[发明专利]反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统及监测方法

说明书

本发明属于核安全控制技术领域，涉及反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统及监测方法。所述的监测系统包括置于安全壳内的取样探头，置于安全壳外的灵敏电磁阀、第一储气罐、第二储气罐、气体参数测量系统、高压惰性气罐控制系统、高压惰性气罐、气体冷凝系统、氢气浓度测量分析仪、氧气浓度测量分析仪，以及各连接管线。利用本发明的监测系统及监测方法，能够更有效、精确、安全、便捷的进行反应堆严重事故后安全壳内气体浓度的实时监测。

技术领域

本发明属于核安全控制技术领域，涉及反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统及监测方法。

背景技术

福岛核电事故后，国家核安全局组织了对在建和在役核电厂的大检查，随后发布了相应的改进要求。改进要求中明确了要控制反应堆严重事故后安全壳内氢气燃烧和燃爆的风险，而反应堆严重事故后安全壳内氢气浓度的测量是进行氢气风险控制的前提条件。严重事故后如果安全壳内局部氢气浓度达到4％的爆炸极限就存在燃爆的风险。因此，为了避免此类对安全壳完整性造成威胁的状况发生，需要设计搭建严重事故后核电厂安全壳内包括氢气浓度在内的气体浓度监测系统，从而达到对安全壳内气体浓度，尤其是氢气浓度实时监测的目的。

严重事故后安全壳内气体浓度，尤其是氢气浓度监测是严重事故管理的重要前提，由于严重事故后安全壳内环境条件非常恶劣，如高温、高压、高放射性和含有大量气溶胶，因此安全壳内气体浓度监测，尤其是氢气浓度监测一直是当今国内外核电技术研究的难点。核电厂在运行过程中因水辐照分解、冷却剂泄漏等原因产生氢气，特别是在严重事故后，燃料包壳中的锆金属与高温高压的冷却剂反应、下封头失效后的堆芯融熔物与安全壳底板混凝土反应(MCCI)等会产生大量氢气。

由于在严重事故后反应堆会产生大量氢气和热量并释放到安全壳内，在不加控制的条件下，安全壳内平均氢气浓度达到甚至超过爆炸极限，因此，通过气体浓度监测系统实现对严重事故后氢气浓度的全程监测尤为重要。

目前核电厂应用的严重事故后安全壳内气体浓度监测系统主要基于安全壳外抽气取样和安全壳内直接测量两种原理。其中，法国EPR采用了安全壳外抽气取样法，美国AP1000和俄罗斯VVER采用了安全壳内直接测量法。安全壳内直接测量法的优点是测量系统相对简单，测量响应时间短，只需在安全壳内安装气体传感器，再通过电缆将信号传至机柜即可；但安全壳内直接测量法的缺点也很明显，即气体传感器在严重事故后高温、高压、高放射性和含有大量气溶胶的环境条件下性能不易得到保证，其信号传输也受限于电缆。而严重事故后安全壳内氢气可燃性是由氢气、氧气和水蒸气浓度共同决定的，因此气体浓度监测系统还需要同时监测氧气和水蒸气的浓度。由于测量气体组分的相关设备放于安全壳外更利于定期进行校准维护，因此，采用安全壳外抽气取样法的安全壳内气体浓度监测系统有更好的可行性。

发明内容

本发明的首要目的是提供反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，以能够更有效、精确、安全、便捷的进行反应堆严重事故后安全壳内气体浓度的实时监测。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供反应堆严重事故后安全壳内气体浓度监测系统，所述的监测系统包括置于安全壳内的取样探头，置于安全壳外的灵敏电磁阀、第一储气罐、第二储气罐、气体参数测量系统、高压惰性气罐控制系统、高压惰性气罐、气体冷凝系统、氢气浓度测量分析仪、氧气浓度测量分析仪，以及各连接管线：

所述的取样探头在安全壳内的取样气体通过连接管线进入所述的第一储气罐；

所述的第一储气罐内的取样气体可通过连接管线先后进入所述的气体冷凝系统、第二储气罐；

所述的高压惰性气罐控制系统根据所述的气体参数测量系统测得的所述的第一储气罐内的取样气体的水蒸气含量，控制所述的高压惰性气罐(其内压力高于0.5MPa)向所述的第二储气罐补偿氮气或惰性气体；

所述的第二储气罐内的取样气体可通过连接管线先后进入所述的氢气浓度测量分析仪、氧气浓度测量分析仪，以分别进行氢气浓度和氧气浓度的测量分析；