本發(fā)明涉及核電站的安保檢測(cè)領(lǐng)域，具體地講，是涉及一種基于核電站安全殼內(nèi)的在役非能動(dòng)氫復(fù)合器的氫氧復(fù)合催化板的在線定檢再生裝置及方法。

背景技術(shù)：
日本福島核事故以后，為了避免或降低核電站安全殼內(nèi)氫氣爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，目前國(guó)際上和國(guó)內(nèi)的二代和三代核電站均采取了相應(yīng)的措施作為防范，其中一項(xiàng)重要措施便是在安全殼內(nèi)分布放置數(shù)十個(gè)非能動(dòng)氫復(fù)合器(PARs)，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故和嚴(yán)重事故時(shí)不需外接能源，可自動(dòng)啟動(dòng)，并將氫氣濃度降低至安全水平以下。非能動(dòng)氫復(fù)合器的基本結(jié)構(gòu)可以概括描述為底部裝填催化劑的豎直通道(俗稱“煙囪”)；其工作原理為，事故發(fā)生后，氫分子和空氣中的氧分子在催化劑表面接觸，發(fā)生如的強(qiáng)放熱自由基反應(yīng)，反應(yīng)釋放的大量熱量加熱豎直通道入口處的空氣，為催化元件周圍的氣流上升提供推動(dòng)力，熱空氣溫度升高、密度降低而沿通道上升，熱空氣上升后留下的空間由氫氧復(fù)合器下部冷空氣流入補(bǔ)充，形成氣體自然擴(kuò)散循環(huán)的“煙囪效應(yīng)”。當(dāng)使用活性組分為鉑或鈀的催化劑后，上述反應(yīng)活化大大減小，從而能夠在低溫條件下開(kāi)始反應(yīng)。反應(yīng)遵循Langmuir–Hinshelwood兩步法機(jī)理：首先是反應(yīng)物向催化劑表面的擴(kuò)散，然后是吸附在催化劑上的反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)。如此加速實(shí)現(xiàn)了氫氧復(fù)合器內(nèi)外氣體“非能動(dòng)”對(duì)流循環(huán)，增加單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)復(fù)合器的氣體，加速了氫氣的催化反應(yīng)，從而提高復(fù)合器的消氫能力，最后反應(yīng)后的氣體經(jīng)過(guò)氫氧復(fù)合器頂部排出。非能動(dòng)氫復(fù)合器與安全殼大氣環(huán)境的自然對(duì)流循環(huán)有效地促進(jìn)了易燃?xì)怏w混合，避免了氫氣的累積。由此可見(jiàn)，催化板是非能動(dòng)氫復(fù)合器的核心部件。在非能動(dòng)氫復(fù)合器的實(shí)際使用中，安全殼內(nèi)存在著復(fù)雜的環(huán)境條件：溫度最高達(dá)到150℃以上、壓力最高達(dá)到0.5MPa以上、累積輻照計(jì)量大于5×106Gy；安全殼內(nèi)的氣體包括放射性氣溶膠(>50g/m3)、水蒸汽(最高可達(dá)60％)、氫氣(最高可達(dá)10％以上)、空氣以及CO等毒化組分。催化板長(zhǎng)期處于如此復(fù)雜的環(huán)境下，可能會(huì)導(dǎo)致其性能降低，因此，需要每隔一定時(shí)間對(duì)安全殼內(nèi)的復(fù)合器催化板進(jìn)行定期性能檢測(cè)，測(cè)試其氫氧復(fù)合性能是否下降，并對(duì)性能不能滿足非能動(dòng)氫氧復(fù)合要求的催化板進(jìn)行活化再生。目前現(xiàn)有的氫氧復(fù)合催化板的定期性能檢測(cè)和活化再生的方法和裝置都需要將催化板從安全殼內(nèi)取出，再分別進(jìn)行檢測(cè)和再生，換句話說(shuō)，現(xiàn)有的催化板的定檢再生程序都必須等到停堆時(shí)才能進(jìn)行。為了保障發(fā)電量和減少輻射，核電機(jī)組停堆的時(shí)間間隔很長(zhǎng)，通常至少一年半以上，而現(xiàn)有的定檢技術(shù)無(wú)法實(shí)時(shí)跟蹤非能動(dòng)氫復(fù)合器催化板長(zhǎng)期在安全殼內(nèi)復(fù)雜環(huán)境條件下的性能變化。另一方面，即使停堆后取出氫氧復(fù)合催化板，也有可能致使工作人員遭受放射性物質(zhì)產(chǎn)生的輻照，影響健康。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于核電站安全殼內(nèi)非能動(dòng)氫復(fù)合器的氫氧復(fù)合催化板的在線定檢再生裝置，主要用以對(duì)安全殼內(nèi)的在役氫氧復(fù)合催化板進(jìn)行氫氧復(fù)合性能的在線定期檢測(cè)和對(duì)性能受環(huán)境影響而不能滿足當(dāng)前需求的催化板進(jìn)行在線活化再生。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于核電站安全殼內(nèi)的氫氧復(fù)合催化板的在線定檢再生裝置，包括設(shè)置于安全殼壁上的貫穿密封件，穿過(guò)貫穿密封件設(shè)置的用于檢測(cè)催化板溫度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，穿過(guò)貫穿密封件設(shè)置的用于通氣的引入氣管，以及在安全殼外設(shè)置于引入氣管上的氣路系統(tǒng)。進(jìn)一步地，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括穿過(guò)貫穿密封件伸入安全殼內(nèi)的熱電偶，以及置于安全殼外與熱電偶連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中，熱電偶的前端固定于安全殼內(nèi)安裝的非能動(dòng)氫復(fù)合器的氫氧復(fù)合催化板上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于采集熱電偶測(cè)量的數(shù)據(jù)，以便工作人員實(shí)時(shí)分析。在進(jìn)一步地改進(jìn)中，所述熱電偶可以根據(jù)催化板的數(shù)量對(duì)應(yīng)設(shè)置多個(gè)，也可以采用具有多點(diǎn)測(cè)量功能的熱電偶，具體地，熱電偶優(yōu)選K型熱電偶。為了便于引入的氣體受催化板作用，所述引入氣管的一端伸入并固定于非能動(dòng)氫復(fù)合器的底部，另一端穿過(guò)貫穿密封件與氣路系統(tǒng)連通；為了避免供氣溫度降低，所述引入氣管位于安全殼內(nèi)的部分的外層包覆有隔熱保溫層。為了提高改造后安全殼的密封抗壓能力，所述貫穿密封件包括由水硬性膠凝材料制成的內(nèi)層，以及包覆在該內(nèi)層外部并與安全殼連接的法蘭，其中，所述水硬性膠凝材料由CaO粉末與SiO2粉末按物質(zhì)的量2:1～3:1的比例混合均勻后，加水?dāng)噭虿⒂不?。具體地，所述氣路系統(tǒng)包括設(shè)置于引入氣管位于安全殼外上的單向閥、開(kāi)關(guān)閥門、壓力計(jì)和切換閥門，分別與切換閥門連接的定檢氣路和再生氣路。更進(jìn)一步地，所述定檢氣路和再生氣路均包括串聯(lián)在切換閥門和供氣源之間的氫氣阻火器、單向閥、流量控制器、電磁閥，其中，定檢氣路的供氣源為氫氣體積濃度小于4％的氫氣和空氣的混合氣體，再生氣路的供氣源為氫氣體積濃度小于4％的氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w。為了便于供氣加熱，所述引入氣管位于安全殼外的部分的外層包覆有加熱包層。具體地，所述加熱包層包括設(shè)置于引入氣管外壁的電熱絲，將電熱絲和引入氣管外壁包覆的外殼體，以及設(shè)置于外殼體內(nèi)的溫度傳感器。為了防止安全殼內(nèi)氣體倒流入引入氣管，所述安全殼上還設(shè)有壓力計(jì)，需在管路壓力大于安全殼內(nèi)壓力時(shí)方能打開(kāi)閥門引入混合氣體，以保障安全?；谏鲜鲅b置的構(gòu)造，本發(fā)明還提供了一種基于核電站安全殼內(nèi)的氫氧復(fù)合催化板的在線定檢方法，包括：(S101)采用上述裝置，將切換閥門調(diào)整至定檢氣路連通狀態(tài)，并打開(kāi)各閥門引入定檢混合氣體；(S102)通過(guò)引入氣管向非能動(dòng)氫復(fù)合器通入定檢混合氣體，持續(xù)至少半小時(shí)；(S103)由熱電偶測(cè)量的該時(shí)間段內(nèi)的氫氧復(fù)合催化板的溫度上升幅度判定該氫氧復(fù)合催化板的性能是否正常，若溫度明顯上升，則說(shuō)明該催化板性能正常，若溫度沒(méi)有明顯上升，則說(shuō)明該催化板被毒化，性能不正常。其中，所謂溫度明顯上升是指溫度上升幅度大于或等于30℃，故溫度上升幅度小于30℃則為沒(méi)有明顯上升。基于上述裝置的構(gòu)造，基于核電站安全殼內(nèi)的氫氧復(fù)合催化板的在線再生方法，包括：(S201)采用上述裝置，將切換閥門調(diào)整至再生氣路連通狀態(tài)，并打開(kāi)各閥門引入再生混合氣體；(S202)通過(guò)加熱包層設(shè)定加熱溫度為250～350℃；(S203)通過(guò)引入氣管向非能動(dòng)氫復(fù)合器通入加熱后的再生混合氣體，持續(xù)至少一小時(shí)，以對(duì)被毒化的氫氧復(fù)合催化板進(jìn)行活化再生；(S204)采用前述的在線定檢方法，對(duì)再生后的催化板再次進(jìn)行檢測(cè)，如果檢測(cè)其性能正常，則可正常使用，如果檢測(cè)其性能不正常，則重復(fù)對(duì)其進(jìn)行活化再生，若多次活化再生后其性能仍被檢測(cè)為不正常，則說(shuō)明該催化板上的催化劑失效，需待停堆后更換。需要特別說(shuō)明的，關(guān)于向安全殼內(nèi)通入氫氣混合氣體的安全問(wèn)題。首先，安全殼內(nèi)總體積約50000m3，按標(biāo)準(zhǔn)的混合氣體通入流量300L/min計(jì)算，氫濃度3％的混合氣體需要持續(xù)通入154天才能使安全殼內(nèi)平均氫濃度達(dá)到爆炸極限4％，因此例行定檢再生過(guò)程不會(huì)造成爆炸威脅；其次，管路上設(shè)置的單向閥、壓力計(jì)等配件也能有效地保障氫安全；最后，核電機(jī)組內(nèi)必然安裝有安全殼在線測(cè)氫裝置，如法國(guó)Areva公司的HERMITIS系統(tǒng)，能夠?qū)Π踩珰?nèi)氫氣濃度進(jìn)行在線檢測(cè)，一旦氫濃度上升過(guò)快，或接近爆炸極限，即馬上停止通入混合氣體，保障安全。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明基于核電站安全殼進(jìn)行改進(jìn)，利用消氫反應(yīng)的化學(xué)原理，通過(guò)測(cè)量催化板在反應(yīng)時(shí)的溫度變化來(lái)判斷其催化性能是否正常，構(gòu)思新穎巧妙，并利用了貫穿密封件將裝置與安全殼的有機(jī)結(jié)合，保證了安全殼的抗壓密封性，還通過(guò)氣路系統(tǒng)的設(shè)置對(duì)供氣進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)控制，充分保障了裝置的使用安全性，由此整體實(shí)現(xiàn)了無(wú)需取出催化板而直接在安全殼內(nèi)對(duì)催化板進(jìn)行定檢再生操作的效果，方便實(shí)用，不僅能夠明顯提高檢測(cè)效率，有效避免了核電站停堆帶來(lái)的損失和不利影響，而且極大地減少了工作人員遭受輻照的時(shí)間，安全可靠，在本領(lǐng)域有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。(2)本發(fā)明通過(guò)設(shè)置能夠?qū)Υ呋暹M(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，以及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)催化板的性能下降問(wèn)題，消除催化板的安全隱患，保障核電站設(shè)施的安全。(3)通過(guò)本發(fā)明的使用，不僅工作人員不需要進(jìn)入安全殼取出催化板進(jìn)行定檢再生操作，減少在安全殼內(nèi)受輻照時(shí)間，而且也不必?fù)?dān)心取出的催化板沾染放射性物質(zhì)而對(duì)其產(chǎn)生的輻照，極大地保障了工作人員的健康。(4)本發(fā)明引入的混合氣體均控制在安全范圍以內(nèi)，并且結(jié)合氣路系統(tǒng)的各種閥門、計(jì)量器等配件也能夠充分保障引入混合氣體的氫安全問(wèn)題。(5)本發(fā)明在安全殼外部的引入氣管上設(shè)置加熱包層，在活化再生時(shí)直接對(duì)混合氣體加熱使之達(dá)到需要的溫度，并且通過(guò)安全殼內(nèi)的引入氣管上設(shè)置的隔熱保溫層減少了溫度在傳輸過(guò)程中的損失，促進(jìn)催化板的還原，提高反應(yīng)效率。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為定檢過(guò)程中合格催化板的進(jìn)出口氫濃度變化曲線和溫度變化曲線。上述附圖中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的部件名稱如下：1-貫穿密封件，2-引入氣管，3-熱電偶，4-加熱包層，5-隔熱保溫層，6-安全殼，7-非能動(dòng)氫復(fù)合器，8-氫氧復(fù)合催化板，10-供氣源，11-電磁閥，12-流量控制器，13-單向閥，14-氫氣阻火器，15-切換閥門，16-壓力計(jì)，17-開(kāi)關(guān)閥門。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。實(shí)施例如圖1所示，該基于核電站安全殼內(nèi)的氫氧復(fù)合催化板的在線定檢再生裝置，主要用于直接在安全殼6內(nèi)對(duì)非能動(dòng)氫復(fù)合器7的氫氧復(fù)合催化板8進(jìn)行定期性能檢測(cè)和活化再生，是一套非常方便實(shí)用的裝置，包括貫穿密封件1、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和氣體引入系統(tǒng)三大部分，氣體引入系統(tǒng)又包括引入氣管2和用于供氣和控制的氣路系統(tǒng)，其中，檢測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)部分和引入氣管均貫穿安全殼壁伸入安全殼內(nèi)，貫穿密封件直接安裝在安全殼壁上，在前述二者貫穿處與安全殼壁固定連接并使其密封，以保障改進(jìn)后的安全殼性能。安全殼是現(xiàn)有技術(shù)中一個(gè)很復(fù)雜的構(gòu)造，因此本發(fā)明對(duì)安全殼本身不作贅述，只介紹本發(fā)明涉及到的相關(guān)結(jié)構(gòu)，如用于檢測(cè)安全殼內(nèi)壓的壓力計(jì)、用于檢測(cè)安全殼內(nèi)氫氣濃度在線檢測(cè)的測(cè)氫裝置等。氫氧復(fù)合催化板簡(jiǎn)稱催化板。上述各部分的具體構(gòu)造分別如下：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要用于檢測(cè)氫氧復(fù)合催化板的溫度，具體包括穿過(guò)貫穿密封件伸入安全殼內(nèi)的熱電偶3，以及置于安全殼外與熱電偶連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中，為了準(zhǔn)確檢測(cè)到催化板反應(yīng)時(shí)的溫度變化，熱電偶的前端固定于安全殼內(nèi)安裝的非能動(dòng)氫復(fù)合器的氫氧復(fù)合催化板上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于采集熱電偶測(cè)量的數(shù)據(jù)，以便工作人員實(shí)時(shí)分析。在進(jìn)一步地改進(jìn)中，所述熱電偶可以根據(jù)催化板的數(shù)量對(duì)應(yīng)設(shè)置多個(gè)，也可以采用具有多點(diǎn)測(cè)量功能的熱電偶，具體地，熱電偶優(yōu)選K型熱電偶。引入氣管，主要用于將定檢再生用的混合氣體通入催化板處，因此其一端伸入并固定于非能動(dòng)氫復(fù)合器的底部，出氣口朝向催化板，另一端穿過(guò)貫穿密封件與氣路系統(tǒng)連通。為了便于供氣加熱，引入氣管位于安全殼外的部分的外層包覆有加熱包層4。具體地，該加熱包層包括設(shè)置于引入氣管外壁的電熱絲，將電熱絲和引入氣管外壁包覆的外殼體，以及設(shè)置于外殼體內(nèi)的溫度傳感器，可根據(jù)加熱需求設(shè)置電熱絲的發(fā)熱溫度。為了避免供氣溫度降低，引入氣管位于安全殼內(nèi)的部分的外層包覆有隔熱保溫層5，其由隔熱保溫材料制成。氣路系統(tǒng)，主要用于控制供氣和保證安全，具體包括設(shè)置于引入氣管位于安全殼外上的單向閥13、開(kāi)關(guān)閥門17、壓力計(jì)16和切換閥門15，分別與切換閥門連接的定檢氣路和再生氣路。其中，所述定檢氣路和再生氣路均包括串聯(lián)在切換閥門和供氣源10之間的氫氣阻火器14、單向閥13、流量控制器12、電磁閥11，其中，定檢氣路的供氣源為氫氣體積濃度小于4％的氫氣和空氣的混合氣體，再生氣路的供氣源為氫氣體積濃度小于4％的氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w。通常為保障安全，在通入氣體需使管路壓力大于安全殼內(nèi)壓力，即引入氣管上設(shè)置的壓力計(jì)的讀數(shù)大于安全殼上設(shè)置的壓力計(jì)的讀數(shù)。上述在描述中涉及的“串聯(lián)”的含義與電路布置中的對(duì)應(yīng)概念雷同。貫穿密封件，主要用于密封熱電偶和引入氣管貫穿安全殼的位置，以保證安全殼的抗壓密封性，具體包括由水硬性膠凝材料制成的內(nèi)層，以及包覆在該內(nèi)層外部并與安全殼連接的法蘭，其中，所述水硬性膠凝材料由CaO粉末與SiO2粉末按物質(zhì)的量2:1～3:1的比例混合均勻后，加入適量水?dāng)噭?按前述比例通常約為2～3物質(zhì)的量，根據(jù)實(shí)際粘稠度判定，不限于此)，并在一段時(shí)間(至少半小時(shí)，根據(jù)實(shí)際粘稠度確定)后硬化得到。由于水硬性膠凝材料具有強(qiáng)度高、粘附性好的特性，可以緊密填充在熱電偶和引入氣管貫穿的空隙處，確保密封效果，進(jìn)而提升整個(gè)裝置的抗壓和抗高溫性能。基于上述裝置的構(gòu)造，本實(shí)施例提供了如下在線定檢方法和在線再生方法：該基于核電站安全殼內(nèi)的氫氧復(fù)合催化板的在線定檢方法，包括：(S101)采用上述裝置，將切換閥門調(diào)整至定檢氣路連通狀態(tài)，打開(kāi)該氣路的電磁閥引入定檢混合氣體，當(dāng)引入氣管上的壓力計(jì)讀數(shù)達(dá)到要求后，打開(kāi)開(kāi)關(guān)閥門使定檢混合氣體進(jìn)入安全殼內(nèi)；其中，定檢混合氣體為氫濃度為2.5％的低濃度氫空混合氣；(S102)通過(guò)引入氣管向非能動(dòng)氫復(fù)合器通入定檢混合氣體，控制氣體通入流量維持在300L/min左右，持續(xù)至少半小時(shí)；(S103)由熱電偶測(cè)量的該時(shí)間段內(nèi)的氫氧復(fù)合催化板的溫度上升幅度判定該氫氧復(fù)合催化板的性能是否正常，若溫度明顯上升(變化幅度≥30℃)，則說(shuō)明該催化板性能正常，若溫度沒(méi)有明顯上升(變化幅度小于30℃)，則說(shuō)明該催化板被毒化，性能不正常。如圖2所示，為典型的向催化板通入2.5％的氫空混合氣的溫度變化曲線，由圖中可以看出即使在低氫濃度下，性能正常的催化板也能在半小時(shí)內(nèi)上升約60℃，溫度變化明顯。當(dāng)檢測(cè)出的性能不正常(被毒化)的催化板數(shù)量會(huì)致使設(shè)備存在安全威脅時(shí)，可采用如下方法對(duì)被毒化的催化板進(jìn)行活化再生，具體地，該基于核電站安全殼內(nèi)的氫氧復(fù)合催化板的在線再生方法，包括：(S201)采用前述裝置，將切換閥門調(diào)整至再生氣路連通狀態(tài)，打開(kāi)該氣路的電磁閥引入再生混合氣體，當(dāng)引入氣管上的壓力計(jì)讀數(shù)達(dá)到要求后，打開(kāi)開(kāi)關(guān)閥門使再生混合氣體進(jìn)入安全殼內(nèi)；其中，再生混合氣體為氫濃度為3％的低濃度氫氮混合氣；(S202)通過(guò)加熱包層設(shè)定加熱溫度為250～350℃，優(yōu)選為300℃；(S203)通過(guò)引入氣管向非能動(dòng)氫復(fù)合器通入加熱后的再生混合氣體，控制氣體通入流量維持在300L/min左右，持續(xù)至少一小時(shí)，以對(duì)被毒化的氫氧復(fù)合催化板進(jìn)行活化再生；(S204)為確保再生效果，采用前述的在線定檢方法，對(duì)再生后的催化板再次進(jìn)行檢測(cè)，如果檢測(cè)其性能正常，則可正常使用，如果檢測(cè)其性能不正常，則重復(fù)對(duì)其進(jìn)行活化再生，若多次活化再生后其性能仍被檢測(cè)為不正常，則說(shuō)明該催化板上的催化劑失效，需待停堆后更換。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，但凡采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理，應(yīng)用于其他安全殼內(nèi)裝置的性能檢測(cè)和維護(hù)上的技術(shù)方案，以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行非創(chuàng)造性勞動(dòng)而作出的變化，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。