷却控制单元采用套管式冷却结构，其冷却效率高，可以减少换热管长度，加快了测量响应时间。温度控制阀可采用换热器恒温控制阀。

实施例3

本实施例在上述实施例的基础上，在冷却控制单元与所述取样单元之间的压力管中设置过滤单元8，利用过滤单元8除去气体中的微小颗粒，过滤单元封装在压力管内，可有效的保证其气密性。

进一步的，所述过滤单元可采用两级过滤结构。

实施例4

本实施例在上述实施例的基础上，对取样室的结构做了改进，即取样单元包括取样单元包括依次连接的取样腔室19、密封腔室18，感湿元件26的感应端置于取样室19内，密封腔室18上设置有用于将感湿元件的信号线接到信号转换电路的贯穿接头23。密封腔室与取样腔室之间采用焊接固定，贯穿接头与密封腔室之间采用焊接密封或卡套密封，采用压接或焊接的方式实现与感湿元件的信号连接和引出，连接可靠，维修性好。感湿元件的感应端置于取样室内，感湿元件的输出信号线经贯穿接头传输到外部的信号转换电路29最终提供给反应堆保护系统。感湿元件的电信号与被测量气体的湿度相关，信号转换电路29根据湿度-电信号曲线进行信号变换电路设计，采用纯硬件电路将测量气体的湿度值变换为反应堆保护系统所需的电流或其它信号，采用纯硬件电路，避免了软件难以验证可靠性的问题，能够有效提高湿度测量的响应时间。且采用密封腔室扩大了密封边界的设计，并辅助采用成熟的焊接、弹性金属密封工艺，保证了整个系统的高密封性要求。

本实施例的结构，其采用纯硬件电路实现湿度信号的采集和转换，结构设计合理、性能可靠、工艺成熟可行、检修维护方便，能够满足高温气冷堆核电厂一回路气体湿度实时监测的性能要求，同时该产品还能满足电磁兼容、抗地震、气密等特殊要求。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。