CN103247358B - 核电站高能管道局部泄漏监测试验台架 - Google Patents

核电站高能管道局部泄漏监测试验台架 Download PDF

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Abstract

本发明属于核工业测量技术领域，具体涉及一种核电站高能管道局部泄漏监测试验台架。其结构包括高能介质发生装置，所述高能介质发生装置通过工艺管路与试验管路相连接，试验管路连接泄漏率测量管路；所述的试验管路包括试验直管道和裂纹模拟试验件；所述的工艺管路包括工艺主管路和作为支路的温湿度蒸汽试验管路，所述的试验直管道与工艺主管路连接，温湿度蒸汽试验管路分别延伸到裂纹模拟试验件和泄漏率测量管路；在所述的试验直管道上设有若干波导杆，波导杆上设有声发射传感器，所述的声发射传感器通过电缆与信号采集卡连接。通过该试验台架可完成高能管道泄漏模拟试验、声发射泄漏监测***和温湿度泄漏监测***的研发、标定、检修。

Description

核电站高能管道局部泄漏监测试验台架
技术领域
本发明属于核工业测量技术领域，具体涉及一种核电站高能管道局部泄漏监测试验台架，可用于局部泄漏监测***的研发、标定、检修。
背景技术
日本福岛事故后，对核电站安全性和可靠性提出了更高要求，特别是核安全相关的高能管道泄漏监测，要求采用破前泄漏技术。破前泄漏技术是保证反应堆运行安全性和可靠性的一种先进的设计技术，当管道发生泄漏，泄漏量达到一定程度时，可以通过专设泄漏监测装置测量出来并告知运行人员，在管道裂纹扩展到临界裂纹尺寸而突然断裂之前，可以有充裕时间实现安全停堆，对泄漏管道进行修补或更换等处理，以避免管道双端断裂的发生。
在以往已建核电站的设计中，对高能管道介质泄漏监测都是采用地坑液位、水装量平衡等常规手段进行监测，这些监测手段总体监测相应时间漫长，并且无法对不可识别泄漏进行精确定位、定量。所以一些先进的局部泄漏监测方法将考虑对核安全相关的高能管道泄漏进行定量测量、泄漏点的定位，提高核电站安全性和可靠性。
局部泄漏监测方法主要采用声发射泄漏监测和温湿度泄漏监测方法。根据当前国内外相关产品的调研，目前尚无成熟的产品能够直接应用于核电站特定的高能管道泄漏监测定量测量，均需进行适应性修改或者产品研发，要对特定的高能管道进行准确的定量测量和泄漏点的定位需要搭建适宜的试验台架，通过台架试验建立泄漏监测信号与泄漏率之间的转化关系和确定修正系数。
声发射泄漏监测的原理如下：当高能管道发生泄漏，泄漏介质与管道边界发生作用，产生超声波，超声波信号沿管壁传播，被声音探头监测。当声波信号超过允许定值表示发生泄漏。由于声发射信号的特殊性，无法直接由理论分析找出泄漏率和声发射信号的关系，必须通过台架试验获得泄漏率和声发射信号相关数据，对试验数据进行处理和分析，拟合出监测信号和泄漏率之间的关系模型。
温湿度泄漏监测的原理如下：当高能管道发生泄漏，泄漏介质闪蒸为蒸汽后扩散到保温层内，导致保温层内的温度和绝对湿度变化，当温湿度信号超过允许定值表示发生泄漏。通过温湿度信号的监测，确定泄漏率和绝对湿度的关系模型。
发明内容
本发明的目的是为了满足核电站特定高能管道泄漏定量测量的需要，提供一种高能管道局部泄漏监测试验台架，为声发射泄漏监测和温湿度泄漏监测的研发提供试验平台。
本发明的技术方案如下：一种高能管道局部泄漏监测试验台架，包括高能介质发生装置，所述高能介质发生装置通过工艺管路与试验管路相连接，试验管路连接泄漏率测量管路；所述的试验管路包括试验直管道和裂纹模拟试验件，所述的裂纹模拟试验件设置在试验直管道上；所述的工艺管路包括工艺主管路和作为支路的温湿度蒸汽试验管路，所述的试验直管道与工艺主管路连接，温湿度蒸汽试验管路分别延伸到裂纹模拟试验件和泄漏率测量管路；在所述的试验直管道上设有若干波导杆，波导杆上设有声发射传感器，所述的声发射传感器通过电缆与信号采集卡连接。
进一步，如上所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其中，在所述的试验直管道外部设有保温层装置，在试验直管道内部设有电加热丝装置。
进一步，如上所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其中，所述的试验直管道的长度大于测量仪表到裂纹模拟试验件最大布置距离的两倍。
进一步，如上所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其中，在所述的工艺主管路上设有蒸汽阀和电动隔离阀。
进一步，如上所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其中，所述的泄漏率测量管路包括设置在试验直管道入口处的流量表，以及设置在裂纹模拟试验件裂纹处的用于收集泄漏介质的收集罩，所述的收集罩通过管路与热交换器连接，在所述热交换器的入口和出口处设有流量表。
更进一步，如上所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其中，在试验直管道入口处设置与工艺主管路连通的小口径旁路，所述的设置在试验直管道入口处的流量表位于所述小口径旁路上。
进一步，如上所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其中，在所述保温层装置上设有温湿度仪表和/或露点仪表。
进一步，如上所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其中，在试验直管道上设有用于实时测量管道内介质的温度和压力的温度表和压力表。
进一步，如上所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其中，还包括与各管路上的仪表相连接的ICS仪表控制***。
本发明的有益效果如下：本发明从核电站高能管道局部泄漏监测***试验需求出发，考虑了声发射/温湿度监测***的特性，搭建适用于任何高能管道局部泄漏监测试验的试验台架，通过该试验台架可完成高能管道泄漏模拟试验、声发射泄漏监测***和温湿度泄漏监测***的研发、标定、检修。本发明解决了核电站高能管道局部泄漏监测方法（如声发射泄漏监测和温湿度泄漏监测）的监测信号与泄漏量的试验拟合，以及泄漏点的定位的试验拟合的台架建设问题。
附图说明
图1为本发明试验台架的结构示意图。
图中，1-1.锅炉汽包2-1.试验直管道2-2.裂纹模拟试验件3-1.工艺主管路3-2.蒸汽阀3-3.蒸汽管道电动隔离阀3-4.蒸汽管道与试验管道连接法兰3-5.温湿度蒸汽试验管路隔离阀A3-6.温湿度蒸汽试验管路3-7.温湿度蒸汽试验管路隔离阀B3-8.蒸汽管道旁路隔离阀4-1.泄漏介质收集罩4-2.泄漏介质收集管路隔离阀4-3.温湿度排放/冷凝三通阀4-4.温湿度减压调节阀4-5.冷凝管线隔离阀4-6.热交换器4-7.冷凝水收集装置5-1.保温棉5-2.保温层外壁5-3.电加热丝装置6-1.声发射传感器6-2.波导杆6-3.温湿度仪表6-4.温度表6-5.压力表6-6.流量表A（泄漏蒸汽）6-7.流量表B（冷凝水）6-8.流量表C（蒸汽）
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明所提供的高能管道局部泄漏监测试验台架主要由六部分组成：高能介质发生装置、试验管路、工艺管路（包括管道和阀门等）、泄漏率测量管路、保温装置、试验用仪表和监控***。高能介质发生装置通过工艺管路与试验管路相连接，试验管路连接泄漏率测量管路。
高能介质发生装置用于产生核电站高能管道实际工况参数要求的介质，能够实现稳定介质工况参数（温度、压力），同时可进行工况参数连续可调。试验管路由试验直管道、裂纹模拟试验件组成，用于进行模拟泄漏试验，用以保证模拟泄漏试验效果与实际高能管道真实泄漏相一致。工艺管路主要包括从高能介质发生装置到试验管路入口之间工艺主管路、温湿度蒸汽试验管路（工艺主管路的分支旁路，延伸到保温层与管道缝隙处），还包括工艺管道上设置的隔离阀、调节阀、减压阀、三通阀、热交换器等工艺设备。工艺管路的设计用于给下游用户提供满足试验要求的高能介质，避免高能介质在工艺管路传输过程中参数特性发生变化，并能够实现高能介质实际工况（温度、压力）的连续可调。泄漏率测量管路用于测量泄漏点的实际泄漏量。保温装置为保证试验管路中的高能介质温度、压力与核电站实际管道工况一致，防止温度降低，在试验管路外壁设置保温层装置和在管道内设置电加热丝装置。试验用仪表主要包括声发射仪表，温湿度仪表，温度、压力仪表，流量仪表。声发射仪表用于监测裂纹处发出的声发射信号，由声发射传感器、专用电缆、信号放大器、专用采集卡件组成；温湿度仪表测量保温层内相对湿度、绝对湿度、温度的变化；温度、压力仪表用于实时测量试验管路内介质的温度和压力；流量仪表用于测量介质泄漏量。ICS仪表控制***可实现台架试验数据采集、分析、监控等功能。
实施例
如图1所示，试验台架的搭建主要由六部分组成：高能介质触发装置、试验管路、工艺管路（包括管道和阀门等）、泄漏率测量管路、保温装置、试验用仪表和监控***。
高能介质发生装置
高能介质发生装置的设计方案无具体限制要求，可根据自身资源情况，采取锅炉装置或引用外供高能介质的方式，可以产生与核电站高能管道实际工况参数要求相一致的介质，实现稳定介质工况参数（温度、压力），同时可进行工况参数连续可调。本实施例中高能介质发生装置为锅炉汽包1-1。
试验管路
试验管路由试验直管道2-1、裂纹模拟试验件2-2组成，为消除各种对检测信号的影响因素，同时考虑降低成本、缩小布置空间，其选取原则如下：
试验直管道2-1选用和核电站高能管道相同牌号材质或近似材质，以消除不同材质对声音信号的影响；为了充分模拟实际高能管道的泄漏监测布点，管段长度选取、以及管道泄漏点位置的选取，需要考虑核电站实际高能管道的泄漏监测的仪表到裂纹的最大布置距离，试验直管道的长度宜大于仪表到裂纹最大布置距离的两倍。
试验直管道2-1的外径、壁厚、材质对声发射信号存在一定影响，为消除这种影响，试验直管道优先选用1：1于核电站用原尺寸管道，壁厚和材质与实际管道一致；在实际管道尺寸较大、壁厚较厚、同样材质的管道采购较困难的情况下，同时如受试验条件和布置空间等的诸多限制，采用与实际管道相同外径、壁厚、材质试验直管道无法实施时，在满足试验要求的基础上，可考虑采用缩小管径、缩小壁厚、变更为近似材质的方法，此时应考虑这些影响因素的修正。
裂纹模拟试验件2-2的裂纹加工，要求能完全模拟核电站原管道裂纹泄漏声发射特性，裂纹尺寸与实际要求监测的泄露量相匹配。
工艺管路
工艺管路主要由工艺管道和工艺设备组成。
工艺管道主要包括从锅炉汽包1-1到试验直管道2-1入口之间的工艺主管路3-1、温湿度蒸汽试验管路3-6（工艺主管路的分支旁路，延伸到保温层与管道缝隙处）。
工艺设备主要包括蒸汽阀3-2，蒸汽管道电动隔离阀3-3，温湿度蒸汽试验管路隔离阀A3-5，温湿度蒸汽试验管路隔离阀B3-7，蒸汽管道旁路隔离阀3-8，泄漏介质收集管路隔离阀4-2，温湿度排放/冷凝三通阀4-3，温湿度减压调节阀4-4，冷凝管线隔离阀4-5，热交换器4-6等。
工艺管路的设计用于给下游用户提供满足试验要求的高能介质。避免高能介质在工艺管路传输过程中参数特性发生变化，并能够实现高能介质实际工况（温度、压力）的连续可调。
泄漏率测量管路
泄漏率测量管路可以采取以下两种方式：
一种为在试验管路入口增设流量仪表（流量表C6-8），当发生试验管路泄漏，通过流量仪表进行测量，一般情况下工艺主管路口径太大，导致泄漏流量范围超出同口径流量仪表测量范围，此时可以增设小口径旁路，并在旁路上设置流量仪表，如工艺主管路增设流量仪表可以满足泄漏量测量要求，可不增设小口径旁路。
一种为在裂纹处设置泄漏介质收集罩4-1，对泄漏介质进行收集，并通过热交换器4-6进行冷凝，在热交换器4-6入口、出口设置流量仪表（流量表A6-6，流量表B6-7）实时测量，也可以将冷凝液收集到冷凝水收集装置4-7中，通过单位时间内冷凝液变化，计算平均泄漏率。
保温装置
保温装置包括设置在试验直管道外部的保温层装置，以及设置在试验直管道内部的电加热丝装置。
保温层装置由保温棉5-1和保温层外壁5-2组成，保温层设计要求和核电站实际管道所用保温层材料、厚度和结构一致，由于保温层的材料、厚度和结构对泄漏监测信号影响较大，为消除这种影响，试验管道保温层设计应保持和实际管道保温层设计、结构相一致，以满足泄漏监测试验条件。保温层装置上设有温湿度仪表和/或露点仪表。
电加热丝装置5-3主要保证试验管路内介质温度恒定在要求的温度，其安装方式不能对声发射信号的传输产生影响。
试验用仪表和监控***
试验用仪表主要包括：
声发射仪表：用于监测裂纹处发出的声发射信号，由声发射传感器6-1、专用电缆、信号放大器、专用采集卡件组成。仪表个数约5～6个，具体个数和选型根据具体试验要求进行确定。
波导杆6-2：由于管道外壁温度较高，声发射传感器无法直接安装在管道外壁，通过设置波导杆，将声发射信号从管壁引到保温层外。试验管道波导杆的结构设计应保持和核电站高能管道波导杆设计一致。波导杆与试验管路可考虑采用焊接、螺纹、高磁等连接方式，并考虑试验安装、操作简便，并要求对声发射信号的传输影响最小。
温湿度仪表6-3：温湿度仪表测量保温层内相对湿度、绝对湿度、温度的变化，可考虑在保温层上开洞，将泄漏蒸汽引出测量，以解决目前大部分温湿度仪表无法耐高温的问题。温湿度仪表要考虑安装、操作简便。仪表个数约3～4个，具体个数和选型根据具体试验要求进行确定。
温度、压力仪表：用于实时测量试验管路内介质的温度和压力，包括设置在试验直管道末端的温度表6-4和压力表6-5。仪表个数约1台，具体个数和选型可在试验阶段确定。
流量仪表：用于测量介质泄漏量。仪表个数约3台，在工艺主管路、介质泄漏收集管路热交换器入口、出口冷凝管路设置，具体个数和选型根据具体试验要求进行确定。本实施例中包括流量表A6-6，流量表B6-7，流量表C6-8。
ICS仪表控制***：可实现台架试验数据采集、分析、监控等功能。可考虑使用成熟、与试验信号处理匹配的、通用的数据采集及处理技术构建本***，以满足试验需求。
本发明所提供的核电站高能管道局部泄漏监测试验台架的试验操作具体流程如下：
声发射泄漏监测试验流程：通过高能介质触发装置产生高能介质，介质通过工艺管路输送到试验管路，高能介质充满试验管路后沿预置在管道上的泄漏裂纹/孔泄漏，在泄漏过程中介质与管壁摩擦产生声发射信号，被布置在管道上的声发射传感器探测，并传输到监控***进行数据处理。
温湿度泄漏监测试验流程：温湿度泄漏监测方法适用于设置有保温层的高能管道，泄漏介质沿保温层和管道外壁之间的缝隙传播，工艺主管路上设有旁路管线，将高能介质输送到保温层与管壁间缝隙处，通过针阀调节泄漏流量，当保温层内温度和绝对湿度变化，被布置在管道上的温湿度传感器(或露点传感器)探测，并传输到监控***进行数据处理。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种高能管道局部泄漏监测试验台架，其特征在于：包括高能介质发生装置，所述高能介质发生装置通过工艺管路与试验管路相连接，试验管路连接泄漏率测量管路；所述的试验管路包括试验直管道和裂纹模拟试验件，所述的裂纹模拟试验件设置在试验直管道上；所述的工艺管路包括工艺主管路和作为支路的温湿度蒸汽试验管路，所述的试验直管道与工艺主管路连接，温湿度蒸汽试验管路分别延伸到裂纹模拟试验件和泄漏率测量管路；在所述的试验直管道上设有若干波导杆，波导杆上设有声发射传感器，所述的声发射传感器通过电缆与信号采集卡连接。
2.如权利要求1所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其特征在于：在所述的试验直管道外部设有保温层装置，在试验直管道内部设有电加热丝装置。
3.如权利要求2所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其特征在于：所述的试验直管道的长度大于测量仪表到裂纹模拟试验件最大布置距离的两倍。
4.如权利要求1所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其特征在于：在所述的工艺主管路上设有蒸汽阀和电动隔离阀。
5.如权利要求1所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其特征在于：所述的泄漏率测量管路包括设置在试验直管道入口处的流量表，以及设置在裂纹模拟试验件裂纹处的用于收集泄漏介质的收集罩，所述的收集罩通过管路与热交换器连接，在所述热交换器的入口和出口处设有流量表。
6.如权利要求5所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其特征在于：在试验直管道入口处设置与工艺主管路连通的小口径旁路，所述的设置在试验直管道入口处的流量表位于所述小口径旁路上。
7.如权利要求2所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其特征在于：在所述保温层装置上设有温湿度仪表和/或露点仪表。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其特征在于：在试验直管道上设有用于实时测量管道内介质的温度和压力的温度表和压力表。
9.如权利要求8所述的高能管道局部泄漏监测试验台架，其特征在于：还包括与各管路上的仪表相连接的ICS仪表控制***，用于实现台架试验数据采集、分析、监控功能；该***使用成熟的、与试验信号处理匹配的、通用的数据采集及处理技术构建。
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