本實用新型涉及核電安全技術領域，更具體地說，涉及一種基于單片機的核電站貫穿件一體化試驗設備。

背景技術：

核電站安全殼，即反應堆廠房，是一個帶有準球形穹頂?shù)膱A柱形預應力鋼筋混凝土結構，用來阻擋來自燃料的裂變產(chǎn)物及一回路放射性物質(zhì)進入環(huán)境的最后一道屏障。當反應堆發(fā)生失水事故(LOCA)時，釋放出來的大量放射性和高溫高壓汽水混合物可被包容和隔離，以防止對核電站周圍居民產(chǎn)生危害。安全殼作為核電機組的第三道安全屏障，扮演著限制放射性物質(zhì)從反應堆擴散至大氣的重要角色，其建造質(zhì)量將直接影響到安全殼本體的功能完整性。因此，在機組投運前需進行安全殼打壓試驗(CTT)，以驗證安全殼的強度及密封性。機組在役后也需要定期執(zhí)行安全殼打壓試驗以確保安全殼依然滿足其作用功能。機械貫穿件是貫穿反應堆安全殼廠房的流體傳輸管線，是核電站第三道屏障的一部分，管道內(nèi)外兩側(cè)均設有安全殼隔離閥，在安全殼打壓試驗前，需要完成貫穿件密封性試驗，以確保隔離閥在反應堆發(fā)生事故時可阻止島內(nèi)放射性氣體和廢液從島內(nèi)流出島外。

目前貫穿件試驗設備由壓力表、溫槍、三通閥、流量計、秒表、截止閥及快速接頭組成，如圖1所示，壓力表11和三通閥10連接后與管道連接；壓力表12與三通閥20連接后與管道連接；在安全殼內(nèi)外分別的管道上分別設置殼 內(nèi)隔離閥30、40和殼外隔離閥50；在進行外側(cè)隔離閥密封性試驗時，殼內(nèi)隔離閥40為逆止閥，具體操作步驟如下所示：從三通閥10處充壓至二倍設計壓力即8.4bar.g作為背壓；在三通閥20處充壓至4.2～4.6bar.g，壓力穩(wěn)定后讀取壓力表12數(shù)據(jù)并記錄當前壓力值為初始壓力P0；使用溫槍讀取當前管線溫度并記錄為初始溫度T0，記錄當前時間t0；試驗結束時，讀取當前壓力表12數(shù)據(jù)并記錄當前壓力值為結束壓力；使用溫槍對管線讀取當前溫度并記錄為結束溫度T1；記錄當前時間t1；根據(jù)計算公式當前隔離閥泄漏率。

現(xiàn)有方案存在下列問題：

一是泄漏率計算存在較大誤差：計算時使用的溫度應為管線內(nèi)氣體實際溫度，但實際上溫槍讀到的溫度數(shù)據(jù)為管道外壁的溫度，管道外壁溫度還取決于所處外部環(huán)境溫度，溫槍的精度為±1℃，誤差較大，在使用過程中針對測點的不同距離和不同位置導致出現(xiàn)不同結果，對試驗人員技能有很大要求，故測得的溫度值有較大誤差從而導致泄漏率計算存在較大誤差。

二是試驗工具笨重繁多，操作步驟復雜。

三是試驗步驟繁瑣，需要記錄數(shù)據(jù)過多，單次試驗數(shù)據(jù)處理為12個，對數(shù)據(jù)進行人工計算時存在數(shù)據(jù)丟失和人工手算導致計算出錯的風險。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述泄漏率計算存在較大誤差以及試驗工具笨重繁多等缺陷，提供一種基于單片機的核電站貫穿件一體化試驗設備。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種基于單片機的核電站貫穿件一體化試驗設備，包括快速接頭、卸壓閥以及試驗箱；試驗箱內(nèi)設置有采集腔、控制裝置；快速接頭和卸壓閥分別穿過試驗箱殼體與采 集腔連通，控制裝置安裝在試驗箱的控制裝置安裝孔內(nèi)；控制裝置具有單片機、溫度測量模塊、壓力測量模塊、定時器/計時器模塊；溫度測量模塊、壓力測量模塊、定時器/計時器模塊分別與單片機連接，溫度測量模塊和壓力測量模塊中的溫度傳感器和壓力傳感器設置在采集腔內(nèi)，用以采集管道內(nèi)氣體溫度數(shù)據(jù)及壓力數(shù)據(jù)；試驗時，試驗人員首先通過液晶屏調(diào)取試驗編號及保壓體積，然后單片機根據(jù)溫度測量模塊、壓力測量模塊、定時器/計時器模塊獲得的初始壓力、結束壓力、初始溫度、結束溫度、保壓時間等數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置計算程序處理得到貫穿件的泄漏率數(shù)值。

在本實用新型所述控制裝置中，還包括存儲模塊，存儲模塊與單片機連接，用于存儲貫穿件的保壓體積數(shù)據(jù)和溫度測量模塊、壓力測量模塊、定時器/計時器模塊獲得的測量值數(shù)據(jù)。

在本實用新型所述控制裝置中，包括電源模塊，所述電源模塊是設置在試驗箱內(nèi)的電池組，提供控制裝置內(nèi)各個模塊的工作電壓。

在本實用新型所述控制裝置中，所述液晶屏設置在試驗箱的上表面，通過液晶屏實現(xiàn)調(diào)取試驗編號、保壓體積、參數(shù)設置和數(shù)值顯示。

在本實用新型所述控制裝置中，還包括維護接口，所述維護接口與單片機連接，設置在試驗箱的側(cè)面。

在本實用新型所述控制裝置中，還包括校準接口，所述校準接口與單片機連接，設置在試驗箱的側(cè)面，實現(xiàn)溫度測量模塊、壓力測量模塊的校準。

實施本實用新型的核電站貫穿件一體化試驗設備，具有以下有益效果：

本試驗設備中溫度測量模塊直接與氣體接觸，即測量溫度值為當前氣體的實際值，避免溫度測量誤差引起的最終結果的誤差。同時本試驗設備的測量模塊精度高，數(shù)據(jù)結果可靠，設備操作簡單；本試驗設備的全部模塊集成 設置在同一設備箱內(nèi)，小巧便攜，測量結果實時顯示，大大提高了貫穿件的試驗效率，同時可推廣至機組在役后大修階段貫穿件試驗。另外，外部留有維護及校準接口，采用可拆卸電池供電，后續(xù)程序維護、測量模塊校準及更換電池時均無需對設備進行拆裝，有利于設備的穩(wěn)定性。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中：

圖1是現(xiàn)有的貫穿件試驗設備連接示意圖；

圖2是本實用新型的一體化試驗設備主視結構示意圖；

圖3是本實用新型的一體化試驗設備三維結構示意圖。

圖4是本實用新型的控制裝置連接框圖。

具體實施方式

為了對本實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明本實用新型的具體實施方式。

如圖2、3所示，在本實用新型的核電站貫穿件一體化試驗設備第一實施例中，一種基于單片機的核電站貫穿件一體化試驗設備包括快速接頭1、卸壓閥2以及試驗箱3；試驗箱3內(nèi)設置有采集腔5、控制裝置6；快速接頭1和卸壓閥2分別穿過試驗箱3殼體與采集腔5連通，控制裝置6安裝在試驗箱3的控制裝置安裝孔內(nèi)；控制裝置6具有單片機、溫度測量模塊、壓力測量模塊、定時器/計時器模塊；溫度測量模塊、壓力測量模塊、定時器/計時器模塊分別與單片機連接，溫度測量模塊和壓力測量模塊中的溫度傳感器7和壓力傳感器8設置在采集腔5內(nèi)，用以采集管道內(nèi)氣體溫度數(shù)據(jù)及壓力數(shù)據(jù)；試驗 時，操作人員首先通過液晶屏調(diào)取本次試驗貫穿件編號及保壓體積，然后單片機根據(jù)溫度測量模塊、壓力測量模塊、定時器/計時器模塊獲得的初始壓力、結束壓力、初始溫度、結束溫度、保壓時間，通過內(nèi)置計算程序處理得到貫穿件的泄漏率數(shù)值。

貫穿件密封性試驗的試驗原理如下：

安全殼貫穿件隔離閥泄漏率計算采用壓降法計算，對標準氣體方程PV＝nRT進行轉(zhuǎn)換，泄漏率計算公式(Q)如下所示：

$Q=\frac{P_0\×V}{P\×\mathrm{\Δ}t}\[\frac{\mathrm{\Δ}P}{P_0}-\frac{\mathrm{\Δ}T}{T_0}\](cm3/h)---\left(1\right)$

其中，

V＝保壓體積(cm3)；

P0＝初始壓力(bar.a)；

P1＝結束壓力(bar.a)；

P＝大氣壓力(bar.a)；

T0＝初始溫度(K)；

T1＝結束溫度(K)；

t0＝初始時間

t1＝結束時間

ΔP＝P0-P1(bar)；

Δt＝t0-t1(h)；

ΔT＝T0-T1(K)；

上面計算的試驗條件下的泄漏率Q可以用下面的公式轉(zhuǎn)換成標準狀況(273.15K，標準大氣壓)下的泄漏率Qn。

$Q_n=Q\frac{273.15}{T_1}(Ncm3/h)---\left(2\right)$

由公式1、2可知，計算泄漏率需要知道初始壓力P0、結束壓力P1、初始溫度T0、結束溫度T1、初始時間t0，結束時間t1，保壓體積V這7個參數(shù)，而每個貫穿件內(nèi)外隔離閥之間的管道體積為固定參數(shù)，故在計算泄漏率時需要剩余6個參數(shù)變量。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述控制裝置6中，還包括存儲模塊，存儲模塊與單片機連接，用于存儲貫穿件的保壓體積數(shù)據(jù)和溫度測量模塊、壓力測量模塊、定時器/計時器模塊獲得的測量值數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述控制裝置6中，包括電源模塊11，所述電源模塊11是設置在試驗箱內(nèi)的電池組，提供控制裝置6內(nèi)各個模塊的工作電壓。

優(yōu)選地，所述控制裝置6中，液晶屏4設置在試驗箱3的上表面，通過液晶屏4實現(xiàn)參數(shù)設置和數(shù)值顯示。

優(yōu)選地，所述控制裝置6中，還包括維護接口9，所述維護接口9與單片機連接，設置在試驗箱3的側(cè)面。

優(yōu)選地，所述控制裝置6中，還包括校準接口10，所述校準接口10與單片機連接，設置在試驗箱3的側(cè)面，實現(xiàn)溫度測量模塊、壓力測量模塊的校準。

進行貫穿件試驗時，通過快速接頭1將本試驗設備與貫穿件管道相連接，關閉卸壓閥2，打開液晶屏4，選取貫穿件編號，確定保壓體積，即可開始進行泄漏率計算測量。首先觸按讀取初始數(shù)據(jù)按鈕，讀取當前壓力模塊和溫度測量模塊數(shù)據(jù)并顯示到液晶顯示屏上，同時計時器開始計時；試驗結束時觸擊讀取結束數(shù)據(jù)，此時讀取結束階段壓力和溫度，計時器停止計時，控 制裝置6根據(jù)初始壓力P0、結束壓力P1、初始溫度T0、結束溫度T1、保壓時間Δt，保壓體積V這6個參數(shù)進行泄漏率計算，將結束壓力、結束溫度、保壓時間及泄漏率顯示在液晶屏4上。

其中，壓力測量模塊精度為1‰，溫度測量模塊精度為±0.5℃，模塊精度高，計算過程由單片機直接處理，避免人工計算出現(xiàn)的誤差，提高試驗結果的準確度。

優(yōu)選地，快速接頭及卸壓閥與試驗箱為G1/4螺紋連接，確保其密封性及方便拆卸組裝。

上面結合附圖對本實用新型的實施例進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實用新型的保護之內(nèi)。