一種測量閥門微泄漏率的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種測量閥門微泄漏率的裝置，其包括，與隔離閥活動連接的快速接頭及與所述快速接頭相連的保壓容器，所述隔離閥與安全殼外墻相連接，其中：所述保壓容器，包括設(shè)有環(huán)形頂蓋的中空腔體和沿所述中空腔體內(nèi)壁上下活動且與所述中空腔體相匹配的活塞，所述活塞向上運(yùn)動抵頂至環(huán)形頂蓋底部停止，在所述活塞上設(shè)有用于測定所述中空腔體內(nèi)所述被測蒸汽的溫度和壓力的溫度傳感器和壓力傳感器，通過所述溫度及所述壓力計算可以從所述隔離閥泄漏的所述被測蒸汽的平均泄漏率。本發(fā)明還提供了一種測量閥門微泄漏率的方法，通過本發(fā)明提供的測量閥門微泄漏率的裝置及方法實(shí)現(xiàn)了在不停機(jī)的工況下精確測量隔離閥微泄漏率的目的。
【專利說明】
一種測量閥門微泄漏率的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種測量裝置及方法，特別涉及一種測量閥門微泄漏率的裝置及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在核電廠運(yùn)行過程中，若安全殼外的隔離閥核泄漏超過限值，會使得核電廠第三 道安全屏障失去作用，使放射物外泄，危害環(huán)境;同時在運(yùn)機(jī)組需要根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求及時 停機(jī)，造成極大經(jīng)濟(jì)損失。因此，當(dāng)安全殼外的隔離閥出現(xiàn)疑似泄漏的情況時，需要精確測 量隔離閥的泄漏率。核電廠安全殼機(jī)械貫穿件密封性試驗(yàn)需在機(jī)組停運(yùn)期間進(jìn)行，通過將 安全殼隔離閥打壓至4.2bar壓力，并計算該壓力下安全殼隔離閥的泄漏率，而在機(jī)組日常 運(yùn)行期間，隔離閥上游為高溫高壓水蒸汽，難以對貫穿件密封性進(jìn)行試驗(yàn)。目前國內(nèi)在運(yùn)機(jī) 組數(shù)次發(fā)生核取樣系統(tǒng)疑似安全殼隔離閥泄漏超標(biāo)事件，采用的方法是通過安裝在系統(tǒng)管 道下游的流量計進(jìn)行讀數(shù)，或者通過估算相關(guān)系統(tǒng)管道的體積，根據(jù)單位時間內(nèi)系統(tǒng)管道 壓力的變化來計算安全殼隔離閥的泄漏率，但由于隔離閥微泄漏的水蒸汽溫度較高且極易 在管壁冷凝，同時水蒸汽在管路內(nèi)的壓力變化受溫度波動影響較大，從而導(dǎo)致以上兩種方 法計算誤差較大。因此如何在不停機(jī)情況下精確測量帶壓閥門的泄漏率，成為本領(lǐng)域技術(shù) 人員亟待解決的問題之一。
[0003] 綜上所述，一種在不停機(jī)的工況下精確測量隔離閥微泄漏率的裝置亟待開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種在不停機(jī)的工況下精 確測量閥門微泄漏率的裝置。
[0005] 本發(fā)明的目的還在于提供一種在不停機(jī)的工況下精確測量閥門微泄漏率的方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種測量閥門微泄漏率的裝置，其 包括，與隔離閥2活動連接的快速接頭3及與所述快速接頭3相連的保壓容器6,所述隔離閥2 與安全殼外墻1相連接，被測蒸汽從安全殼通過所述安全殼外墻1、所述隔離閥2、所述快速 接頭3進(jìn)入所述保壓容器6內(nèi)，其中： 所述保壓容器6,包括設(shè)有環(huán)形頂蓋的中空腔體和沿所述中空腔體內(nèi)壁上下活動且與 所述中空腔體相匹配的活塞18,所述活塞18向上運(yùn)動抵頂至環(huán)形頂蓋底部停止，在所述活 塞18上設(shè)有用于測定所述中空腔體內(nèi)所述被測蒸汽的溫度和壓力的溫度傳感器11和壓力 傳感器12,通過所述溫度及所述壓力計算從所述隔離閥2泄漏的所述被測蒸汽的平均泄漏 率。
[0007] 優(yōu)選地，所述中空腔體從外向內(nèi)依次設(shè)有保溫層15和保溫液體流通層17,在所述 環(huán)形頂蓋的底部設(shè)有密封墊16,在所述環(huán)形頂蓋的相對位置上分別設(shè)有與所述保溫液體流 通層17連同的保溫液體進(jìn)液口 13和保溫液體出液口 14,所述保溫液體流通層17內(nèi)填充有液 態(tài)工質(zhì)，所述保壓容器6底部設(shè)有與所述中空腔體內(nèi)部連同的被測蒸汽進(jìn)汽口 19、被測蒸汽 出汽口 20以及安全閥4,目的是防止在收集泄漏蒸汽時由于操作不當(dāng)或者隔離閥泄漏速率 過快導(dǎo)致保壓容器6壓力過高，發(fā)生安全事故。
[0008] 優(yōu)選地，所述液態(tài)工質(zhì)的沸點(diǎn)溫度大于同等壓力下的水蒸汽的沸點(diǎn)溫度，所述工 質(zhì)為乙二醇，所述乙二醇沸點(diǎn)溫度約為197.3°C，此時當(dāng)所述保壓容器6內(nèi)被測蒸汽的壓力 為1~14bar時，乙二醇溶液能夠滿足預(yù)穩(wěn)定要求。
[0009] 優(yōu)選地，還包括一恒溫控制單元，其包括依次連接的栗8、電加熱器9及氣液分離器 10,所述栗8將所述液態(tài)工質(zhì)從保溫液體出液口 14栗入所述電加熱器9內(nèi)加熱至氣液混合 態(tài)，再通過所述氣液分離器10,將其進(jìn)行氣液分離后的液態(tài)部分通過所述保溫液體進(jìn)液口 13流回至所述保溫液體流通層17。
[0010] 優(yōu)選地，所述氣液分離器10設(shè)于連接所述快速接頭3與所述保壓容器6的管道上， 從所述快速接頭3流出的所述被測蒸汽經(jīng)過所述氣液分離器10,與經(jīng)過所述電加熱器9加熱 后的所述液態(tài)工質(zhì)進(jìn)行非混合式熱交換后通過所述被測蒸汽進(jìn)汽口 19流入至所述保壓容 器6內(nèi)。
[0011] 優(yōu)選地，所述活塞18從外向內(nèi)依次設(shè)有保溫層15和密封墊16,密封墊16既保證保 壓容器6的密封特性，同時可防止活塞18與保壓容器6壁發(fā)生撞擊。
[0012] 優(yōu)選地，設(shè)于所述活塞18的所述密封墊16上設(shè)有兩個凹槽，所述溫度傳感器11和 所述壓力傳感器12從凹槽內(nèi)穿入。
[0013] 優(yōu)選地，還包括一恒溫水容器7,所述被測蒸汽出汽口 20通過泄氣閥5與所述恒溫 水容器7相連。
[0014] 優(yōu)選地，所述隔離閥2、所述快速接頭3、所述保壓容器6、所述恒溫控制單元及所述 恒溫水容器7之間連通的管道均采用耐高溫絕熱材料制成，所述管道外還包裹有一層耐高 溫絕熱材料。
[0015] -種采用上述裝置測量閥門微泄漏率的方法，包括以下階段： 預(yù)加熱階段，通過加熱液態(tài)工質(zhì)從而對保壓容器6內(nèi)壁加熱，打開安全閥4,關(guān)閉泄氣閥 5,將活塞18置于保壓容器6的底部，排空所述保壓容器6內(nèi)的空氣，關(guān)閉所述安全閥4,開啟 恒溫控制單元，處于保溫液體流通層17的液體工質(zhì)在栗8的驅(qū)動下通過保溫液體出液口 14 流出，經(jīng)過電加熱器9加熱至沸點(diǎn)溫度，此時工質(zhì)呈氣液混合態(tài)，流經(jīng)氣液分離器10,其中液 態(tài)部分的工質(zhì)從所述氣液分離器10的第一出液口流出通過保溫液體進(jìn)液口 13再次流入保 溫液體流通層17，依次循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)對所述保壓容器6內(nèi)壁加熱； 預(yù)穩(wěn)定階段，隔離閥2處于關(guān)閉狀態(tài)下，通過快速接頭3將所述隔離閥2與所述測量閥門 微泄漏率的裝置相連接，從所述隔離閥2中泄漏的被測蒸汽進(jìn)入保壓容器6前流經(jīng)所述氣液 分離器10進(jìn)行預(yù)穩(wěn)定，所述被測蒸汽與經(jīng)過所述電加熱器9加熱后的所述液態(tài)工質(zhì)進(jìn)行非 混合式熱交換，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)穩(wěn)定，目的是防止被測蒸汽進(jìn)入保壓容器6后溫度過高，溫度難 以快速穩(wěn)定； 測量階段，所述被測蒸汽經(jīng)過預(yù)冷卻后，從所述氣液分離器10的第一出汽口流出，從被 測蒸汽進(jìn)汽口 19進(jìn)入所述保壓容器6后驅(qū)動所述活塞18向上運(yùn)動，由于對所述保壓容器6最 大有效容積以及所述活塞18重量的精確設(shè)計，所述活塞18短時間內(nèi)會運(yùn)動至所述保壓容器 6頂部，監(jiān)測所述保壓容器6內(nèi)所述被測蒸汽的溫度波動是否過大，根據(jù)所述保壓容器6內(nèi)被 測蒸汽的壓力通過水蒸汽狀態(tài)方程：
計算出在某段時間內(nèi)泄漏到所述保壓容器6內(nèi)的總的所述被測蒸汽的氣體質(zhì)量，從而 計算出所述隔離閥2的平均泄漏率，同時根據(jù)所述保壓容器6內(nèi)被測蒸汽的壓力隨時間的變 化關(guān)系，計算出所述隔離閥2的瞬時泄漏率； 排氣階段，打開所述泄氣閥5，所述保溫容器內(nèi)的所述被測蒸汽經(jīng)過恒溫水容器7降溫、 冷凝后排出，排氣速率要合理控制，防止所述活塞18與所述保壓容器6底部撞擊。該方法必 須要保證隔離閥2上游的氣體壓力高到足以忽略保壓容器6內(nèi)的被測氣體壓力的變化對閥 門泄漏率計算的影響。
[0016] 如上所述，本發(fā)明所述的測量閥門微泄漏率的裝置及方法具有以下有益效果： 1、 通過快速接頭將所述隔離閥與所述測量閥門微泄漏率的裝置相連接，實(shí)現(xiàn)了在不停 機(jī)的工況下測量閥門微泄漏率； 2、 在對保壓容器進(jìn)行預(yù)加熱時先將活塞置于保壓容器的底部以排空容器內(nèi)的氣體，提 高測量精度； 3、 對保壓容器進(jìn)行預(yù)加熱，防止被測蒸汽在壁面冷凝，提高測量精度； 4、 在對保壓容器進(jìn)行預(yù)加熱時，恒溫控制單元內(nèi)工質(zhì)通過電加熱器加熱至沸點(diǎn)溫度， 且保證工質(zhì)為氣液混合態(tài)，流經(jīng)氣液分離器后通過栗將液態(tài)工質(zhì)循環(huán)送入保溫液體流通 層，實(shí)現(xiàn)對保壓容器壁面加熱，相比于采用電加熱方式直接加熱保壓容器壁面，該裝置可保 證容器壁面溫度以及被測水蒸汽溫度盡可能穩(wěn)定； 5、 在被測蒸汽進(jìn)入保壓容器前流經(jīng)氣液分離器進(jìn)行預(yù)穩(wěn)定，目的是防止被測蒸汽進(jìn)入 保壓容器后溫度過高，在保證被測蒸汽處于氣態(tài)的同時也可以保證被測蒸汽溫度快速穩(wěn) 定； 6、 排氣回收階段，打開所述泄氣閥，被測蒸汽經(jīng)過恒溫水容器降溫、冷凝后排出，防止 高溫蒸汽直接排出燙傷工作人員。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明所述測量閥門微泄漏率的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明所述保壓容器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中被測蒸汽的壓力和質(zhì)量的關(guān)系圖； 其中：1-安全殼外墻;2-隔離閥;3-快速接頭;4-安全閥；5-泄氣閥;6-保壓容器;7-恒溫 水容器;8-栗;9-電加熱器；10-氣液分離器；11-溫度傳感器；12-壓力傳感器；13-保溫液體 進(jìn)液口； 14-保溫液體出液口； 15-保溫層；16-密封墊；17-保溫液體流通層；18-活塞；19-被 測蒸汽進(jìn)汽口； 20-被測蒸汽出汽口。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明 書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0019] 請參閱圖1~圖3,本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合 說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的 限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在 不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容 得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如"外" "內(nèi)" "上"、"下"、"左"、"右"、"中間" 及"一"等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系 的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0020] 如圖1及2所示，本發(fā)明提供一種測量閥門微泄漏率的裝置，其包括，與隔離閥2活 動連接的快速接頭3及與所述快速接頭3相連的保壓容器6,所述隔離閥2與安全殼外墻1相 連接，被測蒸汽從安全殼通過所述安全殼外墻1、所述隔離閥2、所述快速接頭3進(jìn)入所述保 壓容器6內(nèi)，其中： 所述保壓容器6,包括設(shè)有環(huán)形頂蓋的中空腔體和沿所述中空腔體內(nèi)壁上下活動且與 所述中空腔體相匹配的活塞18,所述活塞18向上運(yùn)動抵頂至環(huán)形頂蓋底部停止，在所述活 塞18上設(shè)有用于測定所述中空腔體內(nèi)所述被測蒸汽的溫度和壓力的溫度傳感器11和壓力 傳感器12,通過所述溫度及所述壓力計算從所述隔離閥2泄漏的所述被測蒸汽的平均泄漏 率。
[0021] 所述中空腔體從外向內(nèi)依次設(shè)有保溫層15和保溫液體流通層17,在所述環(huán)形頂蓋 的底部設(shè)有密封墊16,在所述環(huán)形頂蓋的相對位置上分別設(shè)有與所述保溫液體流通層17連 同的保溫液體進(jìn)液口 13和保溫液體出液口 14,所述保溫液體流通層17內(nèi)填充有液態(tài)工質(zhì)， 所述保壓容器6底部設(shè)有與所述中空腔體內(nèi)部連同的被測蒸汽進(jìn)汽口 19、被測蒸汽出汽口 20以及安全閥4。
[0022]所述液態(tài)工質(zhì)的沸點(diǎn)溫度大于同等壓力下的水蒸汽的沸點(diǎn)溫度，所述工質(zhì)為乙二 醇，所述乙二醇沸點(diǎn)溫度約為197.3°C，此時當(dāng)所述保壓容器6內(nèi)被測蒸汽的壓力為1~ 14bar時，乙二醇溶液能夠滿足預(yù)穩(wěn)定要求。
[0023] 還包括一恒溫控制單元，其包括依次連接的栗8、電加熱器9及氣液分離器10,所述 栗8將所述液態(tài)工質(zhì)從保溫液體出液口 14栗入所述電加熱器9內(nèi)加熱至氣液混合態(tài)，再通過 所述氣液分離器10,將其進(jìn)行氣液分離后的液態(tài)部分通過所述保溫液體進(jìn)液口 13流回至所 述保溫液體流通層17。
[0024] 所述氣液分離器10設(shè)于連接所述快速接頭3與所述保壓容器6的管道上，從所述快 速接頭3流出的所述被測蒸汽經(jīng)過所述氣液分離器10,與經(jīng)過所述電加熱器9加熱后的所述 液態(tài)工質(zhì)進(jìn)行非混合式熱交換后通過所述被測蒸汽進(jìn)汽口 19流入至所述保壓容器6內(nèi)。 [0025] 所述活塞18從外向內(nèi)依次設(shè)有保溫層15和密封墊16,密封墊16既保證保壓容器6 的密封特性，同時可防止活塞18與保壓容器6壁發(fā)生撞擊。
[0026]設(shè)于所述活塞18的所述密封墊16上設(shè)有兩個凹槽，所述溫度傳感器11和所述壓力 傳感器12從凹槽內(nèi)穿入。
[0027] 還包括一恒溫水容器7,所述被測蒸汽出汽口 20通過泄氣閥5與所述恒溫水容器7 相連。
[0028] 所述隔離閥2、所述快速接頭3、所述保壓容器6、所述恒溫控制單元及所述恒溫水 容器7之間連通的管道均采用耐高溫絕熱材料制成，所述管道外還包裹有一層耐高溫絕熱 材料。
[0029] -種采用上述裝置測量閥門微泄漏率的方法，包括以下階段： 預(yù)加熱階段，通過加熱液態(tài)工質(zhì)從而對保壓容器6內(nèi)壁加熱，打開安全閥4,關(guān)閉泄氣閥 5,將活塞18置于保壓容器6的底部，排空所述保壓容器6內(nèi)的空氣，關(guān)閉所述安全閥4,開啟 恒溫控制系統(tǒng)，處于保溫液體流通層17的液體工質(zhì)在栗8的驅(qū)動下通過保溫液體出液口 14 流出，經(jīng)過電加熱器9加熱至沸點(diǎn)溫度，此時工質(zhì)呈氣液混合態(tài)，流經(jīng)所述氣液分離器10,其 中液態(tài)部分的工質(zhì)從所述氣液分離器10的第一出液口流出通過保溫液體進(jìn)液口 13再次流 入保溫液體流通層17，依次循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)對所述保壓容器6內(nèi)壁加熱； 預(yù)穩(wěn)定階段，隔離閥2處于關(guān)閉狀態(tài)下，通過快速接頭3將所述隔離閥2與所述測量閥門 微泄漏率的裝置相連接，從所述隔離閥2中泄漏的被測蒸汽進(jìn)入保壓容器6前流經(jīng)所述氣液 分離器10進(jìn)行預(yù)穩(wěn)定，目的是防止被測蒸汽進(jìn)入保壓容器6后溫度過高，溫度難以快速穩(wěn) 定； 測量階段，所述被測蒸汽經(jīng)過預(yù)冷卻后，從氣液分離器10的第一出汽口流出，從被測蒸 汽進(jìn)汽口 19進(jìn)入所述保壓容器6后驅(qū)動所述活塞18向上運(yùn)動，由于對所述保壓容器6最大有 效容積以及所述活塞18重量的精確設(shè)計，所述活塞18短時間內(nèi)會運(yùn)動至所述保壓容器6頂 部，監(jiān)測所述保壓容器6內(nèi)所述被測蒸汽的溫度波動是否過大，根據(jù)所述保壓容器6內(nèi)被測 蒸汽的壓力通過水蒸汽狀態(tài)方程：
計算出在某段時間內(nèi)泄漏到所述保壓容器6內(nèi)的總的所述被測蒸汽的氣體質(zhì)量，從而 計算出所述隔離閥2的平均泄漏率，同時根據(jù)所述保壓容器6內(nèi)被測蒸汽的壓力隨時間的變 化關(guān)系，計算出所述隔離閥2的瞬時泄漏率； 排氣階段，打開所述泄氣閥5，所述保溫容器內(nèi)的所述被測蒸汽經(jīng)過恒溫水容器7降溫、 冷凝后排出，排氣速率要合理控制，防止所述活塞18與所述保壓容器6底部撞擊，該方法必 須要保證隔離閥2上游的氣體壓力高到足以忽略保壓容器6內(nèi)的被測氣體壓力的變化對閥 門泄漏率計算的影響。
[0030] 實(shí)施例1: 如圖3所示，所述保壓容器6的容積為1L，通過上述測量閥門微泄漏率的裝置測得所述 被測蒸汽溫度為197°C，忽略微泄漏中的空氣成分，根據(jù)水蒸氣氣體狀態(tài)方程：
其中a=5.464atm· L2/mol2，b=0.03049 L/mol，R=8.314J/(mol ·Κ); 從圖3中可以看出，從隔離閥2中泄漏很微弱的被測水蒸氣量會導(dǎo)致保壓容器6中壓力 會有很明顯的變化，這也是采用恒溫保壓法測量閥門水蒸氣微泄漏的依據(jù)。
[0031] 上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟 悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因 此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
[0032] -種閥門微泄漏探測裝置，包括與隔離閥相連接的快速接頭、保壓容器及其相關(guān) 配件、恒溫控制系統(tǒng)、恒溫水容器構(gòu)成;其特征在于:保壓容器通過快速接頭及其管路連接， 收集待測閥門泄漏的蒸汽，測量結(jié)束后，高溫蒸汽通過泄氣閥將保壓容器中的蒸汽排空，高 溫蒸汽在排向大氣前流經(jīng)恒溫水容器降溫、冷凝，防止?fàn)C傷操作人員，該裝置所有管路均采 用耐高溫絕熱材料包裹。恒溫控制系統(tǒng)由栗、電加熱器、氣液分離器及其工質(zhì)組成；工質(zhì)經(jīng) 電加熱器加熱直至為氣液兩相態(tài)，此時工質(zhì)溫度為沸點(diǎn)溫度;工質(zhì)流經(jīng)氣液分離器氣液分 離后，液體流經(jīng)保壓容器中的保溫液體流通層，實(shí)現(xiàn)保壓容器壁面的預(yù)加熱和待測蒸汽的 恒溫控制。工質(zhì)的沸點(diǎn)溫度高于待測蒸汽沸點(diǎn)溫度，防止待測閥門泄漏蒸汽在保壓容器壁 面冷凝。除了實(shí)現(xiàn)其氣液分離功能外，還可實(shí)現(xiàn)對蒸汽的預(yù)冷卻。保壓容器由保溫層、密封 圈、保溫液體流通層、活塞組成;保壓容器頂部設(shè)有保溫液體進(jìn)液口和出液口，進(jìn)液口和出 液口與恒溫控制系統(tǒng)相連;保壓容器底部設(shè)有待測蒸汽進(jìn)汽口、出汽口以及安全閥，安全閥 的目的是防止在收集泄漏蒸汽時由于操作不當(dāng)或者閥門泄漏速率過快導(dǎo)致保壓容器壓力 過高，發(fā)生安全事故?；钊隙嗣嬖O(shè)有保溫層，下端面設(shè)有密封圈，密封圈上設(shè)有凹槽，用于 安裝溫度傳感器和壓力傳感器探頭；活塞在裝置工作前置于保壓容器底部，排空容器內(nèi)空 氣，提高測量精度，測量階段，待測蒸汽克服活塞重力和環(huán)境壓力，使得活塞運(yùn)動至容器頂 部，并隨之泄漏蒸汽在保壓容器中實(shí)現(xiàn)恒溫定容升壓過程。在核電廠運(yùn)行過程中，若安全殼 隔離閥泄漏超過限值，會使得核電廠第三道安全屏障失去作用，使放射物外泄，危害環(huán)境； 同時在運(yùn)機(jī)組需要根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求及時停機(jī)，造成極大經(jīng)濟(jì)損失。因此，當(dāng)安全殼隔離閥 出現(xiàn)疑似泄漏的情況時，需要精確測量安全殼隔離閥的泄漏率。核電廠安全殼機(jī)械貫穿件 密封性試驗(yàn)通過將安全殼隔離閥打壓至4.2bar壓力，并計算該壓力下安全殼隔離閥的泄漏 率。該試驗(yàn)需在機(jī)組停運(yùn)期間進(jìn)行，而在機(jī)組日常商運(yùn)期間，隔離閥上游為高溫高壓水蒸 汽，難以對貫穿件密封性進(jìn)行試驗(yàn)。目前國內(nèi)在運(yùn)機(jī)組數(shù)次發(fā)生核取樣系統(tǒng)疑似安全殼隔 離閥泄漏超標(biāo)事件，采用的方法是通過安裝在系統(tǒng)管道下游的流量計進(jìn)行讀數(shù)，或者通過 估算相關(guān)系統(tǒng)管道的體積，根據(jù)單位時間內(nèi)系統(tǒng)管道壓力的變化來計算安全殼隔離閥的泄 漏率。由于隔離閥微泄漏的水蒸汽溫度較高且極易在管壁冷凝，同時水蒸汽在管路內(nèi)的壓 力變化受溫度波動影響較大，從而導(dǎo)致以上兩種方法計算誤差較大。因此如何在不停機(jī)情 況下精確測量帶壓閥門的泄漏率，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題之一。一種閥門微 泄漏探測裝置，包括與隔離閥相連接的快速接頭、保壓容器及其相關(guān)配件、恒溫控制系統(tǒng)、 恒溫水容器;其特征在于:保壓容器通過快速接頭及其管路連接，收集隔離閥泄漏的蒸汽， 恒溫控制系統(tǒng)對保壓容器內(nèi)蒸汽溫度進(jìn)行控制，通過在一定時間內(nèi)保壓容器內(nèi)蒸汽壓力變 化計算隔離閥泄漏率;測量結(jié)束后，高溫蒸汽通過泄氣閥將保壓容器中的蒸汽排空，高溫蒸 汽在排向大氣前流經(jīng)恒溫水容器降溫、冷凝，防止?fàn)C傷操作人員;該裝置所有管路采用耐高 溫絕熱材料包裹。該系統(tǒng)由栗、電加熱器、氣液分離器及其工質(zhì)組成；工質(zhì)的沸點(diǎn)溫度高于 蒸汽沸點(diǎn)溫度，防止待測閥門泄漏蒸汽在保壓容器壁面冷凝;工質(zhì)經(jīng)電加熱器加熱后蒸發(fā)， 流經(jīng)氣液分離器后，液體流經(jīng)保壓容器中的保溫液體流通層，實(shí)現(xiàn)保壓容器壁面的預(yù)加熱 和待測蒸汽的恒溫控制。除了實(shí)現(xiàn)其氣液分離功能外，還可實(shí)現(xiàn)對蒸汽的預(yù)冷卻。保壓容器 由保溫層、密封圈、保溫液體流通層、活塞組成;保壓容器頂部設(shè)有保溫液體進(jìn)液口和出液 口，進(jìn)液口和出液口與恒溫控制系統(tǒng)相連;保壓容器底部設(shè)有待測蒸汽進(jìn)汽口、出汽口以及 安全閥；安全閥的目的是防止在收集泄漏蒸汽時由于操作不當(dāng)或者閥門泄漏速率過快導(dǎo)致 保壓容器壓力過高，發(fā)生安全事故;密封圈既保證保壓容器的密封特性，同時可防止活塞與 容器壁發(fā)生撞擊?；钊隙嗣嬖O(shè)有保溫層，下端面設(shè)有密封圈，密封圈上設(shè)有凹槽，用于安 裝溫度傳感器和壓力傳感器探頭;活塞在裝置工作前置于保壓容器底部，排空容器內(nèi)空氣， 提高測量精度;測量階段，待測蒸汽克服活塞重力和環(huán)境壓力，使得活塞運(yùn)動至容器頂部， 并隨之泄漏蒸汽在保壓容器中實(shí)現(xiàn)恒溫定容升壓過程。上述的閥門微泄漏探測裝置，包括 以下過程：（a)在裝置對隔離閥泄漏率測量之前需對保壓容器及其管路預(yù)熱，防止隔離閥微 量泄漏的水蒸汽在管壁和保壓容器壁冷凝；（b)隔離閥泄漏率測量階段，泄漏蒸汽驅(qū)動活塞 運(yùn)動，恒溫控制系統(tǒng)保證容器內(nèi)蒸汽溫度恒定，此時蒸汽處于恒溫等壓過程，當(dāng)活塞運(yùn)動至 容器頂部時，蒸汽處于恒溫定容過程，此時可通過保壓容器內(nèi)壓力變化計算閥門的微泄漏 率以及閥門在該時間段內(nèi)的平均泄漏速率；（c)試驗(yàn)結(jié)束后，保壓容器內(nèi)蒸汽通過泄氣閥排 空，排出的蒸汽通過恒溫水容器冷凝，防止?fàn)C傷操作人員。取樣系統(tǒng)隔離閥閥前水蒸汽壓力 約為156bar、溫度約為345°C，當(dāng)核電廠商運(yùn)期間核取樣系統(tǒng)疑似發(fā)生安全殼隔離閥泄漏超 標(biāo)事件時，可采用本發(fā)明所述的微泄漏探測裝置進(jìn)行測量。在閥門微泄漏探測前，需對保壓 容器及其管路進(jìn)行預(yù)熱，過程可概述為:首先保證保壓容器內(nèi)活塞置底，目的是排空容器內(nèi) 氣體;開啟恒溫維持系統(tǒng)對容器壁面預(yù)加熱，防止待測水蒸汽在壁面冷凝，其中恒溫維持系 統(tǒng)所選用的工質(zhì)蒸發(fā)溫度必須大于一定壓力下水蒸汽的沸點(diǎn)，例如乙二醇沸點(diǎn)溫度約為 197.3°C，此時當(dāng)容器內(nèi)水蒸汽的壓力在l_14bar時，乙二醇溶液能夠滿足要求;另外，預(yù)熱 階段恒溫維持系統(tǒng)工質(zhì)通過電加熱器加熱至沸點(diǎn)溫度，且保證工質(zhì)為氣液混合態(tài)，工質(zhì)流 經(jīng)氣液分離器后通過栗將液態(tài)工質(zhì)送入保溫液體流通層，實(shí)現(xiàn)對容器壁面加熱。相比于采 用電加熱方式直接加熱容器壁面，該方法可保證容器壁面溫度以及待測水蒸汽溫度盡可能 穩(wěn)定。預(yù)熱結(jié)束后，通過快速接頭將測量裝置與取樣管線相聯(lián)接。其中取樣管線以及快速接 頭與保壓容器之間的管線采用耐高溫絕熱材料保溫，另外在泄漏蒸汽進(jìn)入保壓容器前流經(jīng) 氣液分離器進(jìn)行預(yù)冷卻，目的是防止泄漏蒸汽進(jìn)入保壓容器后溫度過高，溫度難以快速穩(wěn) 定。泄漏蒸汽進(jìn)入保壓容器后驅(qū)動活塞運(yùn)動，通過對保壓容器最大有效容積以及活塞重量 的設(shè)計，可以保證活塞在短時間內(nèi)運(yùn)動至容器頂部，然后通過監(jiān)測容器內(nèi)蒸汽溫度波動是 否過大，以及采用水蒸汽狀態(tài)方程根據(jù)容器內(nèi)氣體壓力計算出在某一時刻泄漏到容器內(nèi)的 總的氣體質(zhì)量(此時在計算容器有效體積時應(yīng)包含待測閥門與保壓容器之間的管線以及泄 氣口至閥門的管線），從而可計算平均泄漏率，同時可根據(jù)壓力隨時間的變化關(guān)系，計算出 閥門的瞬時泄漏率。需要注意的是：該方法必須要保證待測閥門上游的氣體壓力高到足以 忽略保壓容器內(nèi)的氣體壓力的變化對閥門泄漏率計算的影響。測試結(jié)束以后，打開保壓容 器排氣口，保壓容器內(nèi)的高溫氣體可通過泄氣口經(jīng)過恒溫水容器降溫后排出，防止高溫蒸 汽直接排出燙傷工作人員，此外排氣過程中，排氣速率要合理控制，防止活塞與容器底部撞 擊D
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測量閥門微泄漏率的裝置，其特征在于:其包括，與隔離閥活動連接的快速接頭 及與所述快速接頭相連的保壓容器，所述隔離閥與安全殼外墻相連接，被測蒸汽從安全殼 通過所述安全殼外墻、所述隔離閥、所述快速接頭進(jìn)入所述保壓容器內(nèi)，其中： 所述保壓容器，包括設(shè)有環(huán)形頂蓋的中空腔體和沿所述中空腔體內(nèi)壁上下活動且與所 述中空腔體相匹配的活塞，所述活塞向上運(yùn)動抵頂至環(huán)形頂蓋底部停止，在所述活塞上設(shè) 有用于測定所述中空腔體內(nèi)所述被測蒸汽的溫度和壓力的溫度傳感器和壓力傳感器，通過 所述溫度及所述壓力計算從所述隔離閥泄漏的所述被測蒸汽的平均泄漏率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量閥門微泄漏率的裝置，其特征在于:所述中空腔體從外向 內(nèi)依次設(shè)有保溫層和保溫液體流通層，在所述環(huán)形頂蓋的底部設(shè)有密封墊，在所述環(huán)形頂 蓋的相對位置上分別設(shè)有與所述保溫液體流通層連同的保溫液體進(jìn)液口和保溫液體出液 口，所述保溫液體流通層內(nèi)填充有液態(tài)工質(zhì)，所述保壓容器底部設(shè)有與所述中空腔體內(nèi)部 連同的被測蒸汽進(jìn)汽口、被測蒸汽出汽口以及安全閥。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量閥門微泄漏率的裝置，其特征在于:所述液態(tài)工質(zhì)的沸點(diǎn) 溫度大于同等壓力下的水蒸汽的沸點(diǎn)溫度，所述工質(zhì)為乙二醇。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測量閥門微泄漏率的裝置，其特征在于:還包括一恒溫控 制單元，其包括依次連接的栗、電加熱器及氣液分離器，所述栗將所述液態(tài)工質(zhì)從保溫液體 出液口栗入所述電加熱器內(nèi)加熱至氣液混合態(tài)，再通過所述氣液分離器，將其進(jìn)行氣液分 離后的液態(tài)部分通過所述保溫液體進(jìn)液口流回至所述保溫液體流通層。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量閥門微泄漏率的裝置，其特征在于:所述氣液分離器設(shè)于 連接所述快速接頭與所述保壓容器的管道上，從所述快速接頭流出的所述被測蒸汽經(jīng)過所 述氣液分離器，與經(jīng)過所述電加熱器加熱后的所述液態(tài)工質(zhì)進(jìn)行非混合式熱交換后通過所 述被測蒸汽進(jìn)汽口流入至所述保壓容器內(nèi)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量閥門微泄漏率的裝置，其特征在于:所述活塞從外向內(nèi)依 次設(shè)有保溫層和密封墊。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量閥門微泄漏率的裝置，其特征在于:設(shè)于所述活塞的所述 密封墊上設(shè)有兩個凹槽，所述溫度傳感器和所述壓力傳感器從凹槽內(nèi)穿入。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量閥門微泄漏率的裝置，其特征在于：還包括一恒溫水容 器，所述被測蒸汽出汽口通過泄氣閥與所述恒溫水容器相連。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量閥門微泄漏率的裝置，其特征在于:所述隔離閥、所述快 速接頭、所述保壓容器、所述恒溫控制單元及所述恒溫水容器之間連通的管道均采用耐高 溫絕熱材料制成，所述管道外還包裹有一層耐高溫絕熱材料。10. -種采用權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)裝置進(jìn)行閥門微泄漏率測量的方法，其特征在于，包 括以下階段： 預(yù)加熱階段，通過加熱液態(tài)工質(zhì)從而對保壓容器內(nèi)壁進(jìn)行加熱； 預(yù)穩(wěn)定階段，隔離閥處于關(guān)閉狀態(tài)下，通過快速接頭將所述隔離閥與所述測量閥門微 泄漏率的裝置相連接，從所述隔離閥中泄漏的被測蒸汽進(jìn)入保壓容器前流經(jīng)所述氣液分離 器進(jìn)行預(yù)穩(wěn)定； 測量階段，所述被測蒸汽經(jīng)過預(yù)冷卻后，進(jìn)入所述保壓容器后驅(qū)動所述活塞向上運(yùn)動， 所述活塞短時間內(nèi)會運(yùn)動至所述保壓容器頂部，監(jiān)測所述保壓容器內(nèi)所述被測蒸汽的溫度 波動是否過大，根據(jù)所述保壓容器內(nèi)被測蒸汽的壓力通過水蒸汽狀態(tài)方程：計算出在某段時間內(nèi)泄漏到所述保壓容器內(nèi)的總的所述被測蒸汽的氣體質(zhì)量，從而計 算出所述隔離閥的平均泄漏率，同時根據(jù)所述保壓容器內(nèi)被測蒸汽的壓力隨時間的變化關(guān) 系，計算出所述隔離閥的瞬時泄漏率； 排氣階段，打開所述泄氣閥，所述保溫容器內(nèi)的所述被測蒸汽經(jīng)過恒溫水容器降溫、冷 凝后排出。
【文檔編號】G21C17/04GK105869689SQ201610445981
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】李俊, 蔣彥龍, 周年勇, 徐雷, 王瑜
【申請人】蘇州科技大學(xué)