一種探測液態(tài)金屬中氣體含量的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體含量測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種探測液態(tài)金屬中氣體含量的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在某些生產(chǎn)運(yùn)行過程中，液態(tài)金屬中氣體體積含量要求低于某一限值，氣體體積增加可能意味著事故的發(fā)生，因此，通過監(jiān)測液態(tài)金屬中氣體體積含量，可以達(dá)到監(jiān)測事故的目的。
[0003]以鈉冷快堆為例，快堆是世界第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)的主力堆型，液態(tài)金屬鈉由于具有良好的熱傳導(dǎo)特性和中子特性被選作快中子反應(yīng)堆的冷卻劑材料，金屬鈉具有化學(xué)性質(zhì)活潑、易與水發(fā)生劇烈反應(yīng)放出氫氣的特點(diǎn)。蒸汽發(fā)生器是鈉冷快堆得重要設(shè)備之一，它是一個管殼式結(jié)構(gòu)的換熱器，管側(cè)為高壓水，殼側(cè)為高溫鈉，目的在于將殼側(cè)鈉的熱量傳遞給管側(cè)的水，使得水氣化形成過熱蒸汽，用于后續(xù)汽輪機(jī)的發(fā)電。由于其在材料、制造和加工方面的固有問題以及其工作的惡劣環(huán)境，這就使得蒸汽發(fā)生器的換熱管有發(fā)生破裂的可能，蒸汽發(fā)生器管路泄漏是鈉冷快堆安全運(yùn)行的重大隱患。蒸汽發(fā)生器一旦發(fā)生管路泄漏，管側(cè)的水會與殼側(cè)的鈉發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氫氣，在反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，液態(tài)鈉中氣體體積的增加可能意味著事故的發(fā)生，因此，要有相應(yīng)的探測裝置和方法及時地反映液態(tài)鈉中氣體體積含量變化，以避免發(fā)生事故。
[0004]目前已有的一種液態(tài)金屬中氣體探測和報警裝置采用的是擴(kuò)散滲透原理，氣體含量的增加會引起真空系統(tǒng)中壓力的變化，從而達(dá)到監(jiān)測液態(tài)金屬中氣體的目的，但此液態(tài)金屬中氣體報警裝置的響應(yīng)時間較長，不能及時反映液態(tài)金屬中的氣體含量變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](— )發(fā)明目的
[0006]根據(jù)現(xiàn)有所存在的問題，本發(fā)明提供了一種安全可靠、響應(yīng)速度快、準(zhǔn)確度高的探測液態(tài)金屬中氣體含量的裝置及方法。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0009]—種探測液態(tài)金屬中氣體含量的裝置，該裝置包括一次傳感器和二次儀表，其中一次傳感器包括磁鋼組件、管道組件、紊流發(fā)生器、電極及支承定位組件；
[0010]所述管道組件的兩端均設(shè)置有接口，該接口分別與待探測液態(tài)金屬的管道連通；
[0011]所述紊流發(fā)生器位于管道組件內(nèi)，紊流發(fā)生器使管道組件內(nèi)的液態(tài)金屬流體產(chǎn)生渦流，增大信號波動幅度；
[0012]所述磁鋼組件主要包括兩個永磁體和導(dǎo)磁體，其中永磁體為牛角型結(jié)構(gòu)，導(dǎo)磁體的兩端分別與兩個牛角型永磁體固定連接，并且導(dǎo)磁體和兩個永磁體裝配后呈C型；管道組件位于兩牛角型永磁體上端N極和S極之間中心位置，且管道組件與兩個永磁體之間均留有I?5mm的空氣間隙；永磁體形成的磁力線方向與液態(tài)金屬流動方向垂直;該兩個永磁體通過管夾與管道組件固定連接；
[0013]所述電極的數(shù)量為I對或多對，每對電極位于管道組件的上下兩端的相同位置處，且均垂直于永磁體的磁力線方向。
[0014]所述二次儀表通過信號電纜與電極相連接，其包括信號放大模塊、濾波模塊及信號處理模塊，對液態(tài)金屬切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢進(jìn)行濾波和信號處理，將氣體產(chǎn)生的噪聲信號從液態(tài)金屬流體產(chǎn)生的本底信號提取出來，得到本底信號和噪聲信號的信噪比；另外，二次儀表還可以對一次傳感器輸出的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、頻譜分析、顯示輸出流量以及事故報警信號輸出。
[0015]優(yōu)選地，所述紊流發(fā)生器為楔形多面體結(jié)構(gòu)。
[0016]優(yōu)選地，所述紊流發(fā)生器位于管道組件的徑向中心位置處，且紊流發(fā)生器的放置方向是使液態(tài)金屬先流經(jīng)楔形多面體結(jié)構(gòu)的寬面，然后再流經(jīng)楔形多面體結(jié)構(gòu)的窄面。
[0017]優(yōu)選地，所述電極的數(shù)量為I對。
[0018]優(yōu)選地，所述的液態(tài)金屬為鈉。
[0019]優(yōu)選地，管道組件與兩個牛角型永磁體之間均留有I?2_的空氣間隙。
[0020]優(yōu)選地，所述二次儀表還包括流量計算模塊，可以計算并顯示一次傳感器所在液態(tài)金屬管道內(nèi)的液態(tài)金屬流量。
[0021]利用上述裝置對液態(tài)金屬中氣體含量進(jìn)行探測的方法，該方法是利用液態(tài)金屬與其中所含氣體切割磁力線所產(chǎn)生感應(yīng)信號不同，實現(xiàn)對液態(tài)金屬中氣體含量進(jìn)行探測，其包括以下技術(shù)方案:
[0022]將上述探測裝置的管道組件與待探測液態(tài)金屬管道相連通，液態(tài)金屬及其所含氣體經(jīng)紊流發(fā)生器后形成渦流，在垂直于磁場的管道組件中流動時切割磁力線，在與液態(tài)金屬運(yùn)動方向和磁力線方向相垂直的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；
[0023]液態(tài)金屬中含有氣體時，經(jīng)紊流發(fā)生器后形成兩部分信號，其中一部分為氣體產(chǎn)生的噪聲信號，一部分是液態(tài)金屬在管道中的自然紊流、在管道中波動而形成的本底信號；該兩部分信號由一次傳感器向二次儀表傳輸，二次儀表的信號放大模塊對其信號進(jìn)行放大，并可將噪聲信號從本底信號中提取出來，得到本底信號和噪聲信號的功率譜密度比值，通過與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷是否給出蒸汽發(fā)生器泄漏的報警信號。
[0024]優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬為鈉。
[0025](三)有益效果
[0026]本發(fā)明提供的探測液態(tài)金屬中氣體含量的裝置和方法，具有響應(yīng)速度快、靈敏度、準(zhǔn)確度高并且在探測氣體含量的同時還能夠?qū)σ簯B(tài)金屬流量進(jìn)行探測的有益效果，具體解釋為:該方法利用液態(tài)金屬與所含氣體切割磁力線所產(chǎn)生感應(yīng)信號不同，實現(xiàn)對液態(tài)金屬中氣體含量進(jìn)行探測，在現(xiàn)有技術(shù)中未見類似氣體探測報道，靈敏度和準(zhǔn)確度較高。該裝置是通過在管道組件內(nèi)設(shè)置紊流發(fā)生器，使液態(tài)金屬和氣體經(jīng)過紊流發(fā)生器時形成渦流，使液態(tài)金屬和氣體在切割磁力線時產(chǎn)生的電動勢信號所在頻率范圍更易區(qū)分，利于二次儀表對其信號進(jìn)行分析，從而實現(xiàn)對氣體監(jiān)測的響應(yīng)速度更快，靈敏度更高。更重要的是，楔形多面體結(jié)構(gòu)的紊流發(fā)生器減小了流體的其他擾動和噪聲，使得渦流信號既強(qiáng)烈又穩(wěn)定，改善了漩渦的分離狀態(tài)，同時產(chǎn)生的漩渦具有良好的線性度和范圍度。同時永磁體結(jié)構(gòu)采取牛角型結(jié)構(gòu)，磁場穩(wěn)定性高。以鈉冷快堆為例，本探測裝置和方法可以完成水泄漏率在
0.lg/s-lOg/s范圍內(nèi)的氣體體積份額監(jiān)測和信號報警，報警信號形成時間小于ls，滿足快堆鈉冷卻劑中氣體監(jiān)測需要。最后，該探測裝置和方法所采用的二次儀表中還包含流量計算模塊，根據(jù)電極引起的電動勢信號大小，計算出流體流量，實現(xiàn)在同一套裝置中同時實現(xiàn)氣泡探測和流量測量。
【附圖說明】
[0027]圖1是本申請?zhí)峁┑奶綔y裝置示意圖；其中I是永磁體;2是電極;3是管道組件;4是紊流發(fā)生器;5是支撐定位組件;6是管夾;7是導(dǎo)磁體;8是防護(hù)罩；圖2是探測裝置局部示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結(jié)合說明書附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0029]實施例1
[0030]—種探測液