一种气体膜分离结合热电导式溶解氢测量装置及方法与流程

1.本发明涉及压水堆核电厂水质溶解氢监测技术领域，尤其涉及一种气体膜分离结合热电导式溶解氢测量装置及方法。


背景技术：

2.溶解氢是压水堆核电厂一回路重要水质监测指标，溶解氢的含量直接影响核电厂的运行安全，对氢浓度下限的控制是为了更好地保证氢含量足以还原冷却剂辐照分解而产生的氧、更好地防止材料腐蚀，对氢浓度上限的控制是为了避免氢浓度过高造成材料发生氢脆裂的危险，对核电机组安全生产运行造成威胁。
3.目前，极谱法溶解氢监测技术，首先由于存在电极承受压力不够，不适用于压水堆核电厂一回路压力较高的应用工况需求；其次存在电极测量范围适用性较窄的问题，不能很好地适用于压水堆核电厂一回路溶解氢较宽浓度含量范围的监测，本发明提供一种气体膜分离结合热电导式溶解氢测量装置及方法。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种气体膜分离结合热电导式溶解氢测量装置及方法，本发明克服现有存在电极测量范围适用性较窄的问题，可以很好地适用于压水堆核电厂一回路溶解氢较宽浓度含量范围的监测，该方法检测下限低、灵敏度较高、适用的浓度检测范围广，装置可承受较高的样水压力，装置对溶解氢的测量浓度以数字信号对外传输，使用过程和维护简单方便。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种气体膜分离结合热电导式溶解氢测量装置，包括吹扫模块以及测量模块，所述测量模块由检测室、流通池、选择性透氢膜、气体热电导传感器、温度传感器、膜背压板以及信号处理和控制单元构成，所述流通池内部安装有用于测量溶解氢浓度的检测室，检测室靠近流通池一端设置有选择性透氢膜和膜背压板，检测室与用于背景气导入的吹扫模块相连，检测室内部安装有气体热电导传感器以及温度传感器，气体热电导传感器和温度传感器均与用于处理监测信息的信号处理和控制单元相连。
6.进一步地，所述吹扫模块包括用于对吹扫气体进行调节的吹扫气调节器、吹扫气通断阀、稳流器以及缓冲器，所述吹扫气调节器与控制气体通断的吹扫气通断阀相连，另一端与用于接通吹扫气源的吹扫气管相通，吹扫气通断阀通过稳流器与检测室相连，检测室另一端连接有缓冲器。
7.进一步地，所述吹扫气调节器对吹扫气管内的吹扫气源进行调压、调流、过滤、干燥，将吹扫背景气变化干燥的背景气并且导入或导出检测室。
8.进一步地，所述稳流器和缓冲器对吹扫背景气体进行导流和稳流，将吹扫背景气缓慢导入或导出检测室，避免吹扫背景气对气体热电导传感器造成冲击。
9.进一步地，所述信号处理和控制单元包括中央处理器、热电导信号处理模块以及
温度采集和处理模块，所述温度传感器连接有温度采集和处理模块，气体热电导传感器连接有热电导信号处理模块，温度采集和处理模块、热电导信号处理模块均与中央处理器相连。
10.进一步地，所述信号处理和控制单元还包括信号自检模块、驱动模块、数字信号接口模块以及电源模块，所述温度采集模块与信号自检模块、中央处理器构成一个闭合回路，热电导信号处理模块、信号自检模块与中央处理器串联连接，中央处理器分别连接有数字信号接口模块以及驱动模块，且信号处理和控制单元内部元器件均与电源模块相连。
11.进一步地，所述检测室一端的选择性透氢膜结合膜背压板后可承受不低于2mpa的水样压力。
12.进一步地，所述流通池上安装有用于内部流体导入和导出的进水管、出水管。
13.一种气体膜分离结合热电导式溶解氢测量方法，所述溶解氢测量方法适用于所述的气体膜分离结合热电导式溶解氢测量装置，该方法包括：
14.步骤一：在上一检测周期结束后，吹扫气调节器将背景气导入检测室内部，流通池内样水中溶解氢成分透过选择性透氢膜进入检测室内；
15.步骤二：检测室内氢成分和背景气使气体热电导传感器发生模拟量电信号的变化，通过信号处理和控制单元中经过转化、计算得到样水中溶解氢浓度；
16.步骤三：中央处理器控制驱动模块对吹扫气通断阀的状态控制，吹扫气调节器对吹扫背景气调压、调流、过滤，新鲜的吹扫背景气将上一周期的吹扫背景气和氢气成分经由缓冲器导出测室，新鲜的吹扫背景气导入检测室进行下一周期的检测。
17.进一步地，溶解氢具体电信号在信号处理和控制单元具体处理步骤为：
18.①
气体热电导传感器的模拟量电信号变化量在信号处理和控制单元中；
19.②
热电导信号处理模块中经过转化将样水中溶解氢成分浓度值由模拟的电信号转化为数字信号；
20.③
热电导信号处理模块将转化后的浓度数字信号送至中央处理器；
21.④
中央处理器结合温度采集和处理模块反馈的温度进行温度补偿，综合计算得出样水中溶解氢浓度。
22.进一步地，所述中央处理器数字接口模块与外部二次仪表或其他显示终端进行通讯连接。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
24.本发明通过气体热电导传感器通过背景气体和氢气热电导的不同会导致气体热电导传感器的信号变化，信号变化量通过信号处理和控制单元的处理计算得到溶解氢浓度。
25.本发明通过信号处理和控制单元将检测浓度以数字信号的方式对外进行传输；一个检测周期结束后通过吹扫模块将吹扫气导入检测室内，将上一检测周期残留的背景气和经由选择性透过膜进入检测室的氢气吹扫出检测室，实现检测用背景气的重新导入和检测基准点的重新定义。
26.本发明对溶解氢方法检测下限低、灵敏度较高、适用的浓度检测范围广，装置可承受较高的样水压力，装置对溶解氢的测量浓度以数字信号对外传输，使用过程和维护简单方便。
附图说明
27.参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
28.图1示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的一种气体膜分离结合热电导式溶解氢测量装置及方法的连接框架图；
29.图2示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的一种气体膜分离结合热电导式溶解氢测量装置及方法中信号处理和控制单元的原理框图；
30.图3示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的一种气体膜分离结合热电导式溶解氢测量装置及方法中流通池与检测室安装的结构示意图。
31.图中标号：1
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吹扫气调节器、2
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吹扫气通断阀、3
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稳流器、4
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气体热电导传感器、5
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信号处理和控制单元、6
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温度传感器、7
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缓冲器、8
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膜背压板、9
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选择性透氢膜、10
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流通池、11
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检测室、12
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进水管、13
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出水管、51
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电源模块、52
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数字信号接口模块、53
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驱动模块、54
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温度采集和处理模块、55
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热电导信号处理模块、56
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信号自检模块、57
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中央处理器。
具体实施方式
32.容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
33.根据本发明的一实施方式结合图1
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图3示出：一种气体膜分离结合热电导式溶解氢测量装置，包括吹扫模块以及测量模块，测量模块由检测室11、流通池10、选择性透氢膜9、气体热电导传感器4、温度传感器6、膜背压板8、以及信号处理和控制单元5构成，流通池10内部安装有用于测量溶解氢浓度的检测室11，检测室11靠近流通池10一端设置有选择性透氢膜9和膜背压板8，检测室11与用于背景气导入的吹扫模块相连，检测室11内部安装有气体热电导传感器4以及温度传感器6，气体热电导传感器4和温度传感器6均与用于处理监测信息的信号处理和控制单元5相连。
34.吹扫模块包括用于对吹扫气体进行调节的吹扫气调节器1、吹扫气通断阀2、稳流器3以及缓冲器7，吹扫气调节器1与控制气体通断的吹扫气通断阀2相连，另一端与用于接通吹扫气源的吹扫气管相通，吹扫气通断阀2通过稳流器3与检测室11相连，检测室11另一端连接有缓冲器7，吹扫气调节器1对吹扫气管内的吹扫气源进行调压、调流、过滤、干燥，将吹扫背景气变化干燥的背景气并且导入或导出检测室11，稳流器3和缓冲器7对吹扫背景气体进行导流和稳流，将吹扫背景气缓慢导入或导出检测室11，避免吹扫背景气对气体热电导传感器4造成冲击。
35.信号处理和控制单元5包括中央处理器57、热电导信号处理模块55以及温度采集和处理模块54，温度传感器6连接有温度采集和处理模块54，气体热电导传感器4连接有热电导信号处理模块55，温度采集和处理模块54、热电导信号处理模块55均与中央处理器57相连，实现检测浓度模拟电信号到数字信号的转化和对信号自检模块56、温度采集和处理模块54、电源模块51的故障检测。
36.信号处理和控制单元5还包括信号自检模块56、驱动模块53、数字信号接口模块52
以及电源模块51，温度采集模块与信号自检模块56、中央处理器57构成一个闭合回路，热电导信号处理模块55、信号自检模块56与中央处理器57串联连接，中央处理器57分别连接有数字信号接口模块52以及驱动模块53，且信号处理和控制单元5内部元器件均与电源模块51相连，中央处理器57数字接口模块与外部二次仪表或其他显示终端进行通讯连接，实现测量浓度、故障信号、控制命令等的通讯。
37.检测室11一端所设置的膜背压板8支撑选择性透氢膜9进行安装，通过膜背压板8和选择性透氢膜9结合后，可承受大于2mpa的样水压力，承受压力更大，进行稳定检测，提高检测精确性，流通池10上安装有用于内部流体导入和导出的进水管12、出水管13，通过出水管13将样水排出，使流通池10内部的样水不断流动。
38.一种气体膜分离结合热电导式溶解氢测量方法，溶解氢测量方法适用于气体膜分离结合热电导式溶解氢测量装置，该方法包括：
39.步骤一：在上一检测周期结束后，吹扫气调节器1将背景气导入检测室11内部，流通池10内样水中溶解氢成分透过选择性透氢膜9进入检测室11内；
40.步骤二：检测室11内氢成分和背景气使气体热电导传感器4发生模拟量电信号的变化，通过信号处理和控制单元5中经过转化、计算得到样水中溶解氢浓度；
41.步骤三：中央处理器57控制驱动模块53对吹扫气通断阀2的状态控制，吹扫气调节器1对吹扫背景气调压、调流、过滤，新鲜的吹扫背景气将上一周期的吹扫背景气和氢气成分经由缓冲器7导出测室，新鲜的吹扫背景气导入检测室11进行下一周期的检测。
42.本实施例中，溶解氢具体电信号在信号处理和控制单元5具体处理步骤为：
①
气体热电导传感器4的模拟量电信号变化量在信号处理和控制单元5中；
②
热电导信号处理模块55中经过转化将样水中溶解氢成分浓度值由模拟的电信号转化为数字信号；
③
热电导信号处理模块55将转化后的浓度数字信号送至中央处理器57；
④
中央处理器57结合温度采集和处理模块54反馈的温度进行温度补偿，综合计算得出样水中溶解氢浓度。
43.作为本发明的一个实施例，吹扫气调节器1将背景气导入检测室11内部，样水经过流通池10进口进入检测装置，在流通池10内样水中溶解氢成分透过选择性透氢膜9和膜背压板8进入检测室11内，在检测室11内由于氢成分和背景气热电导的不同会导致气体热电导传感器4发生模拟量电信号的变化，气体热电导传感器4的模拟量电信号变化量在信号处理和控制单元5中经过转化、计算得到样水中溶解氢浓度。
44.实施例1，在信号处理和控制单元5中，气体热电导传感器4的模拟量电信号变化量在信号处理和控制单元5中，热电导信号处理模块55中经过转化将样水中溶解氢成分浓度值由模拟的电信号转化为数字信号，热电导信号处理模块55将转化后的浓度数字信号送至中央处理器57，中央处理器57结合温度采集和处理模块54反馈的温度进行温度补偿，综合计算得出样水中溶解氢浓度，中央处理器57经由数字接口模块与外部二次仪表或其他显示终端进行通讯，实现测量浓度、故障信号、控制命令等的通讯，
45.实施例2，电源模块51为信号处理和控制单元5各模块3.3v和5v供电；信号自检模块56在信号处理过程中实时监测电源模块51、热电导信号处理模块55、温度采集和处理模块54工作状态，并将其状态反馈至中央处理器57，实现信号处理和控制单元5自检，装置在一个检测周期结束后，中央处理器57控制驱动模块53实现对吹扫气通断阀2的开或者关状态控制，实现吹扫背景气导入或导出检测室11，一个检测周期结束后，吹扫气通断阀2打开，
吹扫背景气经吹扫气调节器1调压、调流、过滤后进入稳流器3进行导流和稳流，最终新鲜的吹扫背景气将上一周期的吹扫背景气和氢气成分经由缓冲器7导出检测室11，新鲜的吹扫背景气导入检测室11，实现检测零点基准点的重新定义，为下一周期的检测做好准备。
46.本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。