一種探測液態金屬中氣體含量的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于氣體含量測量技術領域，具體涉及一種探測液態金屬中氣體含量的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]在某些生產運行過程中，液態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生，因此，通過監測液態金屬中氣體體積含量，可以達到監測事故的目的。
[0003]以鈉冷快堆為例，快堆是世界第四代先進核能系統的主力堆型，液態金屬鈉由于具有良好的熱傳導特性和中子特性被選作快中子反應堆的冷卻劑材料，金屬鈉具有化學性質活潑、易與水發生劇烈反應放出氫氣的特點。蒸汽發生器是鈉冷快堆得重要設備之一，它是一個管殼式結構的換熱器，管側為高壓水，殼側為高溫鈉，目的在于將殼側鈉的熱量傳遞給管側的水，使得水氣化形成過熱蒸汽，用于后續汽輪機的發電。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境，這就使得蒸汽發生器的換熱管有發生破裂的可能，蒸汽發生器管路泄漏是鈉冷快堆安全運行的重大隱患。蒸汽發生器一旦發生管路泄漏，管側的水會與殼側的鈉發生劇烈的化學反應，產生大量的氫氣，在反應堆運行過程中，液態鈉中氣體體積的增加可能意味著事故的發生，因此，要有相應的探測裝置和方法及時地反映液態鈉中氣體體積含量變化，以避免發生事故。
[0004]目前已有的一種液態金屬中氣體探測和報警裝置采用的是擴散滲透原理，氣體含量的增加會引起真空系統中壓力的變化，從而達到監測液態金屬中氣體的目的，但此液態金屬中氣體報警裝置的響應時間較長，不能及時反映液態金屬中的氣體含量變化。
【發明內容】
[0005](— )發明目的
[0006]根據現有所存在的問題，本發明提供了一種安全可靠、響應速度快、準確度高的探測液態金屬中氣體含量的裝置及方法。
[0007](二)技術方案
[0008]為了解決現有技術所存在的問題，本發明提供的技術方案如下:
[0009]—種探測液態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、紊流發生器、電極及支承定位組件；
[0010]所述管道組件的兩端均設置有接口，該接口分別與待探測液態金屬的管道連通；
[0011]所述紊流發生器位于管道組件內，紊流發生器使管道組件內的液態金屬流體產生渦流，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磁體，其中永磁體為牛角型結構，導磁體的兩端分別與兩個牛角型永磁體固定連接，并且導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，對液態金屬切割磁力線產生的感應電動勢進行濾波和信號處理，將氣體產生的噪聲信號從液態金屬流體產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行模數轉換、頻譜分析、顯示輸出流量以及事故報警信號輸出。
[0015]優選地，所述紊流發生器為楔形多面體結構。
[0016]優選地，所述紊流發生器位于管道組件的徑向中心位置處，且紊流發生器的放置方向是使液態金屬先流經楔形多面體結構的寬面，然后再流經楔形多面體結構的窄面。
[0017]優選地，所述電極的數量為I對。
[0018]優選地，所述的液態金屬為鈉。
[0019]優選地，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金屬管道內的液態金屬流量。
[0021]利用上述裝置對液態金屬中氣體含量進行探測的方法，該方法是利用液態金屬與其中所含氣體切割磁力線所產生感應信號不同，實現對液態金屬中氣體含量進行探測，其包括以下技術方案:
[0022]將上述探測裝置的管道組件與待探測液態金屬管道相連通，液態金屬及其所含氣體經紊流發生器后形成渦流，在垂直于磁場的管道組件中流動時切割磁力線，在與液態金屬運動方向和磁力線方向相垂直的電極上產生感應電動勢；
[0023]液態金屬中含有氣體時，經紊流發生器后形成兩部分信號，其中一部分為氣體產生的噪聲信號，一部分是液態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，通過與設定的閾值進行比較，判斷是否給出蒸汽發生器泄漏的報警信號。
[0024]優選地，所述液態金屬為鈉。
[0025](三)有益效果
[0026]本發明提供的探測液態金屬中氣體含量的裝置和方法，具有響應速度快、靈敏度、準確度高并且在探測氣體含量的同時還能夠對液態金屬流量進行探測的有益效果，具體解釋為:該方法利用液態金屬與所含氣體切割磁力線所產生感應信號不同，實現對液態金屬中氣體含量進行探測，在現有技術中未見類似氣體探測報道，靈敏度和準確度較高。該裝置是通過在管道組件內設置紊流發生器，使液態金屬和氣體經過紊流發生器時形成渦流，使液態金屬和氣體在切割磁力線時產生的電動勢信號所在頻率范圍更易區分，利于二次儀表對其信號進行分析，從而實現對氣體監測的響應速度更快，靈敏度更高。更重要的是，楔形多面體結構的紊流發生器減小了流體的其他擾動和噪聲，使得渦流信號既強烈又穩定，改善了漩渦的分離狀態，同時產生的漩渦具有良好的線性度和范圍度。同時永磁體結構采取牛角型結構，磁場穩定性高。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范圍內的氣體體積份額監測和信號報警，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，根據電極引起的電動勢信號大小，計算出流體流量，實現在同一套裝置中同時實現氣泡探測和流量測量。
【附圖說明】
[0027]圖1是本申請提供的探測裝置示意圖；其中I是永磁體;2是電極;3是管道組件;4是紊流發生器;5是支撐定位組件;6是管夾;7是導磁體;8是防護罩；圖2是探測裝置局部示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結合說明書附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步闡述。
[0029]實施例1
[0030]—種探測液