用于定量分析氣體混合物成分的方法以及所屬的測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于定量分析氣體混合物、尤其是核設(shè)施的反應(yīng)堆外殼的氣氛的成分的方法。本發(fā)明另外還涉及一種適于實施該方法的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在具有儲存核燃料的核技術(shù)裝置中(比如核電站、加工設(shè)備、中轉(zhuǎn)倉庫)，在事故或意外情況下，根據(jù)相應(yīng)的事故情況并根據(jù)必要時采取的對策而必須考慮可能大量釋放氫氣。在此在與所存在的氧氣進行失控反應(yīng)的情況下可能導(dǎo)致爆燃或甚至導(dǎo)致爆炸，這導(dǎo)致外罩或反應(yīng)堆外殼的損壞。
[0003]尤其在相對嚴(yán)重的、可能發(fā)生核融化的事故情況下，在該反應(yīng)堆外殼中的氫氣釋放可能出現(xiàn)尤其高的濃度(比如30體積％)，使得在存在反應(yīng)堆外殼罩的高非密封性時，也可能導(dǎo)致在周圍反應(yīng)堆建筑中氫氣的大量釋放，如在福島的事故情況中所發(fā)生的。
[0004]為了監(jiān)控用于獲得反應(yīng)堆外殼完整性而采取的保護措施(比如催化重組效應(yīng))以及在采取“嚴(yán)重事故”措施之前(比如惰化措施和/或反應(yīng)堆外殼通風(fēng))，必須知道反應(yīng)堆外殼氣氛和周圍建筑構(gòu)件可燃性的相關(guān)參數(shù)。
[0005]尤其在惰化反應(yīng)堆外殼(通常是沸水反應(yīng)堆外殼)中，為了判斷狀態(tài)并為了可能需要有針對地采取措施，除了氫氣濃度之外，有意義的是獲得惰性狀態(tài)并從而同時知道氧氣濃度的發(fā)展。
[0006]原則上重要的是:早知道反應(yīng)堆外殼氣氛中H2的釋放以分析事故變化并規(guī)劃要采取的措施。從而在下部測量范圍(直至燃燒下限)中需要比在事故情況的寬范圍內(nèi)(>10體積％)更高的測量精確度。
[0007]出于該原因，H2測量具有安全性相關(guān)的意義，并通常冗余(也即防單獨故障)地實施。
[0008]現(xiàn)有的用于判斷反應(yīng)堆外殼氣氛或事故進展的測量系統(tǒng)為了出測量而需要一種耗費的具有構(gòu)造截止閥的采樣系統(tǒng)、以及一種耗費的用于水汽冷凝和冷凝水導(dǎo)出的氣體處理系統(tǒng)。為了測量出和02濃度，需要兩個單獨的具有相應(yīng)專用功能和相應(yīng)數(shù)據(jù)處理電子單元的傳感器。
[0009]從反應(yīng)堆外殼外部導(dǎo)出的相對大的樣本流及其放射性惡化了傳感器及其電子裝置的放射性能力，或者使其針對這種應(yīng)用的能力完全喪失。
[0010]另外該系統(tǒng)還具有大的電能需求，和/或需要冷卻水以冷凝水蒸氣。然而尤其在將判斷為“全站停電”的情況下供電是有問題的，或者不保證供電。
[0011]缺點尤其是，由于水蒸氣冷凝而必須重新計算出或02濃度的真實濃度，也即僅能夠間接地確定。這從而不再是直接的測量。為了通過該方法確定/計算真實發(fā)生的濃度，還需要其他的壓力和溫度測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明所基于的任務(wù)是，提供一種用于定量分析氣體混合物成分的方法，該方法避免了前述的缺點。尤其在嚴(yán)重的條件下，如在核設(shè)施的嚴(yán)重的事故情況下，也應(yīng)該實現(xiàn)對物理參數(shù)的簡單、可靠和盡可能直接的確定，其中這些物理參數(shù)表征了氣體混合物的點火場和燃燒特性。
[0013]另外還應(yīng)提供一種適于實施該方法的裝置。
[0014]關(guān)于該方法，該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的特征而得到解決。關(guān)于該裝置，該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求5所述的特征而得到解決。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的概念與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于，其集成了基于惠斯登電橋電阻測量的兩種測量方法，也即實現(xiàn)了冗余的以及差異性的H2測量，其另外還允許同時測量/平衡O2含量。
[0016]一個測量橋按照催化熱效應(yīng)原理來工作(WT探測器)，另一測量橋按照導(dǎo)熱性原理來工作(WL探測器)。熱導(dǎo)率探測器和熱效應(yīng)探測器的信號被傳導(dǎo)給分析電子裝置以進行放大和分析。電子裝置可以處理多個傳感器。
[0017]兩個放射不敏感的測量室優(yōu)選地位于耐壓和耐高溫傳感器殼體中，并防地震地相互阻擋。測量室通過可能由燒結(jié)金屬制成的膜而與反應(yīng)堆外殼氣氛相連。要測量的可燃?xì)怏w氫氣(可替選的一氧化碳)以及氧氣主要通過擴散而被傳輸?shù)綔y量單元中。
[0018]附加地，在測量位置處還有比如基于電阻溫度測量或熱應(yīng)力測量的溫度傳感器，其比如可以用于確定在假定為飽和蒸汽條件下的蒸汽含量。
[0019]氫氣濃度的測量優(yōu)選以差異性冗余的方式由該WL探測器和WT探測器來實施。
[0020]在下部測量范圍直至燃燒下限，通過WT方法以事故情況開始時所需的相對高的測量精確度(比如+/-0.25體積％ )來進行測量。
[0021]在氣氛的氧氣含量低于H2/02混合物的化學(xué)計量成分時，該WT探測器的惠斯登電橋電路的測量值利用氧氣測量的校正曲線而被分析。O2濃度從而可以被直接測量。
[0022]如果通過比較得知兩個測量橋的信號是相同的(考慮測量精確度/公差)，那么就可以有利地間接地借助該WL探測器由測量氣體的總熱導(dǎo)率的測量來確定O2濃度。為此，基于的是合理地假定在反應(yīng)堆外殼中氣氛成分的單熱導(dǎo)率分量。因為最初的空氣濃度是已知的，所以可以由出測量和蒸汽濃度來確定N2濃度。蒸汽濃度可以在假定飽和蒸汽條件下由溫度測量來確定。結(jié)果O2確定的誤差在此主要取決于H2測量的誤差，并且出含量測量得越精確，誤差越小。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的概念的主要優(yōu)點相對于現(xiàn)有技術(shù)可以總結(jié)為如下:
[0024].在傳感頭中冗余的以及差異性的氫氣測量
[0025].組合的H2爆燃范圍測量(0-10體積％)以及寬范圍測量(直至100體積％)
[0026].出測量不需要氧氣(對于惰化反應(yīng)堆外殼尤其重要)
[0027].在燃燒下限的范圍中高的精確度(在4體積％比如為+/-0.25體積％)
[0028].同時測量和/或平衡O2濃度
[0029].從而能夠判斷點火場和燃燒特性(爆燃、爆炸)
[0030].在具有〈5體積％的02濃度和H2過剩的惰化反應(yīng)堆外殼中直接進行H2/02測量[0031 ].就地測量
[0032].在反應(yīng)堆外殼外部不需要進行放射性引導(dǎo)
[0033].不需要反應(yīng)堆外殼截止閥
[0034].不需要提供測量氣體
[0035].高的放射性抵抗能力，因為不必采用有機部件
[0036].在“惡劣環(huán)境”(反應(yīng)堆外殼)中沒有敏感電子裝置
[0037].低的能量消耗(〈500W)，其在“全站停電”時可以通過獨立蓄電池單元來供電
[0038].較低的故障率
[0039].更快的測量周期(在線測量)
[0040].更小的空間需求
[0041]?更簡單的測量技術(shù)
[0042].更低的投資成本
[0043].更簡單的升級
[0044].簡單的校正
【附圖說明】
[0045]下面借助附圖來進一步解釋本發(fā)明的實施例。其中以極其簡單和示意性的圖示:
[0046]圖1示出了用于測量在氣體混合物中所含氣體組分、在此為核電廠反應(yīng)堆外殼中氣氛中氫氣和氧氣的濃度的測量系統(tǒng)，
[0047]圖2示出了在圖1的測量系統(tǒng)中可采用的電阻電橋的一種尤其有利的實施方式的原理電路圖，以及
[0048]圖3示出了圖1的測量系統(tǒng)的熱效應(yīng)傳感器的校正曲線圖。
【具體實施方式】
[0049]在圖1中示意地概括示出的測量裝置2主要用于同時確定在測量氣體中、尤其在核電廠6中也稱作反應(yīng)堆外殼4的安全密封殼的氣氛中氫氣(?)和氧氣(02)的含量。也被稱作安全罩8的反應(yīng)堆外殼罩本身在此僅局部地示出。
[0050]該測量裝置2為此包含有兩個在空間上直接相互靠近地設(shè)置在該反應(yīng)堆外殼4中的測量室10、12。這意味