Способ определения концентрации водорода



Способ определения концентрации водорода

 


Владельцы патента RU 2466370:

Лешков Владимир Васильевич (RU)
Таранин Владимир Дмитриевич (RU)
Орлов Вячеслав Леонидович (RU)
Школяренко Виктор Васильевич (RU)

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано, например, для контроля течей теплообменников натрий-вода атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах. Изобретение направлено на повышение надежности контроля, например, за состоянием теплообменного оборудования АЭС, и упрощение процедуры градуировки систем концентрации водорода, что обеспечивается за счет того, что при определении концентрации водорода используется устройство с магниторазрядным насосом, подключенным к источнику питания и сообщенным с вакуумной камерой, отделенной от контролируемой среды водородопроницаемой мембраной, при этом согласно изобретению на вакуумной камере устанавливают дополнительно вакуумметр, при включенном источнике питания магниторазрядного насоса фиксируют его ток, после этого питание магниторазрядного насоса выключают на время, достаточное для достижения равновесного давления в вакуумной камере, по показаниям вакуумметра фиксируют равновесное давление, по которому вычисляют концентрацию водорода и вновь включают питание магниторазрядного насоса на постоянный режим работы, а соответствие тока магниторазрядного насоса концентрации водорода устанавливают путем их сравнения. Кроме того, сравнение тока насоса с вычисленной концентрацией водорода производят при различных концентрациях водорода в рабочем диапазоне и по полученным результатам строят градуировочную характеристику зависимости тока насоса от концентрации водорода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области контроля герметичности трубопроводов и сосудов, в которых нарушение герметичности сопровождается появлением водорода в контролируемом объеме, и может использоваться преимущественно на атомных электростанциях (АЭС) с реакторами на быстрых нейтронах.

Указанные реакторные установки содержат парогенераторы, греющей средой в которых является жидкий натрий, а нагреваемой средой - вода и водяной пар. Парогенераторы представляют собой теплообменники трубчатой конструкции, снаружи трубок циркулирует натрий, а внутри - вода и водяной пар под давлением, во много раз превышающем давление натрия.

В случае нарушения герметичности стенок теплообменника вода, попадая в натрий, вступает с ним в химическую реакцию с выделением большого количества тепла, и, если величина течи достигает нескольких граммов в секунду, образующийся тепловой факел может прожечь соседние трубки теплообменника, т.е. привести к лавинообразному нарастанию течи и разрушению парогенератора. Как правило, нарушение герметичности теплообменников натрий-вода начинается с микротрещин в теплопередающих поверхностях и сопутствующих им микротечам воды в натрий. Задача систем контроля герметичности парогенераторов с натриевым теплоносителем состоит в обнаружении разгерметизации теплообменника на стадии микротечей и вывода его из работы до начала саморазвития течи до опасной величины.

В настоящее время наиболее эффективным методом обнаружения микротечей воды в натрий является метод контроля концентрации водорода в натриевом контуре, т.к. при химическом взаимодействии натрия с водой образуется водород, который частично растворяется в натрии, а частично уносится натрием в виде газовых пузырьков. Задача устройств контроля герметичности - обнаружить водород в натрии на стадии микротечей, когда концентрация водорода на превышает одной десятимиллионной весовой доли.

Одним из известных методов контроля водорода является способ измерения концентрации водорода по а.с. 1713882, предполагающей пропускание водородосодержащей газовой смеси над поверхностью диффузионной мембраны, избирательно проницаемой только для водорода, с последующей передачей прошедшего через мембрану водорода к датчику в потоке инертного газа-носителя, а водородосодержащая газовая смесь перед подачей к мембране разбавляется парами воды.

Этот метод не может быть применен для контроля содержания водорода в контурах с жидким натрием, т.к. в этом случае в натрии будет образовываться дополнительный водород за счет введенных в натрий паров воды, а изначально постановка задачи предполагает именно контроль микротечи паров воды через микронеплотности стенки теплообменника натрий-вода.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу определения концентрации водорода является способ контроля водорода, реализованный в устройстве для контроля герметичности по а.с. 903722. Это устройство содержит вакуумную камеру с водородопроницаемой мембраной, погруженной в контролируемую среду - жидкий натрий. Внутренняя часть вакуумной камеры непрерывно вакуумируется магниторазрядным насосом. При этом величина тока, потребляемого магниторазрядным насосом от источника питания, пропорциональна потоку водорода через водородопроницаемую мембрану, а поток водорода, в свою очередь, пропорционален концентрации водорода в натрии, связанной с количеством попавшей в натрий воды, т.е. величиной течи.

Недостатком этого способа измерения концентрации водорода является свойственная магниторазрядным насосам молекулярная откачка, когда часть молекул водорода сорбируется электродами магниторазрядного насоса без предварительной ионизации под действием электрического и магнитного полей магниторазрядного насоса с образованием ионов водорода, движение которых и создает ток магниторазрядного насоса.

Таким образом, при наличии молекулярной откачки уменьшается ток магниторазрядного насоса, причем степень этого уменьшения не является постоянной, соответственно требуется периодическая градуировка системы контроля потока водорода путем дозирования в натрий известных количеств водорода и контроля соответствующих им величин тока магниторазрядного насоса.

Для устранения недостатков, присущих прототипу, предлагается способ определения концентрации водорода, при котором на вакуумной камере дополнительно устанавливают вакуумметр, фиксируют ток магниторазрядного насоса, соответствующий текущей концентрации водорода, после этого выключают источник питания магниторазрядного насоса на время, достаточное для натекания водорода в вакуумную камеру до достижения равновесного давления, по которому вычисляют концентрацию водорода, вновь включают питание магниторазрядного насоса и сравнивают зафиксированное значение тока с вычисленной концентрацией водорода.

Предложенный способ определения концентрации водорода поясняется схемой, приведенной на рис.1.

Контролируемая среда - натрий с растворенным в нем водородом из трубопровода 1 через теплообменник - рекуператор 2 подается к водопроницаемой мембране 6. Движение натрия в рекуператоре 2 осуществляется за счет разности давления между входным отверстием 3 и выходным отверстием 4 рекуператора 2, а разность давлений возникает из-за динамического торможения потока натрия, движущегося со скоростью V, у выступающей в трубопровод 1 части рекуператора 2. Для подогрева натрия до рабочей температуры снаружи рекуператора 2 намотан электрический нагреватель 5. Водородопроницаемая мембрана 6 сообщена с вакуумной камерой 7, соединенной с магниторезонансным насосом 8 и вакуумметром 9. Питание магниторазрядного насоса 8 высоким напряжением и контроль тока магниторазрядного насоса 8 производится источником питания 10, на который подается сетевое питание через выключатель 11. При выключенном сетевом питании в камере 7 по истечению определенного времени устанавливается равновесное давление водорода, равное давлению водорода в трубопроводе с жидким натрием 1.

Экспериментально получена зависимость равновесного давления от концентрации водорода

,

где PH2 - равновесное давление водорода в натрии, мм рт.ст. (Торр);

C - концентрация водорода в натрии в миллионных долях по весу (ррм).

При включенном выключателем 11 сетевом питании источника питания 10 последний преобразует сетевое напряжение в высоковольтное напряжение постоянного тока, подаваемое на магниторазрядный насос 8. Ток магниторазрядного насоса 8, потребляемый от источника питания 10 при установившимся режиме, пропорционален потоку водорода из трубопровода с натрием 1 через мембрану 6 в вакуумную камеру 7. При этом в камере 7 устанавливается низкое давление, практически вакуум, а ток магниторазрядного насоса 8, контролируемый источником питания 10, будет пропорционален концентрации водорода в трубопроводе с натрием 1. Если выключателем 11 отключить сетевое питание источника питания 10, магниторазрядный насос 8 прекращает откачку, в камеру 7 через мембрану 6 происходит натекание водорода до равновесного давления в соответствии с формулой (1). После завершения натекания фиксируют установившееся равновесное давление вакуумметром 9 и сравнивают его с током магниторазрядного насоса 8 до выключения сетевого питания. Таким образом, устанавливают соответствие тока магниторазрядного насоса 8 концентрации водорода в трубопроводе с натрием 1.

После этого выключателем 11 вновь включают измерительный блок 10 на постоянный режим работы до следующей контрольной градуировки. Аналогично проводят градуировку измерительного блока 10 с магниторазрядным насосом 8 при других концентрациях водорода в контролируемой среде.

В предлагаемом способе контроля концентрации водорода вакуумметр 9 используется в качестве эталонного средства, но только в течение короткого отрезка времени, составляющего десятки секунд - единицы минут после предшествующего вакуумирования камеры 7 магниторазрядным насосом 8. При длительном отключении магниторазрядного насоса 8 давление в вакуумной камере 7 будет определяться не только натеканием водорода до равновесного давления, но и натеканием газа из конструкционных материалов и через микронеплотности вакуумной системы, поэтому вакуумметр 9 нельзя использовать в качестве единственного средства контроля концентрации водорода в течение длительного времени.

В предложенном способе контроля взаимно нейтрализуются недостатки магниторазрядного насоса 8 и вакуумметра 9 как средств измерения концентрации водорода.

Предложенный способ при его реализации на АЭС может обеспечить надежный контроль герметичности теплообменников и позволяет упростить процедуру периодической градуировки систем контроля концентрации водорода в натрии.

1. Способ определения концентрации водорода устройством с магниторазрядным насосом, подключенным к источнику питания и сообщенным с вакуумной камерой, отделенной от контролируемой среды водородопроницаемой мембраной, отличающийся тем, что на вакуумной камере устанавливают дополнительно вакуумметр, при включенном источнике питания магниторазрядного насоса фиксируется ток магниторазрядного насоса, после этого питание магниторазрядного насоса выключают на время, достаточное для достижения равновесного давления в вакуумной камере, по показаниям вакуумметра фиксируют равновесное давление, по которому вычисляют концентрацию водорода и вновь включают питание магниторазрядного насоса на постоянный режим работы, а соответствие тока магниторазрядного насоса концентрации водорода устанавливают путем их сравнения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сравнение тока насоса с вычисленной концентрацией водорода производят при различных концентрациях водорода в рабочем диапазоне и по полученным результатам строят градуировочную характеристику зависимости тока насоса от концентрации водорода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области контроля за эксплуатацией технологического или иного оборудования, установленных в помещениях с притоком воздуха, например на АЭС, и направлено на повышение надежности и информативности измерений, что обеспечивается за счет того, что устройство для детектирования течей пароводяной смеси из трубопровода, установленного в помещении, снабженного притоком воздуха, включает датчик, регистрирующий значение относительной влажности в контролируемом помещении, соединенный с устройством обработки информации, при этом устройство дополнительно содержит лазерный датчик аэрозолей субмикронного размера, регистрирующий счетную концентрацию и размеры частиц аэрозолей, снабженный пробоотборной трубкой, входной конец которой установлен в точке выхода воздуха из контролируемого помещения, выход лазерного датчика аэрозолей соединен со входом устройства обработки информации, причем устройство обработки информации дополнительно содержит блок сравнения величины текущего сигнала лазерного датчика аэрозолей с базой данных и блок вычисления корреляций между значениями относительной влажности, счетной концентрации и размерами частиц аэрозолей в воздухе контролируемого помещения, также соединенный с блоком сигнализации.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для испытаний герметичности шаровых кранов запорно-регулирующей арматуры магистральных газопроводов в трассовых условиях.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при испытании затворов запорных арматур нефтепроводов на герметичность. .

Изобретение относится к области испытательной техники и предназначено для испытаний изделий космической техники на герметичность, кроме того, может найти применение в таких областях техники, как газовое и атомное машиностроение, авиационная промышленность.

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на уменьшение времени и трудоемкости испытаний трубопроводного участка, что позволит сократить затраты на его строительство, реконструкцию и ремонт.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля неповоротных цилиндрических деталей, в частности трубопроводов, и направлено на упрощение конструкции устройства, увеличение скорости сканирования при сохранении точности и надежности контроля, что обеспечивается за счет того, что устройство содержит блок контрольно-измерительной аппаратуры, дистанционного управления и обмена данными и механизм перемещения по винтовой траектории, обеспечивающий возможность изменения направления движения.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при опрессовке колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). .

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано во многих отраслях промышленности, связанных с использованием газообразных материалов, таких как газ или пар.

Изобретение относится к устройству для заправки топливом системы топливных баков воздушного судна и к способу заправки, в частности, во время проведения испытания топливных баков на герметичность.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано при испытаниях на герметичность систем ракетно-космической техники, содержащих в процессе штатной эксплуатации в ампулизированном состоянии рабочие жидкости, а также может найти применение в тех областях техники, где предъявляются высокие требования к надежности изделий по параметру «герметичность».

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для определения значения негерметичности агрегатов при воздействии вибрации, в том числе при резонансах его подвижных элементов, и направлено на повышение точности определения значения негерметичности агрегатов, что обеспечивается за счет того, что определяют негерметичность с использованием показаний датчика перепада давления, при этом согласно изобретению момент начала работы датчика перепада давления и момент начала работы программы вибростенда по вибровоздействию на агрегат синхронизируют по времени, выбирают показания перепада давления в условиях изменения перегрузок от начала и до конца повышения давления и судят о негерметичности агрегата по величине расхода газа, используя для определения расхода газа среднее значение его в диапазоне виброперегрузок за выбранный промежуток времени

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА)

Изобретение относится к области контрольно-испытательной техники и может быть использовано в фармацевтической, медицинской, микробиологической промышленности, в частности при испытаниях асептических объектов с повышенными требованиями к воздухопроницанию их ограждающих строительных конструкций (ОСК), что обеспечивается за счет того, что используют обслуживающие данную полость замкнутого герметизированного контура (ПЗГК) приточную и вытяжную вентиляционные системы, при этом при отключенной вытяжной вентиляционной системы и закрытом ее запорно-регулирующем устройстве (ЗРУ) создают вентилятором приточной вентиляционной системы предельно допустимое избыточное давление в ПЗГК, регулируя величину избыточного давления, после чего замеряют объемные скорости воздушного потока, поступающего в ПЗГК воздуховода данной приточной вентиляционной системы, и воздушного потока, поступающего из ПЗГК, причем величина фактического удельного воздухопроницания одного м2 ОСК ПЗГК при предельно допустимом, избыточном давлении в ПЗГК не должна превышать величину расчетного удельного воздухопроницания одного м 2 ОСК при вышеуказанном предельно допустимом избыточном давлении в ПЗГК, а величину фактического удельного воздухопроницания одного м2 ОСК при предельно допустимом избыточном давлении в ПЗГК и расчетную удельную воздухопроницаемость одного м2 ограждающих строительных конструкций полости замкнутого герметизированного контура при предельно допустимом избыточном давлении в ней определяют описанном в пунктах формулы образом

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на создание простого и безопасного для операторов, работающих в герметично изолированных от внешних сред обитаемых помещениях, оперативного способа определения местонахождения негерметичного участка гидравлической магистрали системы терморегулирования объекта после установления факта негерметичности, что обеспечивается за счет того, что при осуществлении способа определения местоположения негерметичного участка замкнутой гидравлической магистрали, снабженной побудителем расхода и гидропневматическим компенсатором температурного изменения объема рабочего тела, снижают давление среды в газовой полости гидропневматического компенсатора до уровня стабилизации этого давления в пределах погрешности измерения

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для измерения негерметичности изделий, работающих под избыточным давлением

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для измерения негерметичности изделий, работающих под избыточным давлением

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях полостей устройств авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники
Наверх