一種核電站乏燃料水池液位測量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種核電站乏燃料水池液位測量裝置，目的是提供一種液位測量裝置，保證核電站在嚴(yán)重事故情況下，包括核電站失去全部或大部分動(dòng)力電源情況下實(shí)現(xiàn)核電站乏燃料水池液位的連續(xù)監(jiān)測。本實(shí)用新型包含倒U形虹吸管，倒U形虹吸管一端（A）伸入乏燃料水池中，另一端（C）位于乏燃料水池之外，測量另一端（C）側(cè)的液位高度或者壓力，并且在需要時(shí)使用溫度修正。本實(shí)用新型能夠用于核電站正常及嚴(yán)重事故情況下乏燃料水池液位測量。
【專利說明】—種核電站乏燃料水池液位測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種核電站用測量裝置，特別涉及一種核電站乏燃料水池液位測
量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]2011年3月日本福島核電站因地震及其引發(fā)的海嘯導(dǎo)致核電站發(fā)生嚴(yán)重的核事故。事故發(fā)生后各核電廠均開展了安全大檢查，并采取一系列的改進(jìn)措施。中國國家核安全局還發(fā)布了《福島核事故后核電廠改進(jìn)行動(dòng)通用技術(shù)要求》試行版，簡稱《通用技術(shù)要求》，用以指導(dǎo)核電站安全整改。《通用技術(shù)要求》第4章對核電站乏燃料水池監(jiān)測提出了詳細(xì)的技術(shù)要求。
[0003]根據(jù)該要求，核電站需要在乏燃料水池安裝液位及溫度監(jiān)測裝置，該裝置需在核電站設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震SSE情況下能正常工作。同時(shí)要求測量點(diǎn)能包含核燃料裸露前的所有水位。如果將測量元件安裝在接近燃料的位置，該處的輻照劑量率為約2.3Gy/h,導(dǎo)致對測量元件的耐輻射性能要求非常高。同樣信號(hào)處理單元如果也安裝在乏燃料水池廠房內(nèi)，也要求相關(guān)的產(chǎn)品滿足嚴(yán)重事故情況下的乏燃料水池的環(huán)境條件。
[0004]目前沒有完全能夠滿足《通用技術(shù)要求》，直接在乏燃料水池里進(jìn)行液位測量的非常成熟的產(chǎn)品。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種液位測量裝置，保證核電站在嚴(yán)重事故情況下，包括核電站失去全部或大部分動(dòng)力電源情況下實(shí)現(xiàn)核電站乏燃料水池液位的連續(xù)監(jiān)測。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型是一種核電站乏燃料水池液位測量裝置，包含倒U形虹吸管和液位測量單元，倒U形虹吸管一端伸入乏燃料水池中，另一端位于乏燃料水池之外，液位測量單元測量另一端側(cè)的液位高度；其中，在另一端形成正U形管路結(jié)構(gòu)，在正U形管結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)離所述倒U形虹吸管另一端的管路中，測量液位高度。
[0007]如上所述的核電站乏燃料水池液位測量裝置，其中，所述倒U形虹吸管另一端以及所述正U形管路結(jié)構(gòu)位于乏燃料水池的廠房墻壁之外，在所述正U形管結(jié)構(gòu)中遠(yuǎn)離所述倒U形虹吸管另一端的管路上端，連接返回乏燃料水池的廠房墻壁內(nèi)部的管路。
[0008]如上所述的核電站乏燃料水池液位測量裝置，其中，所述核電站乏燃料水池液位測量裝置還包含:測量乏燃料水池液體溫度的熱電偶。
[0009]如上所述的核電站乏燃料水池液位測量裝置，其中，所述熱電偶安裝于所述倒U形虹吸管伸入乏燃料水池的一端上，位于需要進(jìn)行液位測量的最低點(diǎn)。
[0010]本實(shí)用新型還是一種核電站乏燃料水池液位測量裝置，包含倒U形虹吸管，倒U形虹吸管一端伸入乏燃料水池中，另一端位于乏燃料水池之外；其中，所述另一端密封，在所述另一端安裝液體壓力測量裝置，在乏燃料水池的廠房墻壁內(nèi)部安裝氣壓測量裝置。[0011]如上所述的核電站乏燃料水池液位測量裝置，其中，所述核電站乏燃料水池液位測量裝置還包含:測量乏燃料水池液體溫度的熱電偶。
[0012]本實(shí)用新型能夠用于核電站正常及嚴(yán)重事故情況下乏燃料水池液位測量。
[0013]本液位測量裝置采用間接測量方法，測量元件及信號(hào)處理單元安裝在乏燃料水池廠房外，其輻照劑量率可以忽略不計(jì)，因此對液位測量元件的耐輻照性能不作要求。避免了將液位測量元件直接安裝乏燃料水池內(nèi)時(shí)，其所處的位置與燃料距離只有約0.5米，該處的輻照劑量率為約2.3Gy/h (不同的堆型，該值會(huì)不同，但其數(shù)量級(jí)是一樣的的問題)。
[0014]同時(shí)，抗震級(jí)液位測量元件在市場上有成熟的產(chǎn)品，同時(shí)測量方法簡單、準(zhǔn)確；設(shè)備安裝也簡單、可行，對乏燃料水池影響很小。在嚴(yán)重事故情況下測量值更可信，滿足《通用技術(shù)要求》的相關(guān)規(guī)格要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型所述測量裝置【具體實(shí)施方式】一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本實(shí)用新型所述測量裝置【具體實(shí)施方式】二的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1-乏燃料水池液位測量裝置，A、B、C、D、E、F-管路，2-隔離閥，3-注水閥，4-液位計(jì)安裝用根閥，5-液位計(jì)信號(hào)和熱電偶信號(hào)處理部件，6-虹吸破壞冒，7-測量裝置安裝用鋼支架，8-熱電偶，9-熱電偶連線，10-乏燃料水池廠房墻體，PT-壓力計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019]本實(shí)用新型所涉及的裝置主要利用虹吸原理，虹吸是一種流體力學(xué)現(xiàn)象，可以不借助泵而抽吸液體。處于較高位置的液體充滿一根倒U形的管狀結(jié)構(gòu)(稱為虹吸管)之后，開口于更低的位置。這種結(jié)構(gòu)下，管子兩端的液體勢能差能夠推動(dòng)液體越過最高點(diǎn)，向另一端排放。主要是由重力作用讓虹吸管內(nèi)最高點(diǎn)液體在重力作用下往低位管口處移動(dòng)，形成真空，在真空作用下，高位管口的液體被吸進(jìn)最高點(diǎn)，形成虹吸現(xiàn)象。
[0020]以下，對于本實(shí)用新型列舉【具體實(shí)施方式】一和【具體實(shí)施方式】二來進(jìn)行說明。
[0021](I)【具體實(shí)施方式】一
[0022]本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】一所述乏燃料水池液位測量裝置I主要由三部分組成:雙U形管裝置、液位測量單元、溫度測量單元；所述乏燃料水池液位測量裝置I利用虹吸原理，間接測量乏燃料水池液位。
[0023]以下，對各個(gè)部位分別進(jìn)行介紹。
[0024]I)雙U形管裝置
[0025]如圖1所示,雙U形管裝置由連通的A管、B管、C管、D管、E管、F管組成。其中，A管、B管、C管組成一個(gè)倒U形管結(jié)構(gòu)，C管、D管、E管組成另一個(gè)U形管結(jié)構(gòu)。
[0026]—個(gè)倒U形管結(jié)構(gòu)(A管、B管、C管)的一端A管伸入到乏燃料水池中需進(jìn)行液位測量的最低點(diǎn)。通過此U形管上部水平管B管穿過乏燃料水池建筑墻體后向下形成另一個(gè)正U形管結(jié)構(gòu)(C管、D管、E管)，此U形管上部再接一水平管F管穿過乏燃料水池建筑墻體后回到乏燃料水池上方。
[0027]本裝置原理如下，首先，倒U形管結(jié)構(gòu)(A管、B管、C管)實(shí)現(xiàn)虹吸原理。此倒U形管結(jié)構(gòu)(A管、B管、C管)為標(biāo)準(zhǔn)的虹吸結(jié)構(gòu)，即，當(dāng)此U形管結(jié)構(gòu)中充滿液體,且A管、C管分別浸于液體中時(shí)，由于A管側(cè)和C管側(cè)大氣壓的關(guān)系，會(huì)使得A管側(cè)液體表面和C管側(cè)液體表面高度具有對應(yīng)關(guān)系，且在液體均勻、兩側(cè)氣壓相等的情況下，兩側(cè)液體表面等高。
[0028]然后，對于正U形管結(jié)構(gòu)(C管、D管、E管)，當(dāng)僅存在正U形管結(jié)構(gòu)時(shí)，C管中的液體表面和E管中的液體表面高度存在對應(yīng)關(guān)系，且在液體均勻、兩管中氣壓相等的情況下，兩管中的液體表面等聞。
[0029]如此，根據(jù)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，將上述倒U形管和正U形管進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了 A管側(cè)液面和E管中的液面的對應(yīng)，通過檢測E管中的液面高度，即可得知A管側(cè)液面的高度。
[0030]如此，在如圖1所示安裝此測量裝置后，將雙U形管充滿與乏燃料水池相同的液體，即可通過虹吸原理以及U形管的作用，使得墻外側(cè)的垂直管(E管)液位與乏燃料水池的液位保持一致。然后，通過在該管上安裝液位測量裝置，測量E管液位，即可達(dá)到監(jiān)測乏燃料水池液位的目的。
[0031]此處，還通過將與E管上端連接的F管引入A管側(cè)，使兩端氣壓相同。
[0032]此外，對于A管側(cè)和E管中液體的均勻性問題進(jìn)行說明，由于是間接測量，墻外的垂直管(E管)液體溫度(常溫20-30°C)與乏燃料水池的溫度會(huì)有差別，特別是在嚴(yán)重事故情況下乏燃料水池的溫度可能接近133.5°C，導(dǎo)致測量段液體密度與乏燃料水池中液體密度產(chǎn)生差別。因此需利用乏燃料水池溫度對液位測量值進(jìn)行修正，所以，在本實(shí)施例中，在倒U形管的伸入到乏燃料水池中垂直管(A管)的管壁上、在需進(jìn)行液位測量的最低點(diǎn)處安裝核級(jí)熱電偶，以測量乏燃料水池溫度，用于液體表面高度的補(bǔ)償，同時(shí)，也可以用于乏燃料水池溫度的監(jiān)測。
[0033]修正方式如下:
[0034]如果以測量管段最低位為基準(zhǔn)點(diǎn)，假設(shè)燃料水池液位高度為H1，溫度為Tl，對應(yīng)水密度為P 1，乏燃料水池房間外測量段液體溫度為T2，對應(yīng)的水密度為P 2，測量管段內(nèi)的液位為H2，則H1、H2關(guān)系式為:p2H2=p 1H1。即H1=p2H2/p1。由于p與溫度的關(guān)系已知，即可通過溫度Tl、T2、高度H2計(jì)算得到Hl。
[0035]此外，由于水的特性，溫度升高而P變小，由此可以得出一個(gè)結(jié)論，當(dāng)乏池溫度高于測量管段溫度時(shí)，乏池的實(shí)際液位比測量的值高，因此即使不對測量值進(jìn)行水溫差修正，測量值也是一個(gè)偏保守的值。而且從水裝量角度考慮，不進(jìn)行水溫差修正也是可以接受的。因?yàn)榉Τ貎?nèi)液位高是因?yàn)槊芏茸冃∫鸬?，乏池水裝量沒有因溫度變化而變化。保證核燃料安全的關(guān)鍵參數(shù)是乏池水裝量和液體溫度。
[0036]此外，為了避免長時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致U形管上部(A、B、C管段)累積不凝結(jié)氣體，而影響液位測量的準(zhǔn)確性。垂直管段(E管)的適當(dāng)位置上安裝隔離閥2及注水閥3，日常運(yùn)行時(shí)需定期對U形管進(jìn)行加壓注水趕氣，同時(shí)進(jìn)行倒U形管密封性檢查。
[0037]在進(jìn)行此過程時(shí)，首先關(guān)閉隔離閥2，然后開啟注水閥3加壓注水，使U形管中充滿液體，管中氣體被擠出，然后關(guān)閉注水閥3，開啟隔離閥2，利用虹吸原理，自動(dòng)恢復(fù)測量狀態(tài)。
[0038]由于是利用虹吸原理，所以在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下，該裝置液位測量范圍為:0-10米。此處，測量范圍的最大值10米的含義是在乏燃料水池廠房為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下，倒U形管的頂部(B管)位置以下10米以內(nèi)的液位可以測量。[0039]應(yīng)予說明，該最大值取決于乏燃料水池廠房大氣壓力。核電站乏燃料水池廠房在正常運(yùn)行時(shí)保持微負(fù)壓，其最大負(fù)壓設(shè)計(jì)值為(-20 — -80Pa)，對最大測量值的影響可以忽略不計(jì)。在嚴(yán)重事故情況下廠房的大氣壓力為大氣壓或正壓，最大正壓力為0.3MPa，因此該測量裝置在嚴(yán)重事故情況下的測量范圍更大，液位測量值可信度更高，對于嚴(yán)重事故情況下的乏燃料水池液位精確測量提供了新的思路。
[0040]此外，為了避免因測量裝置破裂，導(dǎo)致乏燃料水池經(jīng)虹吸產(chǎn)生泄漏，需根據(jù)電站的具體情況確定倒U形管部分(A、B、C管)的管徑，或在管徑已經(jīng)確定，難以調(diào)整的情況下，在倒U形管的水平管(B管)上安裝限流孔板，以進(jìn)一步限制最大虹吸泄漏流量，使得泄漏流量在可接受的范圍內(nèi)。此外，還可以在倒U形管的水平管(B管)上安裝虹吸破壞冒6，在需要時(shí)使B管成為非封閉的狀態(tài)，打開此冒，使得B管與空氣相同，從而打破A管、B管、C管的虹吸狀態(tài)。
[0041 ] 應(yīng)予說明，也可以用密封性能較好的閥門，如隔膜閥，代替虹吸破壞冒。
[0042]2)液位測量單元
[0043]液位測量單元包括液位計(jì)LT、液位計(jì)信號(hào)處理部件。液位測量單元采用抗設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震SSE級(jí)的產(chǎn)品，并如圖1所示，通過2個(gè)液位計(jì)安裝用根閥4將液位計(jì)LT安裝在雙U形管裝置乏燃料水池廠房外的垂直管(E管)上。由于安裝于乏燃料水池之外，降低了抗輻射性的要求。
[0044]3)溫度測量單元
[0045]溫度測量單元包含熱電偶8和熱電偶信號(hào)處理部件，如圖1所示，在倒U形管的伸入到乏燃料水池中垂直管(A管)的管壁上、在需要進(jìn)行液位測量的最低點(diǎn)上安裝核級(jí)熱電偶8，以測量乏燃料水池溫度。如圖1所示溫度測量單元(核級(jí)熱電偶)安裝在A管上時(shí)，A管需進(jìn)行適應(yīng)性的設(shè)計(jì)。
[0046]應(yīng)予說明，熱電偶不是必須安裝于A管上，只要能夠準(zhǔn)確得到乏燃料水池中的液體溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)不同電廠的具體情況，熱電偶也可以單獨(dú)安裝在乏燃料水池的任一位置。
[0047]此外，為了保證裝置的效果，優(yōu)選的有如下的約束條件。
[0048]整個(gè)測量裝置通過測量裝置安裝用鋼支架7安裝固定，測量裝置和安裝過程均按抗SSE級(jí)地震設(shè)計(jì)、施工。
[0049]在乏燃料水池條件允許的情況下A管盡量伸入到乏燃料水池底部，以提高嚴(yán)重事故情況下液位測量的范圍。B管應(yīng)盡量緊貼乏燃料水池上部的平臺(tái)，以提高正常運(yùn)行時(shí)的液位測量范圍。
[0050]D管安裝位置必須低于要求的最低測量位置，并盡量與A管最低點(diǎn)相同。
[0051]F管及其下方的隔離閥安裝位置應(yīng)高于B管，同時(shí)液位計(jì)上根閥應(yīng)至少與B管持平。
[0052]A、B、C管盡量采用整體管段或焊接，以保證其密封性。
[0053]液位測量單元通過兩個(gè)根閥安裝在E管上。
[0054](2)【具體實(shí)施方式】二
[0055]通常乏燃料水池房間設(shè)置了大氣壓測量裝置，因此，可以使用不含D、E、F管的方案，將C管密封，并在C管適當(dāng)位置安裝壓力變送器。
[0056]圖2中雖然表示保留部分D管，在D管上安裝壓力計(jì)PT的方案，但是，D管不是必須的，D管是否保留視安裝空間而定。
[0057]—個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即lKgf/cm2約等于10米水柱。將該點(diǎn)壓力測量值與乏池房間壓力值進(jìn)行相減計(jì)算得出乏池液面與該點(diǎn)壓力測量點(diǎn)之間的位置差，，即如果將壓力測量點(diǎn)位置定為0米，則乏池液位=(該點(diǎn)壓力測量值-乏池房間壓力值)+液體密度。
[0058]當(dāng)U形管兩邊溫度不一致時(shí)，通過溫度修正，即可準(zhǔn)確得到乏燃料水池實(shí)際液位，修正方式如下:
[0059]如果以壓力測量點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，假設(shè)壓力測量值為P2，乏燃料水池房間壓力為P1，燃料水池液位高度為Hl，溫度為Tl，對應(yīng)水密度為P I，乏燃料水池房間外U形管段液體溫度為T2，對應(yīng)的水密度為P 2，乏燃料水池房間外U形管水平管段高度為H2，則H1、H2關(guān)系式為:P2+p 2H2=P1-p I (H2-H1)。即 Hl= [P2-P1+H2 ( P 1-P 2)]/P I。由于 P 與溫度的關(guān)系已知，即可通過壓力P1、壓力P2、溫度Tl、T2、高度H2計(jì)算得到燃料水池液位高度H1。
[0060]以上，通過附圖和二個(gè)具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是，本實(shí)施例并非對本實(shí)用新型進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型的范圍內(nèi)，還可以進(jìn)行種種的變更以及修改。
【權(quán)利要求】
1.一種核電站乏燃料水池液位測量裝置，包含倒U形虹吸管和液位測量單元，倒U形虹吸管一端(A)伸入乏燃料水池中，另一端(C)位于乏燃料水池之外，液位測量單元測量另一端(C)側(cè)的液位高度；其特征在于，在另一端(C)形成正U形管路結(jié)構(gòu)(C、D、E)，在正U形管結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)離所述倒U形虹吸管另一端(C)的管路(E)中，測量液位高度。
2.如權(quán)利要求1所述的核電站乏燃料水池液位測量裝置，其特征在于，所述倒U形虹吸管另一端(C)以及所述正U形管路結(jié)構(gòu)位于乏燃料水池的廠房墻壁之外，在所述正U形管結(jié)構(gòu)中遠(yuǎn)離所述倒U形虹吸管另一端(C)的管路(E)上端，連接返回乏燃料水池的廠房墻壁內(nèi)部的管路(F)。
3.如權(quán)利要求2所述的核電站乏燃料水池液位測量裝置，其特征在于，所述核電站乏燃料水池液位測量裝置還包含:測量乏燃料水池液體溫度的熱電偶。
4.如權(quán)利要求3所述的核電站乏燃料水池液位測量裝置，其特征在于，所述熱電偶安裝于所述倒U形虹吸管伸入乏燃料水池的一端(A)上，位于需要進(jìn)行液位測量的最低點(diǎn)。
5.一種核電站乏燃料水池液位測量裝置，包含倒U形虹吸管，倒U形虹吸管一端(A)伸入乏燃料水池中，另一端(C)位于乏燃料水池之外；其特征在于，所述另一端(C)密封，在所述另一端(C)安裝液體壓力測量裝置，在乏燃料水池的廠房墻壁內(nèi)部安裝氣壓測量裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的核電站乏燃料水池液位測量裝置，其特征在于，所述核電站乏燃料水池液位測量裝置還包含:測量乏燃料水池液體溫度的熱電偶。
【文檔編號(hào)】G01F23/14GK203572546SQ201320724428
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】盧忠斌, 張建成 申請人:中核核電運(yùn)行管理有限公司