專利名稱：探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及差壓噪聲測量兩相流技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種探測高溫氣冷堆蒸汽 發(fā)生器破管的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
10麗高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆(HTR-10)采用陶瓷型包覆顆粒燃料元件，以石墨為慢化劑， 氦氣為冷卻劑。一回路氦氣載帶的熱量通過蒸汽發(fā)生器將二回路的水加熱成蒸汽，送蒸汽 輪機(jī)發(fā)電。為防止蒸汽發(fā)生器發(fā)生破管時蒸汽漏進(jìn)反應(yīng)堆冷卻劑回路，對高溫下的石墨堆 芯產(chǎn)生不可接受的損壞，必須設(shè)置一個靈敏而可靠的濕度監(jiān)測系統(tǒng)，用來探測蒸汽發(fā)生器 的泄漏。采用電容式濕敏元件制成的傳感器，對一回路冷卻劑濕度進(jìn)行監(jiān)測。濕度測量系 統(tǒng)從氦風(fēng)機(jī)出口取樣，測量后返回氦風(fēng)機(jī)入口，從而利用一回路氦風(fēng)機(jī)的壓差使?jié)穸葴y量 系統(tǒng)的氣體保持循環(huán)。高溫氦氣進(jìn)入濕度傳感器之前，采取有效的降溫措施使之低于濕度 傳感器要求的工作溫度；濕度傳感器以脈沖頻率調(diào)制形式輸出測得的濕度信號，經(jīng)濕度分 析儀轉(zhuǎn)換成4 20mA信號送反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)。蒸汽發(fā)生器發(fā)生破管時，濕度大于一定值時 即報警，達(dá)到保護(hù)閾值時發(fā)出保護(hù)停堆信號。上述方法探測蒸汽發(fā)生器破管泄漏的不足之處是響應(yīng)時間較長；濕度傳感器的 工作溫度不得高于40°C，這就要求設(shè)計取樣回路，并采取冷卻措施；由于測量氣體中含有 石墨粉塵，濕度傳感器易于沾污或堵塞。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)用而可靠的用差壓噪聲快速探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā) 生器破管的方法及其系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中探測蒸汽發(fā)生器破管方法存在的缺陷。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，提供一種依照本發(fā)明實(shí)施方式的探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破 管的系統(tǒng)，其包括流量傳感器，安裝于冷氦氣上升管，用于測量一回路的氦氣流量；差壓變送器，接收由設(shè)置于流量傳感器內(nèi)外側(cè)的引壓管得到的流量傳感器內(nèi)外側(cè) 差壓信號；單片機(jī)，通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端與差壓變送器的輸出端相連，其輸出端連接繼電 器；其中，所述單片機(jī)用于根據(jù)差壓信號計算差壓噪聲及其變化率，當(dāng)差壓噪聲變化率超過設(shè)定閾值時，則單片機(jī)發(fā)出開關(guān)量信號，通過所述繼電器觸發(fā)報警裝置。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括分別向所述差壓變送器和單片機(jī)供電的24V穩(wěn)壓直流電 源和5V直流電源。優(yōu)選地，所述彎管流量傳感器是彎管或是孔板。優(yōu)選地，所述差壓變送器是電容式差壓變送器3051S HART。優(yōu)選地，所述單片機(jī)是ATmegal28。本發(fā)明還提供一種探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管的方法，其包括步驟Si，用差壓變送器測量流量傳感器內(nèi)外側(cè)取壓口的差壓得到差壓信號；S2，將上述差壓信號通過單片機(jī)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換引腳輸入單片機(jī)；S3，由單片機(jī)根據(jù)所述差壓信號計算差壓噪聲和差壓噪聲變化率；S4，當(dāng)計算的差壓噪聲變化率大于設(shè)置的差壓噪聲變化率閾值時，單片機(jī)輸出開 關(guān)量信號通過繼電器觸發(fā)報警裝置。優(yōu)選地，所述步驟S3中的差壓噪聲為=其中，差壓方根的標(biāo)準(zhǔn)差為σ(Τ^) = λ，差壓方根的均值
γ f N _Λ
為 Vi =: Σλ/α^ “ ^v V'=I J(三)有益效果用本發(fā)明所提出的方法和系統(tǒng)探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管，可使用原有用于 測量一回路氦氣流量的彎管流量傳感器，用單個傳感器實(shí)現(xiàn)了多功能測量。該系統(tǒng)構(gòu)造簡 單，可靠性好，能在免維護(hù)條件下長期連續(xù)運(yùn)行；由于采用的是非侵入測量技術(shù)，對回路沒 有附加阻力損失；且可用于高溫氣體環(huán)境，不需要采用取樣回路和冷卻設(shè)備；本方法反應(yīng) 迅速、響應(yīng)時間較快。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1 彎管流量傳感器；2 氦風(fēng)機(jī)入口聯(lián)箱；3 氦風(fēng)機(jī)；4 換熱管；5 高溫氦 氣；6 蒸汽；7 壓力容器；8 冷氦氣上升管；9 差壓變送器；10 標(biāo)準(zhǔn)電阻；11、13 :電源； 12:單片機(jī)；14、15:引壓管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描 述。以下實(shí)施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。用差壓噪聲測量兩相流是一種新技術(shù)。由于兩相流動微觀不穩(wěn)定性和相分離效應(yīng) 等原因，當(dāng)兩相流通過孔板或彎管等差壓式流量傳感器時，輸入變送器兩端的差壓值會隨 測量值上下波動，這種隨機(jī)的波動遵循統(tǒng)計規(guī)律，其統(tǒng)計樣本的方差或標(biāo)準(zhǔn)差是相對穩(wěn)定的，包含了某種被測量的信息。用孔板差壓噪聲測量汽水兩相流已在油田稠油熱采注汽計量中得到成功的應(yīng)用。差壓噪聲的拾取需要具有快速傳感功能的儀表，速度較慢的儀表無法捕獲過程或系統(tǒng)的噪聲特性?，F(xiàn)有的差壓變送器的取樣速度達(dá)到每秒22次，可用于計算噪聲或變化的 特性。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種利用差壓噪聲探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破 管的系統(tǒng)，其包括彎管流量傳感器1，安裝于冷氦氣上升管8，用于測量一回路的氦氣流 量；差壓變送器9，接收由設(shè)置于彎管流量傳感器1內(nèi)外側(cè)的引壓管14、15得到的流量傳感 器內(nèi)外側(cè)差壓信號；單片機(jī)12，通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端與差壓變送器9的輸出端相連，其輸 出端連接繼電器；其中，所述單片機(jī)12用于根據(jù)差壓信號計算差壓噪聲及其變化率，當(dāng)差 壓噪聲變化率超過設(shè)定閾值時，則單片機(jī)12發(fā)出開關(guān)量信號，通過所述繼電器觸發(fā)報警裝 置。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括分別向所述差壓變送器和單片機(jī)供電的24V穩(wěn)壓直流電源11 和5V直流電源13。優(yōu)選地，所述彎管流量傳感器是彎管或是孔板。優(yōu)選地，所述差壓變送 器是電容式差壓變送器3051SHART。優(yōu)選地，所述單片機(jī)是ATmegal28。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管的方法，本發(fā)明的方法 基于差壓噪聲測量兩相流的原理。由于兩相流體中相分布在空間和時間上的隨機(jī)性，當(dāng)兩 相流體孔過孔板、彎管等差壓式流量傳感器時，產(chǎn)生的差壓會出現(xiàn)隨某一數(shù)值上下波動的 現(xiàn)象，差壓方根的標(biāo)準(zhǔn)差反映了這種波動的大小。定義差壓方根的標(biāo)準(zhǔn)差與差壓方根均值 之比為差壓噪聲。當(dāng)反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器沒有發(fā)生破管事故時，一回路氦氣通過孔板或彎管 時的差壓噪聲穩(wěn)定在某一較小的數(shù)值水平。蒸汽發(fā)生器發(fā)生破管事故后，二回路高壓水汽 進(jìn)入一回路，使得一回路由單相的氦氣變?yōu)楹馀c水蒸汽組成的氣-汽兩相流，由安裝在 一回路上的孔板或彎管測得的差壓噪聲隨之發(fā)生劇烈變化，差壓噪聲的變化率即可反應(yīng)蒸 汽發(fā)生器是否破管。本發(fā)明的方法包括步驟Si，用差壓變送器測量流量傳感器內(nèi)外側(cè)取壓口的差壓 得到差壓信號；S2，將上述差壓信號通過單片機(jī)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換引腳輸入單片機(jī)；S3，由單片 機(jī)根據(jù)所述差壓信號計算差壓噪聲和差壓噪聲變化率；S4，當(dāng)計算的差壓噪聲變化率大于 設(shè)置的差壓噪聲變化率閾值時，單片機(jī)輸出開關(guān)量信號通過繼電器觸發(fā)報警裝置。優(yōu)選地， 所述步驟S3中的差壓噪聲為<formula>formula see original document page 5</formula>其中，差壓方根的標(biāo)準(zhǔn)差為<formula>formula see original document page 5</formula>，差壓方根的均值
<formula>formula see original document page 5</formula>由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明實(shí)施例通過采用差壓噪聲探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā) 生器破管，可使用原有用于測量一回路氦氣流量的彎管流量傳感器，用單個傳感器實(shí)現(xiàn)了 多功能測量。該系統(tǒng)構(gòu)造簡單，可靠性好，能在免維護(hù)條件下長期連續(xù)運(yùn)行；由于采用的是 非侵入測量技術(shù)，對回路沒有附加阻力損失；且可用于高溫氣體環(huán)境，不需要采用取樣回路 和冷卻設(shè)備；本方法反應(yīng)迅速、響應(yīng)時間較快。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括流量傳感器，安裝于冷氦氣上升管，用于測量一回路的氦氣流量；差壓變送器，接收由設(shè)置于流量傳感器內(nèi)外側(cè)的引壓管得到的流量傳感器內(nèi)外側(cè)差壓信號；單片機(jī)，通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端與差壓變送器的輸出端相連，其輸出端連接繼電器；其中，所述單片機(jī)用于根據(jù)差壓信號計算差壓噪聲及其變化率，當(dāng)差壓噪聲變化率超過設(shè)定閾值時，則單片機(jī)發(fā)出開關(guān)量信號，通過所述繼電器觸發(fā)報警裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管的系統(tǒng)，其特征在于，所述系 統(tǒng)還包括分別向所述差壓變送器和單片機(jī)供電的24V穩(wěn)壓直流電源和5V直流電源。
3.如權(quán)利要求1所述的探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管的系統(tǒng)，其特征在于，所述彎 管流量傳感器是彎管或是孔板。
4.如權(quán)利要求1所述的探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管的系統(tǒng)，其特征在于，所述差 壓變送器是電容式差壓變送器3051S HART。
5.如權(quán)利要求1所述的探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管的系統(tǒng)，其特征在于，所述單 片機(jī)是 ATmegal28。
6.一種探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管的方法，其特征在于，所述方法包括步驟Si，用差壓變送器測量流量傳感器內(nèi)外側(cè)取壓口的差壓得到差壓信號；S2，將上述差壓信號通過單片機(jī)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換引腳輸入單片機(jī)；S3，由單片機(jī)根據(jù)所述差壓信號計算差壓噪聲和差壓噪聲變化率；S4，當(dāng)計算的差壓噪聲變化率大于設(shè)置的差壓噪聲變化率閾值時，單片機(jī)輸出開關(guān)量 信號通過繼電器觸發(fā)報警裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管的方法，其特征在于，所述步 驟S3中的差壓噪聲為其中，差壓方根的標(biāo)準(zhǔn)差為=，差壓方根的均值為<formula>formula see original document page 2</formula>
全文摘要
本發(fā)明公開了一種探測高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器破管的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括流量傳感器，安裝于冷氦氣上升管，用于測量一回路的氦氣流量；差壓變送器，接收由設(shè)置于流量傳感器內(nèi)外側(cè)的引壓管得到的流量傳感器內(nèi)外側(cè)差壓信號；單片機(jī)，通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端與差壓變送器的輸出端相連，其輸出端連接繼電器。該系統(tǒng)構(gòu)造簡單，可靠性好，能在免維護(hù)條件下長期連續(xù)運(yùn)行；由于采用非侵入測量技術(shù)，對回路沒有附加阻力損失；且可用于高溫氣體環(huán)境，不需要采用取樣回路和冷卻設(shè)備；本方法反應(yīng)迅速、響應(yīng)時間較快。
文檔編號G01M3/28GK101806652SQ20101015293
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者仲朔平, 孫艷飛, 李縣法 申請人:清華大學(xué)