一种氦净化设备再生压力监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种监测装置，尤其是涉及一种氦净化设备再生压力监测装置。


背景技术：

2.高温气冷堆示范工程(以下简称htr
‑
pm)在正常运行期间为减小对燃料元件、石墨和其它结构材料的腐蚀，满足htr
‑
pm在正常运行条件下对反应堆冷却剂氦气的纯度要求，控制氦气中化学杂质的水平，因此设置了氦净化系统，用以去除氦中的有害化学杂质(h2o、o2、co2、co、h2、ch4、n2等)、氚以及固态颗粒(主要是石墨粉尘)。
3.htr
‑
pm氦净化系统正常净化列由尘埃过滤器、电加热器、氧化铜床、管道过滤器、中温氦/氦热交换器、水/氦冷却器、正常气/水分离器、分子筛床、低温氦/氦热交换器、低温吸附器以及隔膜压缩机等组成。如下图1所示。反应堆正常运行期间，氦净化系统从反应堆一回路冷却剂的高压端(一回路主氦风机出口)引入待净化的氦气，进入净化列中的尘埃过滤器，去除固态颗粒杂质，后面的电加热器可调节加热器功率，把氦气加热到250℃后送入氧化铜床，在氧化铜床中，氦气中的co和h2被氧化成co2和h2o、少量氧气与其中的金属铜粒反应生成cuo而被去掉。氦气通过中温氦/氦热交换器、水/氦冷却器被冷却到10℃后，在气/水分离器中留下冷凝水，然后流过分子筛床时所含的co2和h2o被吸附。在分子筛床的前后监测水和二氧化碳的浓度。离开分子筛床的氦气流经低温氦/氦热交换器降温后进入低温吸附器，氦气中的n2、ar、ch4、以及kr和xe的同位素等在低温下被低温吸附器中的活性炭吸附。此后，干净的氦气经低温氦/氦热交换器和中温氦/氦热交换器回热后回到一回路。在反应堆正常运行期间，氦气在正常净化列中的流动由一回路主氦风机驱动。
4.在反应堆启动前和在役检查、维修之后，同样可以从一回路引入氦气进行净化处理，这时的氦气净化流由净化列中的隔膜压缩机驱动，氧化铜床前面的电加热器可把氦气从较低温度升至250℃。
5.氦净化列1(0kbe10)或净化列2(0kbe20)连续工作一段时间后，净化设备的吸附剂和转化剂会达到工作饱和状态而丧失净化功能，就需要用氦净化再生系统(0kbh)再生该净化列，以恢复其净化功能。氦净化再生系统只有一个，对两个净化列的再生需依次进行。0kbh的功能是对0kbe的净化设备进行再生，包括对一列正常净化列的净化设备依次进行再生和仅对某列单个净化设备的再生。氦净化列的净化设备和再生列有相应的接口进行连接。
6.氦净化设备的再生，就是氦净化再生系统提供加热的氦气去加热氦净化设备，使净化设备中的吸附剂解吸，转化剂复原，恢复其净化能力的工艺过程。氧化铜床中的铜需加热、加氧使之氧化成氧化铜，而分子筛床和活性炭吸附剂，需加热解吸。净化设备的工艺不同，其再生也依序进行。氦净化再生系统流程简图如下图2所示。
7.在整个氦净化系统回路中，包含氧化铜床、分子筛床、低温吸附器三个主要设备段，目前在这三个设备段中只存在一种压力监测装置即真空计，真空计用于在净化设备处于再生流程时，在净化设备再生结束后对氧化铜床、分子筛床、低温吸附器分别抽真空时使
用。在这三个设备段中，真空计分别位于氧化铜床、分子筛床、低温吸附器之后的相邻的管段上，用以指示设备抽真空时的压力。
8.在当前的氦净化系统设计中，氦净化系统回路中仅有一个正压变送器，一旦该处仪表失效，将无法监视氦净化系统的压力。同时，在氦净化设备单独再生时，在各设备单独隔离后的泄压以及充氦气过程等流程，系统无法监视各设备再生运行压力。尤其在再生顺控流程执行中，由于缺少系统设备运行压力，逻辑流程无法自动完成。
9.高温气冷堆示范工程一回路工作压力为7.0mpa，一回路冷氦温度250℃，氦净化系统正常运行时与反应堆一回路相连通，其工作压力与一回路系统的压力相一致，进口温度与一回路冷却剂冷端温度相同。
10.目前，高温气冷堆的氦净化系统两列各设置有10处压力测点分别为两座反应堆服务，以正常净化1列为例，其中5个为差压变送器，3个为真空计，剩余两个氦净化系统回路中0kbe10cp003和0kbe10cp004为正压力变送器，但0kbe10cp004为测量低温吸附段液氮贮槽的压力，其测量范围为0
‑
0.4mpa(g)，故只有0kbe10cp003测量整个氦净化系统的回路压力，其测量范围为0
‑
10mpa(g)，测点位置在汽水分离器后、分子筛床前(不在分子筛床隔离再生的回路中)。该处仪表如果失效，将导致整个净化回路无法进行监测和控制。
11.在各氦净化设备再生过程中，涉及正常净化列的隔离和泄压、氧化铜床、分子筛床、低温吸附器的分别隔离再生。再生前，在正常净化列隔离和泄压时，氧化铜床和分子筛床需隔离泄压至约0.6mpa，而低温吸附器需单独泄压至约0.22mpa，低温吸附器单独泄压的压力在隔离后无法进行监视和控制(在设备单独隔离后无法使用0kbe10cp003进行回路的压力监测)。当氦净化设备单独隔离后，再生流程存在先接入氦净化再生系统联通排平的过程，各净化设备侧缺少了可以用于压力比较的测点，功能无法实现。再生后需对再生设备排气降压及后续的隔离充氦气的过程中，无法监测净化设备隔离段的压力变化。同样，在低温氦/氦热交换器的吹扫流程中，也需要根据低温吸附段的压力进行流程控制和监视。
12.目前，系统中氧化铜床、分子筛床、低温吸附器三台净化设备的压力测点处各有一台真空计，其量程范围为0.01pa～0.1mpa，只能在氦净化设备抽真空流程中使用，无法监测和参与对比常压以上的压力变化(压力范围应涵盖0.1～8.1mpa的全部范围)。氦净化系统各设备再生自动顺控逻辑流程中也是均以真空计指示来判断上述流程，真空计的指示并无实际参考意义。
13.在当前的氦净化系统设计中，氦净化系统回路中仅有一个高于常压的变送器0kbe10/20cp003，其位于气/水分离器后，分子筛床之前。一旦该处仪表失效，将无法监视氦净化系统的压力。同时，在氦净化设备单独再生时，在单独隔离后，无法监视设备段运行压力。尤其在再生顺控流程执行过程中，由于缺少系统设备压力，逻辑流程无法自动完成。


技术实现要素：

14.本实用新型目的是为了对氦净化系统各设备段压力进行有效的监测和控制，以指导氦净化系统各设备再生过程、各设备单独隔离泄压以及充氦气过程、并实现各净化设备的逻辑控制流程等，同时应用于氦净化系统各段的分段检漏等。
15.其技术方案如下：
16.氦净化设备再生压力监测装置，包括氦净化系统回路中的氧化铜床、分子筛床、低
温吸附器，其特征为：在所述氧化铜床、分子筛床、低温吸附器的真空计处各增加一个压力监测装置，并与真空计共用取源点和仪表根阀；所述压力监测装置通过数据总线与监控中心连接。
17.优选为：所述压力监测装置为压力变送器。
18.优选为：所述氦净化系统包括两列正常净化列，两列所述正常净化列增加6个压力测点。
19.优选为：所述真空计和压力变送器通过三通管件与真空引压管连接实现不同工艺流程控制使用。
20.优选为：所述氧化铜床从氦净化系统回路中隔离出来，使氧化铜床和氦净化再生系统联通充气，在此期间，所述压力监测装置监测氧化铜床的压力和氦净化再生系统的压力相排平。
21.优选为：所述压力监测装置监测再生后氦净化系统的氧化铜床的排气压力，通过氧化铜床和氦净化再生系统相隔离分别进行抽真空、氧化铜床接入净化列充氦气等。
22.优选为：所述分子筛床的再生过程需要所述压力监测装置监测隔离后分子筛床段的压力，同时应用所述压力监测装置对分子筛床再生阶段和再生之后的排气和充气过程进行监测。。
23.优选为：再生前，在正常净化列隔离和泄压时，氧化铜床和分子筛床隔离泄压至约0.6mpa，而低温吸附器需单独泄压至约0.22mpa。
24.优选为：当低温吸附段在氧化铜床和分子筛床再生期间是被隔离和封闭着的，在加热再生前，通过所述压力监测装置监测污染废氦气排往废气贮存罐，并排压至≤0.1mpa，通过所述压力监测装置监测低温吸附段的再生过程，并用于低温吸附段再生后的排气和接入净化列的充氦气等过程。。
25.优选为：在低温氦/氦热交换器单独加热吹扫时，所述压力监测装置用于监视低温氦/氦热交换器单独从氦净化系统中隔离出来的压力。并应用于低温氦/氦热交换器的加热吹扫后的排气、抽真空和充氦过程。
26.有益效果：
27.1)在氦净化系统中如果氦净化列0kbe10/20cp003失效，可以利用该氦净化设备再生压力监测装置对各设备段进行压力监测和控制，避免氦净化系统回路失去监测。对单列氦净化系统来说，可利用四台压力变送器分析出每段氦净化设备的压力损失变化，判断可能发生的系统泄漏或设备失效，对于防止放射性气体泄漏有一定的指导意义；
28.2)在净化列再生前需要泄压，以及在再生过程中监测和控制各设备段压力，依据现有的设计各设备段只有一个真空计，不能用以指示系统压力，采用该氦净化设备再生压力监测装置可以有效保证氦净化再生的进行；
29.3)在氧化铜床、分子筛床、低温吸附器再生后，需要将再生气体进行排放接近至常压，再将再生气体抽真空，抽真空之后需要连接氦净化系统或氦供应系统进行充气。在以上流程中，同样需要监测各净化设备的压力，采用该氦净化设备再生压力监测装置可以保证氦净化系统各设备恢复至可用状态。
附图说明
30.图1是现有技术中氦净化系统(1列)流程示意图。
31.图2是现有技术中氦净化再生系统流程示意图。
32.图3是本实用新型氧化铜床处压力测点(0kbe10cp007为真空计)图。
33.图4是本实用新型分子筛床处压力测点(0kbe10cp008为真空计)图。
34.图5是本实用新型低温吸附器处压力测点(0kbe10cp009为真空计)图。
35.图6是本实用新型测点0kbe10cp007处，增加测点0kbe10cp011图。
36.图7是本实用新型测点0kbe10cp008处，增加测点0kbe10cp012图。
37.图8是本实用新型测点0kbe10cp009处，增加测点0kbe10cp013图。
38.图9是本实用新型测点0kbe20cp007处，增加测点0kbe20cp011图。
39.图10是本实用新型测点0kbe20cp008处，增加测点0kbe20cp012图。
40.图11是本实用新型测点0kbe20cp009处，增加测点0kbe20cp013图。
41.图12 0kbe10cp007测点增加压力变送器示意图。
42.图13 0kbe10cp008测点处增加压力变送器示意图。
43.图14 0kbe10cp009测点处增加压力变送器示意图。
44.图15 0kbe20cp007测点处增加压力变送器示意图。
45.图16 0kbe20cp008测点处增加压力变送器示意图。
46.图17 0kbe20cp009测点处增加压力变送器示意图。
具体实施方式
47.为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
48.本实用新型提供一种氦净化设备再生压力监测装置，拟在氦净化系统回路氧化铜床、分子筛床、低温吸附器三个净化设备处各增加一个正压的压力变送器以实现对各设备段压力的监视和控制。目前各净化设备
‑
氧化铜床、分子筛床、低温吸附器三处各有一台真空计，用于抽真空流程时使用，在这三个主要设备处的真空计处增加3个压力测点，并与已有的真空计共用取源点和仪表根阀，故需在真空计处增加压力变送器的部分为优化系统改造和便于实施，在真空引压管处引出三通管件分别接出真空计和压力变送器，实现不同工艺流程控制使用。由于高温气冷堆是“两堆带一机”，相应的氦净化系统也是两列正常净化列，所以两列共需增加6个压力测点。
49.下面针对本实用新型具体阐述氧化铜床、分子筛床、低温吸附器三个净化设备再生过程以及低温氦/氦热交换器的单独加热吹扫工作过程：
50.1、氧化铜床的再生过程
51.在氧化铜床再生过程中，首先将氧化铜床从氦净化系统中隔离出来，使氧化铜床和氦净化再生系统联通充气。在此期间，需要监测氧化铜床段的压力和氦净化再生系统的压力相排平，需利用增加的氧化铜床处的压力监测装置进行监视。随后向氧化铜床通入约80℃的氦气流过氧化铜床，并在床进口连续定量的注入氧气，使床中的铜被氧化成氧化铜。
52.为防止氧化铜床中存有较多量的存余氧气，需要把再生氦气排掉，此时需监测氦净化氧化铜床的排气压力。随着氧化铜床和氦净化再生系统相隔离分别进行抽真空(切换
至真空表)、氧化铜床接入净化列充氦气等，完成氧化铜床的再生过程。
53.2、分子筛床的再生
54.氦净化系统分子筛床再生是在从正常净化列隔离并接入再生系统，形成闭合的再生回路后进行。此时分子筛床和氦净化再生系统进行了排平，需监测隔离后分子筛床段的压力。氦净化系统分子筛床再生运行时的氦气流动方向与净化运行时的氦气流动方向相反。
55.分子筛床的再生将分两个阶段进行：
56.(1)水的冷凝和分离运行
57.再生氦气由并联的两台隔膜压缩机驱动，依次流过再生系统氦气电加热器、氦净化系统分子筛床、再生系统水/氦冷却器、气/水分离器和辅助分子筛床后，回到隔膜压缩机进口。
58.这是用电加热器加热氦气对分子筛床的缓慢加热过程。在加热过程中，分子筛吸附的h2o和少量co2被解吸释放到流过的氦中，过饱和的h2o被冷凝并在后面的气/水分离器中被分离。未冷凝分离的含氚废水被辅助分子筛床吸附。
59.在此过程中需全程监测分子筛床设备段的压力，保证再生的效果。
60.(2)氦净化系统分子筛床排气和抽真空
61.停止加热运行(加热器停电，隔膜压缩机停运)后，氦净化系统分子筛床和再生回路中热的再生废氦气，从氦辅助系统的抽真空系统旁路排掉，此时需利用监测装置监视分子筛床段的压力。
62.接着用上述的排气通道，开始抽真空，切换至真空表进行监视。紧接着利用氦净化系统为分子筛床充入一定量的氦气，此时需监视分子筛床段的分压力。氦净化系统分子筛床再生完成。
63.3、低温吸附器(活性碳床)的再生
64.浸泡在液氮槽液氮中的活性碳床连同液氮槽，被统称为低温吸附器，活性碳床是固定吸附剂床，而容纳活性碳床的液氮槽只是用来保证活性碳吸附剂的低温工作条件。低温吸附器的再生即吸附剂活性碳的再生。低温吸附器与其上、下游的低温氦/氦热交换器相通而不能隔离，因此净化和再生运行时，可把它们作为整体称作“低温吸附段”。
65.待再生的氦净化系统被隔离、排气时，已先使整个氦净化系统被排气至0.6mpa，低温吸附段排气至≤0.22mpa，此时由于低温吸附段已被隔离，在该段中只有一个真空计，无正的压力变送器监测装置，此时需利用再生监测装置进行有效监视和控制。
66.0kbe活性碳床加热再生流程描述如下：
67.低温吸附段在氧化铜床和分子筛床再生期间，是被隔离和封闭着的，在加热再生前，需按序把污染废氦气排往废气贮存罐，排压至≤0.1mpa，此时该段只有一个真空计，需利用增加正的压力变送器进行监测。
68.再打开相关阀门与氦净化再生系统形成闭合的低温吸附段(包括活性炭床和低温氦/氦热交换器)再生回路。低温吸附段与kbh相连成闭合再生回路后，就可进行加热再生运行。氦净化系统活性炭床再生运行时的氦气流动方向与净化运行时的氦气流动方向相反。
69.再生过程结束后，启动抽真空系统，对氦净化系统的活性碳床抽真空后，从氦净化系统的上游往该低温段充氦气至平衡即可，在此过程中同样需监视氦净化低温吸附段的压
力。结束低温吸附床再生的再生运行。
70.4、低温氦/氦热交换器的单独加热吹扫
71.离开分子筛床的正常净化氦气流中，会含有很少量的杂质h2o和co2，它们流过低温氦/氦热交换器时，会随着温度的降低而冷冻积聚在外环形流道的内换热壁面上，它们会降低低温氦/氦热交换器的换热效率。因此在低温氦/氦热交换器设计时，应适当加大流道以免发生流道堵塞，但在杂质h2o和co2相对多(反应堆运行初期)的某些条件下，仍会有发生流道冻堵的可能。
72.因此，除了在低温吸附床再生时可同时对低温氦/氦热交换器进行加热吹扫外，还需在发生流道冻堵时可单独对低温氦/氦热交换器进行加热吹扫。
73.低温氦/氦热交换器的加热吹扫过程描述如下：
74.把待加热吹扫的低温氦/氦热交换器(连同低温吸附床)从净化列上隔离开，通过抽真空系统排气，此时低温氦/氦热交换器已从氦净化系统中隔离出来，无正的压力监测装置进行监视，在增加正的压力变送器后，便可在低温热交换器单独隔离后执行相应的压力监测功能。
75.随后接通并运行氦净化再生系统，用通过低温氦/氦热交换器内管流道的热氦加热低温氦/氦热交换器，使被堵塞的外环形流道熔通。随后进行排掉相应的废气，氦净化系统低温氦/氦热交换器与再生系统隔离，结束低温氦/氦热交换器的加热吹扫。氦净化再生系统进一步排气、抽真空和充氦回到备用状态。
76.在氦净化系统的控制流程中，针对于氦净化列的隔离和泄压流程、各氦净化设备的再生流程和低温氦/氦热交换器的吹扫流程等，需要监测氦净化设备所在管线的压力值，压力测点的具体位置为氧化铜床出口、分子筛床出口和低温吸附器出口。目前，上述三处位置设置的压力测量仪表为真空计，其量程范围为1.0
×
10
‑2～1.0
×
105pa，只能在氦净化设备抽真空流程中使用，无法在压力大于0.1mpa的工况下用于监测压力。
77.另外，当氦净化系统中如果0kbe10/20cp003失效，可以利用新增加的三台压力变送器进行各设备段进行压力监测和控制，避免氦净化系统回路失去监测。同时利用四台压力变送器可以分析出每段氦净化设备的压力损失变化。在氦净化系统出现泄漏之后，通过分段隔离具体的净化设备(每段设备均有各自的前后电动隔离阀)，并通过对比新增加的压力变送器的示数变化，进一步判断系统中泄漏的位置，及时隔断泄漏源。
78.因此，为确保各工况下针对压力参数进行有效的测量，采用一种氦净化设备再生压力监测装置，即在氦净化系统1列和2列的氧化铜床出口、分子筛床出口、低温吸附器出口处分别增加1个压力变送器，并将压力值监测信号送入dcs进行监控，以满足各工况下的压力监测要求。
79.拟增加的6个压力变送器数据为：
80.表1新增加的6个压力变送器数据表
[0081][0082]
其具体实施位置为测点0kbe10cp007(氦净化系统1列氧化铜床)处，增加测点0kbe10cp011；测点0kbe10cp008(氦净化系统1列分子筛床床)处，增加测点0kbe10cp012；测点0kbe10cp009(氦净化系统1列低温吸附器)处，增加测点0kbe10cp013；测点0kbe20cp007(氦净化系统2列氧化铜床)处，增加测点0kbe20cp011；测点0kbe20cp008(氦净化系统2列分子筛床床)处，增加测点0kbe20cp012；测点0kbe20cp009(氦净化系统2列低温吸附器)处，增加测点0kbe20cp013。
[0083]
本实用新型涉及增加6台压力变送器，具体安装执行方式为在真空计探头上游仪表管增设“承插式三通管接头”，通过仪表管连接至新增的压力变送器，修改后增加焊口并100％pt检测，不需要再进行打压和氦检漏。
[0084]
以0kbe10cp011
‑
b01(氦净化系统1列氧化铜床处新增压力变送器)为例，在真空计探头上游仪表管上增设“承插式三通管接头”，通过仪表管连接至就地仪表安装框架上固定的压力变送器0kbe10cp011
‑
b01，需增加焊口m03～m06，新增的焊口中承插焊焊口进行分层100％pt，pt合格标准按nb/t 20003.4的1级焊接接头，对接焊口进行100％rt，rt合格标准按nb/t 20003.3的1级焊接接头，焊后不再进行仪表管打压和氦检漏。增加后的局部图如图12所示。
[0085]
其中，1tubetrijoint
‑
s14为三通承插式管接头，1th1
‑
01为变送器就地安装框架，0kbe10cp011
‑
b01为非核级压力变送器。
[0086]
其余压力变送器安装装置依次类推，分别如图13
‑
17所示。
[0087]
综合上述，根据氦净化系统的流程设计，在氧化铜床、分子筛床、低温吸附器之后的相邻的管段上各装有3个真空计，但只是用以指示设备抽真空时的压力。为改变上述工艺流程存在的缺陷，拟采用一种氦净化设备再生压力监测装置，在氦净化系统回路氧化铜床、分子筛床、低温吸附器三个设备段处各增加一个正压的压力变送器，并将采集的压力信号通过数据集总线上传到监控中心以实现对各设备段压力的监视。
[0088]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。