一种高湿度惰性气体活度监测系统及监测方法
阅读说明：本技术 一种高湿度惰性气体活度监测系统及监测方法 (High-humidity inert gas activity monitoring system and monitoring method ) 是由 陈禹轩 曲广卫 马兴杰 刘朋波 胡卓 聂世宾 杨中中 石建伟 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高湿度惰性气体活度监测系统及监测方法,系统包括惰性气体取样组件和测控组件,惰性气体取样组件包括取样管路,取样管路上随进气方向依次设置有汽水分离机构、气溶胶与碘过滤机构、气体流量计、惰性气体取样室和气体取样泵,测控组件包括惰性气体探测器和就地辐射处理单元,以及与就地辐射处理单元相接的电气控制箱,惰性气体探测器设置在惰性气体取样室上侧,且与就地辐射处理单元的输入端连接。本发明系统结构简单,设计合理,能够有效应用在高湿度惰性气体活度监测中,结合监测方法,实现对惰性气体中～(85)Kr、～(133)Xe核素的β总活度浓度探测,进而判断蒸汽发生器的泄漏情况,性能稳定,效率高,效果显著,便于推广。(The invention discloses a high-humidity inert gas activity monitoring system and a monitoring method, wherein the system comprises an inert gas sampling assembly and a measurement and control assembly, the inert gas sampling assembly comprises a sampling pipeline, a steam-water separation mechanism, an aerosol and iodine filtering mechanism, a gas flowmeter, an inert gas sampling chamber and a gas sampling pump are sequentially arranged on the sampling pipeline along the air inlet direction, the measurement and control assembly comprises an inert gas detector, an in-situ radiation processing unit and an electric control box connected with the in-situ radiation processing unit, and the inert gas detector is arranged on the upper side of the inert gas sampling chamber and connected with the input end of the in-situ radiation processing unit. The system has simple structure and reasonable design, can be effectively applied to the activity monitoring of the high-humidity inert gas, and is combined with the monitoring method to realize the purpose of monitoring the activity of the inert gas 85 Kr、 133 The beta total activity concentration of Xe nuclide is detected, so that the leakage condition of the steam generator is judged, and the performance is stableHigh efficiency, obvious effect and convenient popularization.)
技术领域
本发明属于核辐射监测技术领域，具体涉及一种高湿度惰性气体活度监测系统及监测方法。
背景技术
为了保护核电厂工作人员和公共场所免遭放射性辐照，核电厂设置了辐射监视系统(简称KRT系统)，用于连续监视核电厂区域和空中的悬浮物，以及核电厂工艺过程和排出物的放射性。
压水反应堆核电厂的核动力装置通常由二个密闭的循环回路组成，称一回路和二回路，一回路包括核反应堆(密封在压力容器中)、主冷却水泵、稳压器等设备，二回路包括蒸汽发生器、冷凝器、主冷却水泵等设备，一回路连接着堆芯和二回路中的蒸汽发生器。在吸收一回路冷却水的热能后，二回路中冷却水被加热至沸腾(温度约260℃)，形成水蒸气，该水蒸气过滤掉混杂的液态水后被送至汽轮机，推动涡轮发动机运转进行发电。从汽轮机流出的二回路冷却水经冷凝器凝结为液态水后，回流至蒸汽发生器。
惰性气体活度监测器用于监测从冷凝器抽出的非冷凝抽取物中惰性气体85Kr、133Xe的β活的总活度浓度，用来判断蒸汽发生器的泄漏情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高湿度惰性气体活度监测系统，其系统结构简单，设计合理，实现方便，能够有效应用在高湿度惰性气体活度监测中，结合监测方法，实现对惰性气体中85Kr、133Xe核素的β总活度浓度探测，进而判断蒸汽发生器的泄漏情况，性能稳定，效率高，效果显著，便于推广。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高湿度惰性气体活度监测系统，包括惰性气体取样组件和测控组件，所述惰性气体取样组件包括取样管路，所述取样管路上随进气方向依次设置有汽水分离机构、气溶胶与碘过滤机构、气体流量计、惰性气体取样室和气体取样泵，所述测控组件包括惰性气体探测器和就地辐射处理单元，以及与就地辐射处理单元相接的电气控制箱，所述惰性气体探测器设置在惰性气体取样室上侧，且与就地辐射处理单元的输入端连接，所述气体取样泵与电气控制箱的输出端连接。
上述的一种高湿度惰性气体活度监测系统，所述汽水分离机构包括支架，所述支架上设置有除湿罐、储液罐、制冷器、循环泵和控制器，所述除湿罐上连接有进气管和出气管，所述除湿罐内设置有低温水和用于检测低温水温度的温度传感器，以及伸入低温水中的螺旋盘管；所述螺旋盘管与制冷器连接，且在螺旋盘管内设置有冷却液，所述冷却液通过循环泵在螺旋盘管与制冷器之间循环，且通过制冷器进行制冷，所述进气管的气体出口设置在低温水底部，所述出气管上缠绕有电加热带，所述除湿罐和储液罐之间连接有溢流管，所述溢流管上设置有第一电磁阀，所述储液罐上连接有通气管，所述通气管上设置有第二电磁阀，所述储液罐内设置有液位传感器，所述储液罐的底部设置有排液管，所述排液管上设置有第三电磁阀，所述温度传感器和液位传感器均与控制器的输入端连接，所述制冷器、第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀均与控制器的输出端连接。
上述的一种高湿度惰性气体活度监测系统，所述气溶胶与碘过滤机构包括第一气溶胶与碘过滤管路和第二气溶胶与碘过滤管路，所述第一气溶胶与碘过滤管路包括随进气方向依次设置的第一阀门、第一气溶胶与碘过滤器和第二阀门，所述第二气溶胶与碘过滤管路包括随进气方向依次设置的第三阀门、第二气溶胶与碘过滤器和第四阀门，所述第一气溶胶与碘过滤管路与第二气溶胶与碘过滤管路结构相同且互为冗余。
上述的一种高湿度惰性气体活度监测系统，所述惰性气体取样室为容积3L～4L的密封腔室。
上述的一种高湿度惰性气体活度监测系统，所述气体取样泵为所述惰性气体取样组件提供取样动力。
上述的一种高湿度惰性气体活度监测系统，所述惰性气体探测器设置在惰性气体取样室的上侧，所述惰性气体探测器包括由下向上依次设置的塑料闪烁体、有机玻璃光导和光电倍增管，所述光电倍增管的输出端连接有信号处理电路模块，所述信号处理电路模块与就地辐射处理单元的输入端连接。
上述的一种高湿度惰性气体活度监测系统，所述惰性气体取样室和惰性气体探测器均设置在铅屏蔽室内。
上述的一种高湿度惰性气体活度监测系统，所述就地辐射处理单元包括微控制器模块，以及与微控制器模块相接的RS485接口和以太网接口，所述微控制器模块的输入端接有按键输入模块，所述微控制器模块的输出端接有显示模块和声光报警模块。
上述的一种高湿度惰性气体活度监测系统，所述电气控制箱为气体取样泵和就地辐射处理单元提供电源，以及提供输入接线端子和输出接线端子。
本发明还公开了一种采用上述的系统进行高湿度惰性气体活度监测的方法，包括以下步骤：
步骤一、所述电气控制箱控制气体取样泵电源上电；
步骤二、所述气体取样泵工作，为惰性气体取样组件提供取样动力；
步骤三、所述汽水分离机构对取样气体进行汽水分离及除湿处理；
步骤四、所述气溶胶与碘过滤机构过滤取样气体中的气溶胶、碘和微粒物；
步骤五、所述惰性气体探测器对进入惰性气体取样室中的惰性气体85Kr和133Xe核素的总活度浓度进行探测，并将探测结果传输至就地辐射处理单元中；
步骤六、所述就地辐射处理单元对探测结果进行处理和显示，当探测结果超过预定的阈值时，发出相应的报警信号。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明系统结构简单，设计合理，实现方便。
2、本发明设计汽水分离机构，对高湿度惰性气体进入监测系统前进行除湿处理，避免被测的高湿度惰性气体在进入监测系统时，由于监测系统中温度与环境温度相等，且多为不锈钢金属表面，被测高湿度惰性气体中水分遇冷凝结，造成监测系统中积水，影响测量结果。
3、本发明设计气溶胶与碘过滤机构，除湿后的惰性气体先通过气溶胶与碘过滤机构中的气溶胶与碘过滤纸过滤气溶胶与微粒物，再采用活性炭盒吸附惰性气体中的放射性碘，以免气溶胶和气态放射性碘进入惰性气体取样室，影响探测结果。
4、本发明的气溶胶与碘过滤机构设计结构相同的第一气溶胶与碘过滤管路和第二气溶胶与碘过滤管路，两路互为冗余，分开工作，一路工作时，另一路完全关闭，关闭中的这一路能够进行更换滤纸、碘盒，从而保证整个系统不间断运作，提高效率。
5、本发明能够有效应用在高湿度惰性气体活度监测中，结合监测方法，实现对惰性气体中85Kr、133Xe核素的β总活度浓度探测，进而判断蒸汽发生器的泄漏情况，性能稳定，效率高，效果显著，便于推广。
综上所述，本发明系统结构简单，设计合理，实现方便，能够有效应用在高湿度惰性气体活度监测中，结合监测方法，实现对惰性气体中85Kr、133Xe核素的β总活度浓度探测，进而判断蒸汽发生器的泄漏情况，性能稳定，效率高，效果显著，便于推广。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明汽水分离机构的结构示意图；
图3为本发明气溶胶与碘过滤机构的原理框图；
图4为本发明惰性气体探测器的原理框图；
图5为本发明就地辐射处理单元的原理框图；
图6为本发明的方法流程图。
附图标记说明:
1—汽水分离机构； 1-1—支架； 1-2—除湿罐；
1-3—储液罐； 1-4—制冷器； 1-5—控制器；
1-6—进气管； 1-7—出气管； 1-8—温度传感器；
1-9—溢流管； 1-10—第一电磁阀； 1-11—通气管；
1-12—第二电磁阀； 1-13—液位传感器； 1-14—排液管；
1-15—第三电磁阀； 1-16—循环泵； 2—气溶胶与碘过滤机构；
2-1—第一阀门； 2-2—第一气溶胶与碘过滤器； 2-3—第二阀门；
2-4—第三阀门； 2-5—第二气溶胶与碘过滤器； 2-6—第四阀门；
3—气体流量计； 4—惰性气体取样室； 5—气体取样泵；
6—惰性气体探测器； 6-1—塑料闪烁体； 6-2—有机玻璃光导；
6-3—光电倍增管； 6-4—信号处理电路模块； 7—就地辐射处理单元；
7-1—微控制器模块； 7-2—RS485接口； 7-3—以太网接口；
7-4—按键输入模块； 7-5—显示模块； 7-6—声光报警模块；
8—电气控制箱。
具体实施方式
如图1所示，本发明的高湿度惰性气体活度监测系统，包括惰性气体取样组件和测控组件，所述惰性气体取样组件包括取样管路，所述取样管路上随进气方向依次设置有汽水分离机构1、气溶胶与碘过滤机构2、气体流量计3、惰性气体取样室4和气体取样泵5，所述测控组件包括惰性气体探测器6和就地辐射处理单元7，以及与就地辐射处理单元7相接的电气控制箱8，所述惰性气体探测器6设置在惰性气体取样室4上侧，且与就地辐射处理单元7的输入端连接，所述气体取样泵5与电气控制箱8的输出端连接。
本实施例中，如图2所示，所述汽水分离机构1包括支架1-1，所述支架1-1上设置有除湿罐1-2、储液罐1-3、制冷器1-4、循环泵1-16和控制器1-5，所述除湿罐1-2上连接有进气管1-6和出气管1-7，所述除湿罐1-2内设置有低温水和用于检测低温水温度的温度传感器1-8，以及伸入低温水中的螺旋盘管；所述螺旋盘管与制冷器1-4连接，且在螺旋盘管内设置有冷却液，所述冷却液通过循环泵1-16在螺旋盘管与制冷器1-4之间循环，且通过制冷器1-4进行制冷，所述进气管1-6的气体出口设置在低温水底部，所述出气管1-7上缠绕有电加热带，所述除湿罐1-2和储液罐1-3之间连接有溢流管1-9，所述溢流管1-9上设置有第一电磁阀1-10，所述储液罐1-3上连接有通气管1-11，所述通气管1-11上设置有第二电磁阀1-12，所述储液罐1-3内设置有液位传感器1-13，所述储液罐1-3的底部设置有排液管1-14，所述排液管1-14上设置有第三电磁阀1-15，所述温度传感器1-8和液位传感器1-13均与控制器1-5的输入端连接，所述制冷器1-4、第一电磁阀1-10、第二电磁阀1-12和第三电磁阀1-15均与控制器1-5的输出端连接。
具体实施时，温度传感器1-8实时检测除湿罐1-2中低温水的温度，当低温水温度高于10℃时，控制器1-5控制循环泵1-16启动，将制冷器1-4中制冷好的冷却液循环至螺旋盘管中，对低温水进行降温；当低温水温度低于5℃时，控制器1-5控制循环泵1-16停止工作。
高湿度惰性气体通过进气管1-6进入除湿罐1-2底部，与除湿罐1-2中低温水充分混合，高湿度惰性气体中的水混合在低温水中，惰性气体降温为5℃左右的低温气体后，通过出气管1-7排出，排出过程中，惰性气体在出气管1-7上电加热带作用下，加热至35℃左右，此时惰性气体湿度降低，实现汽水分离。
汽水分离机构1工作过程中，除湿罐1-2内液位会逐渐升高，当液位达到溢流管1-9设置高度时，液体通过溢流管1-9流入储液罐1-3中，此时第一电磁阀1-10为打开状态，储液罐1-3中的液位传感器1-13实时检测储液罐1-3中液位高度，当达到预设值时，通过控制器1-5控制第二电磁阀1-12和第三电磁阀1-15打开，以及控制第一电磁阀1-10关闭，使储液罐1-3中液体通过排液管1-14排出。
本实施例中，如图3所示，所述气溶胶与碘过滤机构2包括第一气溶胶与碘过滤管路和第二气溶胶与碘过滤管路，所述第一气溶胶与碘过滤管路包括随进气方向依次设置的第一阀门2-1、第一气溶胶与碘过滤器2-2和第二阀门2-3，所述第二气溶胶与碘过滤管路包括随进气方向依次设置的第三阀门2-4、第二气溶胶与碘过滤器2-5和第四阀门2-6，所述第一气溶胶与碘过滤管路与第二气溶胶与碘过滤管路结构相同且互为冗余。
具体实施时，第一阀门2-1、第二阀门2-3、第三阀门2-4和第四阀门2-6均为手动阀门，第一气溶胶与碘过滤管路和第二气溶胶与碘过滤管路分开工作，一路工作时，另一路完全关闭，关闭中的这一路能够进行滤纸更换、碘盒更换，从而保证整个系统能够不间断运作，两路管路通过手动阀门进行切换。
本实施例中，所述惰性气体取样室4为容积3L～4L的密封腔室。
具体实施时，惰性气体取样室4的容积约为3.47L。
本实施例中，所述气体取样泵5为所述惰性气体取样组件提供取样动力。
本实施例中，所述惰性气体探测器6设置在惰性气体取样室4的上侧，如图4所示，所述惰性气体探测器6包括由下向上依次设置的塑料闪烁体6-1、有机玻璃光导6-2和光电倍增管6-3，所述光电倍增管6-3的输出端连接有信号处理电路模块6-4，所述信号处理电路模块6-4与就地辐射处理单元7的输入端连接。
具体实施时，塑料闪烁体6-1采用β塑料闪烁体，其厚度为0.5mm～1mm，探测面积约300cm2，采用大面积塑料闪烁体能够增加β射线的计数率，提高探测效率，降低探测下限；为了提高β塑料闪烁体的强度和光吸收效率，紧贴β塑料闪烁体后面的是10mm厚的有机玻璃光导6-2；光电倍增管6-3设置在有机玻璃光导6-2的中央位置；信号处理电路模块6-4包括两块电路板，其中一块对光电倍增管6-3信号进行前置放大、甄别、成形的电流积分及压频转换，另一块用于脉冲计数、数据采集和外部通信。
本实施例中，所述惰性气体取样室4和惰性气体探测器6均设置在铅屏蔽室内。
具体实施时，为减少外部γ射线影响，降低本底计数，提高低放射性探测能力，惰性气体取样室4和惰性气体探测器6均设置在4π铅屏蔽室内。
本实施例中，如图5所示，所述就地辐射处理单元7包括微控制器模块7-1，以及与微控制器模块7-1相接的RS485接口7-2和以太网接口7-3，所述微控制器模块7-1的输入端接有按键输入模块7-4，所述微控制器模块7-1的输出端接有显示模块7-5和声光报警模块7-6。
具体实施时，就地辐射处理单元7通过RS485接口7-2与惰性气体探测器6连接并通信，通过微控制器模块7-1完成对惰性气体的活度浓度的数据处理，通过显示模块7-5显示，当放射性活度浓度超过报警阈值时，通过声光报警模块7-6发出声光报警信号，并通过以太网接口7-3或RS485接口7-2将报警信号传输至主控制室。
本实施例中，所述电气控制箱8为气体取样泵5和就地辐射处理单元7提供电源，以及提供输入接线端子和输出接线端子。
具体实施时，输入接线端子包括4～20mA模拟输入(外部流量信号、温度)，输出接线端子包括4～20mA输出(测量结果)和开关输出(故障/失效、试验/源检、高值报警、高高值报警)，以及RS485通信(测量结果、控制)。
如图6所示，本发明的高湿度惰性气体活度监测方法，包括以下步骤：
步骤一、所述电气控制箱8控制气体取样泵5电源上电；
步骤二、所述气体取样泵5工作，为惰性气体取样组件提供取样动力；
步骤三、所述汽水分离机构1对取样气体进行汽水分离及除湿处理；
具体实施时，被测的高湿度惰性气体在进入监测系统时，由于监测系统中温度与环境温度相等，且多为不锈钢金属表面，被测高湿度惰性气体中水分易遇冷凝结，造成监测系统中积水，影响测量，因此需在高湿度惰性气体进入监测系统前进行除湿处理；高湿度惰性气体进入冷阱的水中，水与气进行分离，气体经过冷阱后温度降低为5℃，5℃时相对湿度100％时气体中含水6.79g/m3，后端将此气体加热到35℃时，含水6.79g/m3相对湿度小于20％。
步骤四、所述气溶胶与碘过滤机构2过滤取样气体中的气溶胶、碘和微粒物；
具体实施时，除湿后的惰性气体先通过气溶胶与碘过滤机构2中的气溶胶与碘过滤纸过滤气溶胶与微粒物，再采用活性炭盒吸附惰性气体中的放射性碘(甲基碘和元素碘)；以免气溶胶和气态放射性碘进入惰性气体取样室影响探测结果；
步骤五、所述惰性气体探测器6对进入惰性气体取样室4中的惰性气体85Kr和133Xe核素的β总活度浓度进行探测，并将探测结果传输至就地辐射处理单元7中；
步骤六、所述就地辐射处理单元7对探测结果进行处理和显示，当探测结果超过预定的阈值时，发出相应的报警信号。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。