一種核電站用氫氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及核電站中易燃易爆氣體濃度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種核電 站用氨氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前國(guó)內(nèi)二代壓水堆核電廠在對(duì)安全殼內(nèi)氨氣濃度測(cè)量時(shí)采用從安全殼內(nèi)取樣 檢測(cè)的方式，該方式存在不能實(shí)時(shí)在線檢測(cè)安全殼內(nèi)氨氣濃度的缺陷。=代核電廠要求W 在線監(jiān)測(cè)的氨氣濃度值作為控制氨氣點(diǎn)火器啟動(dòng)的條件，該就要求實(shí)現(xiàn)氨氣濃度在線實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)的功能。然而，目前國(guó)內(nèi)外的氨氣濃度傳感器普遍基于熱導(dǎo)法工作原理實(shí)現(xiàn)，該些傳感 器無(wú)法對(duì)環(huán)境中氨氣實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，受到氨氣濃度傳感器的限制，現(xiàn)今也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)安 全殼氨氣濃度在線監(jiān)測(cè)的裝置。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種核電站用氨氣濃度在線 監(jiān)測(cè)裝置，其響應(yīng)時(shí)間快、測(cè)量準(zhǔn)確性高，能實(shí)現(xiàn)安全殼內(nèi)氨濃度的在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而能 滿足S代核電廠的需求。
[0004] 本實(shí)用新型解決上述問(wèn)題主要通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種核電站用氨氣濃度 在線監(jiān)測(cè)裝置，包括氨氣濃度傳感器、壓力傳感器及數(shù)據(jù)處理裝置，所述氨氣濃度傳感器和 壓力傳感器均設(shè)于安全殼內(nèi)，數(shù)據(jù)處理裝置設(shè)于安全殼外，所述氨氣濃度傳感器和壓力傳 感器均通過(guò)信號(hào)電纜與數(shù)據(jù)處理裝置連接；所述氨氣濃度傳感器包括壓力平衡膜、內(nèi)層殼 體、對(duì)電極、工作電極、濃硫酸電解質(zhì)、氨氣半透膜及信號(hào)接頭，所述內(nèi)層殼體上下兩端均開(kāi) 口，所述壓力平衡膜和氨氣半透膜分別固定于內(nèi)層殼體上下兩端且封閉內(nèi)層殼體上下兩端 的開(kāi)口，壓力平衡膜、內(nèi)層殼體及氨氣半透膜=者之間的區(qū)域構(gòu)成電解質(zhì)容腔，所述濃硫酸 電解質(zhì)填充于電解質(zhì)容腔內(nèi)；所述對(duì)電極、工作電極及信號(hào)接頭=者均有一端穿過(guò)內(nèi)層殼 體且嵌入電解質(zhì)容腔內(nèi)，對(duì)電極和工作電極兩者位于內(nèi)層殼體外的一端通過(guò)電纜連接，信 號(hào)接頭位于電解質(zhì)容腔內(nèi)的一端與工作電極連接；所述對(duì)電極的基材表面涂覆有二氧化銷 層，工作電極的基材表面鍛有銷黑層。本實(shí)用新型的氨氣濃度傳感器中連接對(duì)電極和工作 電極的電纜上串接有電阻或負(fù)載，氨氣濃度傳感器產(chǎn)生的電流信號(hào)由信號(hào)接頭輸出。氨氣 濃度傳感器的壓力平衡膜主要用于平衡外界大氣的壓力和電解質(zhì)容腔中壓力，使得大氣和 電解質(zhì)容腔中的壓力保持一致，消除壓力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，W保證氨氣通過(guò)氨氣半透膜 的動(dòng)力主要來(lái)源于氨氣濃度差，氨氣半透膜主要作用為隔離電解質(zhì)容腔和測(cè)量氣體，并使 得測(cè)量氣體中的氨氣經(jīng)過(guò)氨氣半透膜進(jìn)入電解質(zhì)容腔。
[0005] 本實(shí)用新型的氨氣濃度傳感器應(yīng)用時(shí)基于催化反應(yīng)電化學(xué)分析原理，利用氨氣在 涂有催化劑的工作電極上的化學(xué)反應(yīng)W及電解質(zhì)作用下產(chǎn)生的電流測(cè)量氨氣的分壓。測(cè)量 樣氣經(jīng)氨氣半透膜進(jìn)入電解池，并在與工作電極接觸時(shí)立即發(fā)生電離反應(yīng)①，工作電極表 面的銷黑層作為使氨氣發(fā)生電離的催化劑。對(duì)電極含有Pt化（反應(yīng)②)，對(duì)電極浸在酸性濃 硫酸電解質(zhì)中，此電解質(zhì)在210°C高溫條件下不沸騰，且具備導(dǎo)電功能。濃硫酸電解質(zhì)提供 了離子導(dǎo)電通路，連接兩個(gè)電極間的電阻或負(fù)載提供了電子導(dǎo)電通路。氨氣半透膜將濃硫 酸電解質(zhì)與環(huán)境大氣中分離。氨氣進(jìn)入電解質(zhì)容腔后，使電解質(zhì)容腔分壓為零。因此，氨氣 半透膜大氣一側(cè)的氨分壓是傳輸氨氣使其通過(guò)氨氣半透膜的驅(qū)動(dòng)力。外部電阻或負(fù)載電壓 為可將感測(cè)大氣氨分壓轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，與驅(qū)動(dòng)力成正比。
[000引抵-> 2且+ + 2e- 工作電極反應(yīng)①
[0007] 2且+ +2e-+Pt〇2->PtO+亞0 對(duì)電極反應(yīng)②
[000引 電流一-分壓比為特定電極配置常數(shù)和恒溫常數(shù)，就溫度變換而言，氨氣半透膜 對(duì)氨氣的透氣率不相同，從而使得傳感器的感應(yīng)電流也隨之發(fā)生變化。透氣率的變化，之后 轉(zhuǎn)化為電流的變化隨著溫度升高而增加。
[0009] 進(jìn)一步的，所述對(duì)電極和工作電極均采用貴金屬為基材。
[0010] 進(jìn)一步的，所述對(duì)電極和工作電極均采用銷片或銷網(wǎng)為基材。
[0011] 進(jìn)一步的，所述氨氣濃度傳感器還包括測(cè)溫元件，所述測(cè)溫元件穿過(guò)內(nèi)層殼體且 其感溫端與濃硫酸電解質(zhì)接觸。本實(shí)用新型應(yīng)用時(shí)通過(guò)測(cè)溫元件對(duì)電解質(zhì)容腔內(nèi)的溫度進(jìn) 行監(jiān)測(cè)，便于對(duì)電解質(zhì)容腔內(nèi)的氨氣濃度進(jìn)行校準(zhǔn)。因本實(shí)用新型產(chǎn)生的信號(hào)與溫度有關(guān)， 設(shè)置溫度校準(zhǔn)可滿足不同溫度下氨氣濃度監(jiān)測(cè)的要求。
[0012] 進(jìn)一步的，所述壓力平衡膜采用聚四氣己締薄膜，所述氨氣半透膜采用PET半透 膜。如此，本實(shí)用新型的壓力平衡膜和氨氣半透膜具有耐硫酸腐蝕、耐220°C高溫、耐福照等 特性，壓力平衡膜在大氣壓力變化時(shí)，能平衡電解質(zhì)容腔與外界壓力，而氨氣半透膜具備氨 分子透過(guò)功能。
[0013] 進(jìn)一步的，所述氨氣濃度傳感器還包括外層殼體，所述內(nèi)層殼體設(shè)于外層殼體內(nèi)。 本實(shí)用新型的氨氣濃度傳感器應(yīng)用時(shí)內(nèi)層殼體為濃硫酸電解質(zhì)提供壓力邊界，外層殼體提 供校準(zhǔn)時(shí)的壓力邊界。
[0014] 為了使氨氣濃度傳感器和壓力傳感器兩者與數(shù)據(jù)處理裝置連接時(shí)操作便捷，進(jìn)一 步的，一種核電站用氨氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置，還包括固定在安全殼側(cè)壁上且接通安全殼內(nèi) 部與外界的貫穿件，所述氨氣濃度傳感器、壓力傳感器及數(shù)據(jù)處理裝置均通過(guò)電纜與貫穿 件連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氨氣濃度傳感器和壓力傳感器與數(shù)據(jù)處理裝置連接。
[0015] 進(jìn)一步的，一種核電站用氨氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置，還包括設(shè)于安全殼內(nèi)的標(biāo)定裝 置。其中，標(biāo)定裝置用于在役檢查氨濃度時(shí)本實(shí)用新型的校準(zhǔn)和檢查。
[0016] 進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括控制器、同步數(shù)據(jù)采集模塊、校準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)模塊、電 流輸出模塊及10控制模塊，所述同步數(shù)據(jù)采集模塊、校準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)模塊、電流輸出模塊及10控 制模塊均與控制器連接。
[0017] 進(jìn)一步的，所述氨氣濃度傳感器和壓力傳感器構(gòu)成傳感器組，每組傳感器組包括 一個(gè)氨氣濃度傳感器和一個(gè)壓力傳感器；所述數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)量為兩個(gè)，一個(gè)數(shù)據(jù)處理 裝置連接有兩組傳感器組，另一個(gè)數(shù)據(jù)處理裝置連接有一組傳感器組。如此，本實(shí)用新型具 有3個(gè)氨氣濃度傳感器和3個(gè)壓力傳感器，在正常運(yùn)行工況下，=組傳感器組測(cè)量結(jié)果基 本一致，每組結(jié)果均能體現(xiàn)安全殼內(nèi)氨氣濃度。在事故工況下，安全殼內(nèi)環(huán)境條件復(fù)雜，儀 表的測(cè)量的可靠性會(huì)降低，=組測(cè)量結(jié)果中取兩組結(jié)果相近的結(jié)果作為安全殼內(nèi)氨氣濃度 值，W提高儀器測(cè)量結(jié)果的可靠性。
[0018] 本實(shí)用新型應(yīng)用時(shí)通過(guò)氨氣濃度傳感器能測(cè)量安全殼內(nèi)大氣中氨氣的分壓，通過(guò) 壓力傳感器能測(cè)量安全殼內(nèi)大氣的總壓，氨氣濃度傳感器和壓力傳感器傳出的模擬信號(hào)經(jīng) 過(guò)數(shù)據(jù)處理裝置處理后，再通過(guò)數(shù)據(jù)處理裝置的顯示模塊持續(xù)顯示安全殼內(nèi)大氣中氨氣的 百分比濃度，對(duì)超出用戶輸入限值的氨氣濃度進(jìn)行報(bào)警。監(jiān)測(cè)的氨氣濃度信號(hào)傳輸至主控 室，測(cè)量得到的氨氣濃度值用于嚴(yán)重事故工況下氨氣點(diǎn)火器啟動(dòng)依據(jù)。
[0019] 綜上所述，本實(shí)用新型具有W下有益效果；（1)本實(shí)用新型的氨氣濃度傳感器和 壓力傳感器直接安裝在核電站安全殼內(nèi)，通過(guò)氨氣濃度傳感器和壓力傳感器能實(shí)現(xiàn)核電站 安全殼內(nèi)氨氣分壓和氣體環(huán)境總壓力的連續(xù)在線測(cè)量，如此，本實(shí)用新型應(yīng)用時(shí)能夠及時(shí)、 直接監(jiān)測(cè)安全殼內(nèi)氨氣濃度變化，并在核電站正常運(yùn)行和基準(zhǔn)事故工況下具備連續(xù)穩(wěn)定工 作的能力。
[0020] (2)本實(shí)用新型的氨氣濃度傳感器是一種自供電化學(xué)裝置，可產(chǎn)生與大氣中氨分 壓成正比的電流信號(hào)，其應(yīng)用時(shí)選擇性強(qiáng)，測(cè)量誤差受背景氣體組分影響較小，可W消除水 蒸氣對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，測(cè)量時(shí)無(wú)須對(duì)樣氣進(jìn)行預(yù)處理，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線測(cè)量。
[0021] (3)本實(shí)用新型的氨氣濃度傳感器具備在高溫、福照、高濃度水蒸氣等苛刻條件下 連續(xù)穩(wěn)定工作能力。
[0022] (4)本實(shí)用新型可直接應(yīng)用于AP1000和CAP1400S代核電站，也可加裝在二代核 電站上，還可推廣應(yīng)用到艦船核動(dòng)力裝置的堆艙內(nèi)氨氣濃度在線監(jiān)測(cè)，具有良好的應(yīng)用前 景。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本實(shí)用新型一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為本實(shí)用新型一個(gè)具體實(shí)施例中氨氣濃度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[00巧]圖3為本實(shí)用新型一個(gè)具體實(shí)施例中數(shù)據(jù)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 附圖中附圖標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱為；1、安全殼，2、氨氣濃度傳感器，201、外層殼體， 202、上密封蓋板，203、壓力平衡膜，204、內(nèi)層殼體，205、對(duì)電極，206、安裝底座，207、測(cè)溫元 件，208、工作電極，209、濃硫酸電解質(zhì)，210、氨氣半透膜，211、下密封蓋板，212、信號(hào)接頭， 3、壓力傳感器，4、數(shù)據(jù)處理裝置，5、貫穿件，6、標(biāo)定裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步地的詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的 實(shí)施方式不限于此。
[002引 實(shí)施例1 ;
[0029]如圖1及圖2所示，一種核電站用氨氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置，包括氨氣濃度傳感器2、 壓力傳感器3及數(shù)據(jù)處理裝置4,其中，氨氣濃度傳感器2和壓力傳感器3均設(shè)于安全殼1 內(nèi)，數(shù)據(jù)處理裝置4設(shè)于安全殼1外，氨氣濃度傳感器2和壓力傳感器3均通過(guò)信號(hào)電纜與 數(shù)據(jù)處理裝置4連接。本實(shí)施例的氨氣濃度傳感器2包括壓力平衡膜203、內(nèi)層殼體204、 對(duì)電極205、工作電極208、濃硫酸電解質(zhì)209、氨氣半透膜210及信號(hào)接頭212,其中，內(nèi)層 殼體204的材質(zhì)為聚四氣己締，內(nèi)層殼體204上下兩端均開(kāi)口，壓力平衡膜203固定于內(nèi)層 殼體204上兩端且封閉內(nèi)層殼體204上端的開(kāi)口，氨氣半透膜210固定于內(nèi)層殼體204下 兩端且封閉內(nèi)層殼體204下端的開(kāi)口。本實(shí)施例中的壓力平衡膜203、內(nèi)層殼體204及氨氣 半透膜210 =者之間的區(qū)域構(gòu)成電解質(zhì)容腔，濃硫酸電解質(zhì)209填充于電解質(zhì)容腔內(nèi)。本 實(shí)施例的對(duì)電極205、工作電極208及信號(hào)接頭212 =者均有一端穿過(guò)內(nèi)層殼體204且嵌入 電解質(zhì)容腔內(nèi)，對(duì)電極205和工作電極208兩者位于內(nèi)層殼體204外的一端通過(guò)電纜連接， 該電纜上串接有電阻或負(fù)載，信號(hào)接頭212位于電解質(zhì)容腔內(nèi)的一端與工作電極208連接。 本實(shí)施例中的對(duì)電極205和工作電極208均采用貴金屬為基材，優(yōu)選采用銷片或銷網(wǎng)為基 材，對(duì)電極205的基材表面涂覆有二氧化銷層，工作電極208的基材表面鍛有銷黑層。本實(shí) 施例中的壓力平衡膜203采用聚四氣己締薄膜，氨氣半透膜210采用PET半透膜。
[0030]本實(shí)施例的壓力傳感器3在選取時(shí)應(yīng)滿足W下要求：工作溫度為0~250°c，工作壓 力0~IMpa;防爆等