[发明专利]一种含水蒸汽的多元气体组分配置装置及配置方法

说明书

本发明提供了一种含水蒸汽的多元气体组分配置装置，包括混合气体配置容器、至少两个纯气体配置容器、压力调节系统、湿度调节系统、注水系统，所述的纯气体配置容器分别与对应的纯气体供应系统连接，纯气体配置容器均接入混合气体配置容器，按照目标样气的组分配置要求，通过专门设计的操作方式将所需量的纯气体送入混合气体配置容器，所述混合气体配置容器分别连接所述压力调节系统和湿度调节系统，混合气体配置容器设有加热器，通过加热器、压力调节系统和湿度调节系统获得所需温度、压力、湿度的目标样气，以满足后续的应用。

技术领域

本发明涉及标准气体配置技术，具体涉及一种含水蒸汽的多元气体组分配置装置及配置方法。

背景技术

核电站发生严重事故时，堆芯出现大面积熔化，此时锆金属材质的燃料包壳与水或水蒸气发生锆-水反应，产生大量氢气，氢气进入安全壳后，可能会在隔间内部或安全壳自由空间顶部聚集，当浓度升高到一定数值后，可能发生燃爆，给安全壳施加较高的压力脉冲或热冲击，甚至造成安全壳完整性的丧失，进而造成放射性物质的大规模释放。1979年3月28日，位于美国宾夕法尼亚州哈里斯堡附近的三哩岛核电站2号机组(TMI-2)发生核事故的第二天，该机组安全壳内就发生了剧烈的氢气燃烧，燃烧产生的压力峰值大约为2.8bar，好在压力峰值仅仅持续不到几秒钟。事实上，这次燃烧的约350kg的氢气是整个事故期间唯一的一次严重压力负荷。幸运的是，三哩岛2号机组安全壳经受住了该负荷，未对环境造成重大影响，但引发了有关氢气燃烧的大量研究，即在假想的核电厂严重事故期间研究如何阻止和缓解氢气燃烧。

福岛核电事故后，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严重事故下安全壳内氢气燃烧/燃爆的风险，而严重事故下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。福岛后投运的电厂根据核安全局的要求均加装了严重事故后安全壳内氢气测量系统。

严重事故工况下，安全壳内的气体组分主要是水蒸汽、空气和氢气，其中水蒸汽的存在会大大抑制氢气的燃烧和燃爆，因此，针对严重事故后安全壳内氢气测量的系统，通常要进行水蒸汽浓度的修正(即通过其他手段获得水蒸汽的浓度)，为此，针对这类仪表的鉴定，需要用到包含一定浓度水蒸汽的混合样气。

目前，常规气体组分测量仪表的鉴定通常采用不包含水蒸汽的标准样气(即组份、浓度已知的混合气体)，因此，针对严重事故后安全壳内氢气测量系统的鉴定，需要具备能够提供一定浓度配比、包含水蒸汽的混合样气配置装置。

考虑到常压下，液态水在汽化时，体积会发生1000倍左右的变化，通过向其他气体中添加适量的液态水，然后加热至所需温度的手段，对液态水质量测量装置的精度要求太高，不易实现。而且，为了鉴定氢气测量系统的精度，通常需要将样气先送入质谱仪或色谱仪中进行测量，测量值作为基准数据，但无论是质谱仪还是色谱仪，均比较昂贵，后期的维护成本也较高。

发明内容

本发明的目的在于针对核电站安全壳内氢气测量系统鉴定的需要，提供一种含水蒸汽的多元气体组分配置装置及配置方法，通过特殊的操作流程获得精确的、一定温度、压力、湿度和气体组分的混合样气。

本发明的技术方案如下：一种含水蒸汽的多元气体组分配置装置，包括混合气体配置容器、至少两个纯气体配置容器、压力调节系统、湿度调节系统、注水系统，所述的纯气体配置容器分别与对应的纯气体供应系统连接，纯气体配置容器均接入混合气体配置容器，按照目标样气的组分配置要求将所需量的纯气体送入混合气体配置容器，所述混合气体配置容器分别连接所述压力调节系统和湿度调节系统，混合气体配置容器设有加热器，通过加热器、压力调节系统和湿度调节系统获得所需温度、压力、湿度的目标样气。

进一步，如上所述的含水蒸汽的多元气体组分配置装置，其中，所述纯气体配置容器底部设有注水阀和泄放阀，上部连接对应的纯气体供应系统，连接管线上设置有高精度调节阀和防反冲阀，顶部设有可与大气连通的平衡阀，通过注入阀与混合气体配置容器连接。