[发明专利]一种基于相关系数计算的钠中气泡噪声探测器

说明书

本发明为一种基于相关系数计算的钠中气泡噪声探测器，由一次仪表和二次仪表组成；一次仪表主要由漩涡发生体、磁钢、金属管道和电极组成；液态金属钠流经漩涡发生体后会形成规律的漩涡，沿管道方向运动的漩涡切割位于漩涡发生体下游的恒定磁场会产生近似正弦波形式的输出信号，其频率和幅值均与液态金属钠的流速有关，而且频率是流速的线性函数；二次仪表对放大和滤波后的信号进行处理，利用频谱变换的方法求出信号的频率，并根据频率计算出一个信号周期的数据长度，取最新的相邻两个长度等于一个信号周期长度的数据，计算相关系数，对多个计算出的相关系数进行滤波和平均，与阈值进行比较，判断蒸汽发生器是否发生了泄漏。

技术领域

本发明涉及流量测量技术领域，特别是涉及一种基于相关系数计算来监测液态金属中是否含有气泡的钠中气泡噪声探测器。

背景技术

随着世界范围的能源供应日趋紧张，以及人们对全球变暖和可持续发展等问题的日益关注，核能必将在未来世界的发展中发挥举足轻重的作用。但是，核能具有放射性的特性，所以，核工业安全问题不容小觑。我国核能压水堆、快堆、聚变堆三步走发展战略中，快堆是其中重要的一步。与压水堆相比，快堆可以将燃料利用率大大提高。主流的快堆系统一般采用液态金属钠作为冷却剂，这是因为液态金属钠具有良好的传热性和流动性，高沸点、低熔点、泵送功率低，对热和辐射有良好的稳定性，在反应堆系统下不产生腐蚀，感生放射性低，中子俘获截面小等特点。但是，钠异常活泼，遇水即发生剧烈的化学反应，且会伴随着明火，极易发生爆炸。在反应堆中，水与冷却剂钠之间的换热设备为蒸汽发生器。在蒸汽发生器中，冷却剂钠在传热管外流动，水在传热管内流动，冷却剂钠把水加热成高温水蒸气推动汽轮机发电。由于水蒸气侧压力高，如果传热管壁出现漏洞或裂缝，水就会冲入冷却剂钠中，导致钠水反应的发生。钠水反应将产生大量的氢气和热量，反应所产生的氢气会严重影响钠的流动，导致蒸汽发生器内的压力急剧上升，高压会引起蒸汽发生器爆炸，产生严重的核安全事故。造成蒸汽发生器内传热管出现漏洞或裂缝的原因有：温度脉动引起的疲劳、焊接质量、传热管腐蚀泄漏和传热管应力变化等。

鉴于钠水反应后果的严重性，国外主要采用探测仪表实时监测冷却剂钠中是否有气泡，以便及时发出报警信号，避免更为严重的事故发生。而国内快堆起步较晚，需要购买昂贵的国外探测仪表，用来保证核反应堆安全、可靠地运行。因此，研制具有自主知识产权的钠水反应探测仪表(又称钠中气泡噪声探测器)对我国核电技术的发展具有重要的意义。

发明内容

钠中气泡噪声探测器是蒸汽发生器事故保护系统的监测仪表之一，通过监测蒸汽发生器内气泡(氢气)体积份额的变化，判断蒸汽发生器内部是否出现泄漏。当由测量信号计算出的结果小于报警阈值时，产生蒸汽发生器泄漏报警信号；同时，钠中气泡噪声探测器具有测量所在管道液态金属钠流速的功能。国外研究的钠中气泡监测方法有基于测量冷却剂的导电率法、超声波法、伽马探测管道法和涡流探测法。其中，基于测量冷却剂导电率法的敏感度低，且只能给出被测管段整体的含气量信息；超声波法和伽马探测管道法在技术上非常复杂，所以使用的极少；涡流探测法灵敏度较高，相对简单易行。

为了能实时、有效地监测冷却剂钠中是否含有气泡，本发明提供一种属于涡流探测法的、基于相关系数计算的钠中气泡噪声探测器。