CN1058484A - 用于对容纳潜在性危险气体的容器中压力监测的装置及方法 - Google Patents

Abstract

对容纳放射性物质的容器(5)中的压力进行监测 的装置(1)及其方法，该装置(1)包括一个差压压力传 感器(55)，用以直接地监测容器(5)中容纳的氦气的 压力，并在氦气与外界大气之间提供第一屏障。一个 真空传感器室(35)，用以在氦气与外界大气间提供第 二屏障，以及作为差压压力传感器(55)的真空参照 点。一个绝对压力传感器(56)，用以确定是否差压压 力传感器(55)测量压力值的下降是由容器(5)中、或 是由真空传感器室(35)中的泄漏状态引起的。

Description

本发明总的涉及压力监测装置，具体是涉及用于对容纳潜在性危险气体的容器中压力监测的装置及方法。

用于监测通常放置在用于储存或运输放射性物质的容器中氦气压力的装置是在现有技术中公知的。这种装置的主要目的之一是当出现了可能使这种容器中容纳的加压氦气漏到外界大气中的泄漏状态发生时，产生出一警报信号。为什么负责维修与操作这种容器的人员想立即地得知这种泄漏状态是有多种原因的。首先，虽然氦气本身是无害的，但这种气体的泄漏可能带出许多微小的放射性粒子，后者又可能引起放射性危害。其次，这种容器对其中分布的放射性同位素的衰变所产生的热的耗散能力会受到该种容器中氦气损失的影响，因为氦气是远比空气好的导热介质。第三，容器中氦气的损失可能意味着外界空气进入了容器内部，由于空气中氧的成分，它具有潜在的腐蚀力。更坏的是，氦气压力的损失意味着容器密封的损坏或是容器壁整体性的损失，这可能会让水进入容器内部，这样又会使容器中放射性物质衰变产生的热中子总数目增加。在最坏的情况下，大量热中子总数目的出现可能引起放射性同位素产生出更多数量的热，后者又会使水蒸发成蒸气并破坏容器壁，由此引起大量放射性物质的泄漏。因此，要避免上述一个或多个不利后果的话，在这种容器中设置的压力监测装置其安全与可靠的操作是绝对重要的。

在一种现有技术的压力监测装置中，通常在盖住容器的内部及外部盖之间的空间被加压到比容器内部的氦气更高的压力。这个加压空间与一个差压开关相连接，它监测容器中气体与该空间中气体的压力差。第二个开关监测在内及外盖之间的加压空间中的压力，并用来确定容器内部与加压空间之间的差压的变化是否是由容器内部与外界空气间密封的泄漏，或是由加压空间与外界空气间密封的泄漏引起的。

虽然这种现有技术的监测装置能够完成它们预期的目的，但本申请人注意到在这些装置设计中仍有许多方面是值得改进的。例如，为了能得以接近这些特殊的压力监测装置，容器本身的盖必须完全地卸下。这种盖的拆卸不仅是麻烦的，这是由于盖的尺寸及重量大并且使用了大量螺栓将其固定在容器上，而且还会产生放射性危害，这是由于它会引起放射性物质曝露在外界大气中。因此，只要当这种现有技术中的一种压力监测装置成为必须进行维修操作或必须更换部件时，该容器必须被移到一个密封区域中，拆下重盖，分布在其内部的放射性物质必须被取走;或者维修或更换操作必须遥控地进行，通过使用机器人工具，以使得维修人员不曝露在有潜在性危害的辐射线中。在这种现有技术压力监测装置的设计中仍具有另一缺点;一旦容器密封后，不具有切实的方法来检测压力传感器的工作特性，或者是当这些传感器指示出发生了泄漏状态时，没有切实的方法确认两种压力传感器产生的压力读数的可靠性。因此，如果由于它们整定工作点的偏移或是另外故障使一个或多个压力开关产生出误泄漏信号，将会使整个容器投入某种不必要的及昂贵的修理操作。这种现有技术压力监测装置设计中的第三个缺点是：无论那种压力开关都不能对容器内部的加压氦气的真实压力作出直接的测量。缺少任何这种直接测量又对这些压力开关的压力读数的可靠性产生副作用。

显然，本发明的主要目的是在于提供一种改进的压力监测装置，它在万一必须修理或维护操作的情况下易于接近，并且对容器的屏蔽效能基本上无副作用。最好，在该装置操作的任何时间，该压力监测装置的读数能很快地检验，并能在万一产生指示泄漏状态的信号时，该读数能被进一步验证。最后，这样的装置能够直接地测量分布在容器中气体的压力，而不损坏容器中气体的密封，以使得装置的输出能尽可能的精确及尽可能的可靠。

为此目的，本发明涉及的对容纳潜在性危险气体容器中气体压力监测的装置，其特征在于：一个与所述容器中的孔的外端密封连接的差压传感器，该孔与所述气体相通，用来监测所述气体的压力并同时在所述气体与外界大气之间提供第一屏障;及一个传感器室，它密封地安装在所述容器的壁上，并包含所述孔的所述外端及所述压力传感器，用以在所述气体与外界大气之间提供第二屏障，其中所述室至少部分地被抽真空，以在室与外界大气之间建立一个压力差。

本发明的方法是涉及用以确定由压力监测装置检测的泄漏状态原因的方法，该压力监测装置同时包括一个差压传感器及一个绝对压力传感器，它们并列地与容器中所容纳的加压气体相连，并且均被一个传感器室所包围，该室至少部分地被抽真空，其中每个压力传感器提供一个测量压力的读出数，其特征在于以下步骤：在由差压传感器产生泄漏信号前，记录绝对压力传感器的压力读出数;及将在所述泄漏信号产生后的绝对压力传感器的压力读出数与所述先前的压力读出数相比较，以确定出是否所述信号是由所述容器的所述加压气体的泄漏引起的，或是由所述真空传感器室中进入外界大气的泄漏引起的。

具体地，本发明的装置包括与容器壁的一个穿孔外端密封连接的差压传感器，用于同时直接地测量有害气体的压力及在该气体与外界大气间提供第一屏障;以及一个真空传感器室，它包含穿壁孔的外端以及差压传感器，用以在该气体与外界大气之间提供第二屏障。更可取地，该装置还包括一个并列地连接到穿壁孔上的绝对压力传感器，在差压传感器指示发生泄漏状态的情况下，系统操作人员可以确定该测量的泄漏状态是否由容器中的泄漏状态，或由真空传感器室中的泄漏状态引起的。两种传感器均可开关。

真空传感器室的壁还包括一个测试接口，并且该装置还包括一个辅助压力传感器，它可拆卸地与该测试接口形成密封的连接，用于测量传感器室中的压力。这种通过测试接口的测量可能在这样的情况下作出：绝对压力传感器指示出由差压传感器测量的差压损失是由真空传感器室的泄漏引起的。这种直接的压力测量将确认出泄漏状态是由真空压力传感器室的泄漏引起的，或是指示出该泄漏状态是由差压传感器的失误引起的误报警。

为了使差压或绝对压力传感器的更换方便起见，该真空传感器室有一部分由一可拆卸的外盖构成。此外，差压及绝对压力传感器同时用一气体导管与上述容器壁上穿壁孔相连接，而该气体导管又至少包括一个隔离阀，用来在更换传感器操作时将穿壁孔与压力传感器进行隔离。作为在压力传感器更换操作成为必要的情况下的一个附加安全措施，该装置在上述隔离阀与差压传感器及绝对压力传感器共同输入端之间还包括一个排气组件。该排气组件可包括一个排气接口，及一排气阀，它与将隔离阀连接到差压及绝对压力传感器共同输入端上的气体导管段形成畅通的连接。

差压传感器及绝对压力传感器均产生相应于压力输出的电信号，该电信号通过导线传送，这些导线经过一个密封的电缆孔穿出真空传感器室的可拆卸的盖。这些导线又与一个电接线组件或插座相连接，后者安装在压力监测组件外壳中的孔中。一个带插销的输出电缆插在插座中，将差压及绝对压力传感器产生的电信号传输到相应的监测电路，该电路将这些信号转换成压力值，并且设有程序，当接收到指示泄漏状态的压力信号时产生出一个报警信号。

该装置提供了一个高度可靠性的系统，它的输出在该装置操作的任何时刻均可直接地及可靠地被确认，并且它的结构对于防止任何有害气体泄漏到外界大气中设置了多重安全设施。

由以下参照附图;以例子的形式对图示实施例的说明将会使本发明更加清楚明瞭。其附图为：

图1：一个用以存储与运输放射性物质的容器的侧视图，本发明的装置安装在该容器壁的最上端;

图2：图1中所示容器沿线2-2所视容器壁的部分平面图;

图3A：本发明装置的一个侧面的横截面图，用以表明该装置的外壳是如何安装在图1所示的容器壁的上部分上的;

图3B：图3A中所示装置沿线3B-3B所视的前视图，用以表明在壳的可拆卸内盖上安装的传感器组件的部件;

图4A：装设在由该装置壳的下部分确定的真空室中传感器组件的正视图;及

图4B：图4A中所示传感器组件沿线4B-4B所视的侧视图。

现在参照图1及2，本发明压力监测装置1的主要目的是监测用于存储与运输放射性材料的容器5的内部3中容纳的氦气的压力。这种氦气典型地被加压到约0.152MPa，是为了双重的目的：增强其中容纳的放射性物质衰变所产生的热量排出容器5的能力，及减缓容器内部3中腐蚀的出现。这种容器5一般包括一个圆柱形壁7，它的下部分9包括一个四周被焊接上的底板11，而其上部分13包括一个阶梯形边缘14用来接受一个盖件15。阶梯形边缘14上包含多个间隔均匀的栓孔16，用以在其中放置螺栓（未示出），从而保证盖件15与容器5的阶梯状边缘形成密封配合。虽然本发明的压力监测装置1可与任何运输及储存容器结合使用，但在本发明实例中所描绘的容器仅是一种外围带肋片的运输与存储容器，该类容器在题为“带外围肋片的燃料棒运输容器”的美国专利US4896046中已经公开并得到专利保护，公告日为1990年1月23日，专利持有人为Larry  E.Efferding，转让给西屋电气公司。

现在参照图2，3A及3B，该压力监测装置包括一个环形壳20，它的内缘放置在容器5的壁7上部分13中的环形槽口22中。该壳20包括一个下部环形件24，它的内边缘25沿槽口22焊接上，以形成对气体的密封。该壳20还包括一个上部环形体26，它放置在下部环形件24的外缘上，如图所示。一个可拆卸的内盖28放置在下部环形件24的外缘与上部环形件26的内缘之间。一个密封垫29放置在内盖28的内缘与下部环形件24外缘之间，并有多个螺栓30将内盖28的内缘与该密封垫29紧压成对气体密封的状态。螺栓30被拧到下部环形件24四周上带螺纹的孔32中。

槽口22，下部环形件24及可拆卸盖28在一起确定了该压力监测装置1的壳20中的一个真空传感器室35。如在这里将要详细描述的，该真空传感器室35中包括该装置1的大多数传感器组件50（示在图3A中），并在容器5的内部3中所置加压氦气与外界空气之间提供了一个二次屏障。

还是参照图2，3A及3B，该壳20还包括一个可拆卸的外盖36，它借助于螺栓37被固定在上部环形件26的外缘上。该上部环形件26，可拆卸内盖28及可拆卸外盖36在一起确定了一过渡室（access  chamber）38，其中包含接到置于真空传感器室35中的传感器组件50上的电线端子，及连接到一测试接口的测试导管，该测试接口能对真空传感器室35中的压力作出直接的压力测量。

现在专门参照图3A，真空传感器室35环绕着孔41的外端40上，该孔40完全地穿透容器5的圆柱形壁7。一个屏蔽塞43放置在孔41中，以阻止置于容器5的内部3中的放射性物质放射的任何辐射线“泄漏”。该屏蔽塞43的主要目的是用于确立一个曲折的路径44，它能使容器5的内部3中的压缩氦气方便地通过，但不对容器5的内部3中发射的任何辐射线提供直接通路。该曲径44由径向布置的孔45与纵向布置的孔47相交地组合构成的，如图中所示。虽然在本发明之范围内，穿壁孔41可以布置在除去容器5的圆柱形壁7上部分13外的其它位置上，但宁可选择在上部13上，因为容器内部3放射出的辐射线强度在容器的上部分13考虑要比其中部分小，这是由于在容器中放射性物质的最高位置总是低于阶梯形边缘14。虽然在容器5的下部分9附近也具有小的辐射强度，但是该位置并不可取，这是由于两个理由：第一，压力监测装置1的外壳20在容器壁7的低位置上将易于遭受到容器5运输中叉铲杆等引起的机械振动;第二，如果在容器内部3中集聚了任何可观数量的液体时，这些液体可能从孔41中流过，从而会损坏监测装置中的传感器组件50中的部件。

现在参照图4A及4B，该装置的传感器组件50通常包括一个安装板，它有3个栓孔54a，b，c，用于当将组件50安装到壳20的真空传感器35中时旋入螺栓（未在图中示出）。该传感器组件50的两个关键部件为：差压压力传感器55及绝对压力传感器56，其中每一个被固定（直接地或间接地）在安装板52上。在一优选实施例中，该差压压力传感器55为美国米尔福德，康

克梯克特（Miford，Connecticut）的德莱塞尔（Dresser）工业公司生产的一种型号为B427S×G9牌号为Aschcroft的差压压力传感器，该传感器具有不锈钢膜及整定工作点可达0.207MPa（差压）。绝对压力传感器最好选用美国西雅图，华盛顿（Seattle，Washinyton）的佩恩（Paine）公司出售的额定值为0.345MPa的型号为211-75-700的压力传感器。

导管57将差压压力传感器55及绝对压力传感器56并列地连接到穿壁孔41的外端40上。导管57包括一个进气管58，其进气端59被钎接或焊接在穿壁孔41的外端40上，它的出气端被连接在两个串联连接的隔离阀60及62上。在该优选实施例中，隔离阀60及62（以及在下文中讨论的其它隔离阀83及91）最好选择美国维洛夫拜，俄亥俄（Willouphby，Ohio）纽普罗（Nupro）公司生产的型号为SS-4H-TW“H”系列的风箱型阀。隔离阀60及62的目的是在万一两个压力传感元件中任一个需要换或维修时，将该两个差压压力传感器55及绝对压力传感器56从穿壁孔41的外端40上完全地隔离开。虽然一个这样的隔离阀就能胜任该目的，但是选择两个串联阀60及62是为了采取极其安全的措施，即在更换操作时，采用两个阀提供防止漏泄。第二个隔离阀62的出气口通过肘管66与T形接头64的进气口63相连接，如图所示。

T形接头65的第一出气口67与另一T形接头69相连接，后者使差压压力传感器55与气体管路57形成流畅的连接。为此目的，一导管段71被置于T形接头64的第一出气口67与T形接头69之间。T形接头69在其出气侧与肘形接头73连接，后者又连接到绝对压力传感器56上，由此就使绝对压力传感器56与气体导管57连接起来。一导管段75连接在T形接头69的出气侧及肘形接头73之间，连接方式如图所示。

T形接头64的第二排气口77通过导管段81最终连接到一个排气塞79上。导管段81还包括一个排气阀83，在该优选实施例中，它与相应于阀60及62所述的隔离阀具有相同类型。排气塞79，导管81及排气阀83的目的在于当两个压力传感器之一万一需要检修或更换时，对集积在隔离阀62及差压与绝对压力传感器55及56之间的任何气体提供可控制的排气。更具体地说，在将传感器55及56与其相应的接头69及73分离以前，这些排气组件的设置能使任何含有放射性粒子物质的氦气能从隔离阀62及压力传感器55及56之间的气体导管81区段中排出。

构成传感器组件50部件的配件被安装在可拆卸内盖28的外表面上，如图3B中所示。这些部件包括一个室压测量接口85（部分地示于图中），它接着又被以气体密封的形式焊接或钎接在一个测量导管87上，后者终接在一个测量管帽89上。该测量导管87最好包括一个隔离阀91，它与前述隔离阀60及62是同样类型的。测量接口85，测量导管87，测量管帽89及隔离阀91的目的在于使系统操作人员能对真空传感器室35作出直接的测量，旨在确认由压力传感器55及56所产生的室泄漏信号是否是由室35中真空泄漏状态产生的，还是由于仅是传感器55，56的故障产生的。该可拆卸的内盖还包括一个密封的电缆孔93，它将由压力传感器55及56来的传送输出信号的电缆引导到一个端子板95上，后者接着通过导线98与一个电插座件67相连接。该插座件97中插入一个监测电缆99的插头98.5，如图所示。这个监测电缆99与在市场上可购到的读出电路（图中未示出）相连接，后者将由差压及绝对压力传感器55，56产生的电信号转换成压力读数。

传感器组件50的最后一个部件是一个辅助压力传感器100（示于图中），它在测量管帽89被取下时可与测量导管87作可拆卸的连接。设置该辅助绝对压力传感器100，在希望作出这种测量时，能使该装置操作人员对真空传感器室35中的压力作出直接的测量。

在工作中，该差压压力传感器55持续地产生一个电信号，以指示在容器内部3中所置氦气的绝对压力，因为围绕差压压力传感器55的室35被抽了真空。由于置于该容器5的内部3中的氦气通常被加压到约0.152MPa，则该传感器55的输出一般地将读出为0.152MPa。因为绝对压力传感器56事实上也是一种差压压力传感器，只不过它使用本身所在的真空室作为参照点，以作出压力的测量，该绝对压力传感器56也将持续地产生出指示压力读数为0.152MPa的信号。无论如何，万一在容器5中或是围绕差压压力传感器55的真空室35中产生泄漏状态时，传感器55将开始产生一个指示出现较低压力的信号。在本发明优选方法中，与差压压力传感器55连接的电路（图中未示出）设有程序，可在差压压力测量值下降到约0.122MPa或更低时，产生出一个报警信号。当此发生时，该装置的操作人员立即校核由绝对压力传感器56读出的压力。结果该压力传感器56也是表明读出压力为0.122MPa或更低时，则系统操作者就断定相应在容器3中出现了泄漏状态。然而如果该绝对压力传感器56读出的压力没有降低并仍然基本上在0.152MPa左右的值上，则该装置的操作人员临时地断定相应在真空传感器室35中出现了泄漏状态。

在本发明方法的下一步骤中，该装置的操作人员利用卸下外盖36，及测量管帽89，并将辅助压力传感器100连接到该测量导管87上，来确认是否相应在真空传感器室35中出现了泄漏状态。一旦这些工作就绪，就将隔离阀91打开。如果得到的压力读数为0.030MPa或更高，则该系统的操作人员就断定相应于真空传感器室35真的发生了泄漏状态。如果另一方面，由辅助压力传感器100指示出真空传感器室35基本上仍为真空，则该装置的操作人员就断定差压压力传感器55的输出产生了误差，该误差或是由整定值的偏移引起的，或是其它形式的机械故障。在每种情况下，该装置1的操作人员着手进行每种修理，或者更换该差压压力传感器55，这时首先卸下可拆卸内盖28，然后关上隔离阀60及62，然后利用卸下排风塞79，在该排风接口上连接一段软管，然后打开排风阀83，对在气体导管57区段留有的任何氦气进行可控制的排除。在排风操作完成后，不仅将差压压力传感器55卸下并进行修理，而且也要对绝对压力传感器56进行测试，确认它产生的读数是正确与精确的。在上述维修操作完成后，再将该装置1组装起来，并重新投入工作。

Claims (12)

1、一种用于对容纳潜在性危险气体的容器(5)中的气体压力监测的装置(1)，其特征在于：

一个与所述容器(5)中的孔(41)的外端(40)密封连接的差压压力传感器(55)，该孔(41)与所述气体相通，用来监测所述气体的压力并同时在所述气体与外界大气之间提供第一屏障；及

一个传感器室(35)，它密封地安装在所述容器(5)的壁(7)上，并包含所述孔(41)的所述外端(40)及所述压力传感器(55)，用以在所述气体与外界大气之间提供第二屏障，其中所述室(35)至少部分地被抽真空，以在室(35)与外界大气之间建立一个压力差。

2、根据权利要求1的装置（1），其中所述容器（5）的特征在于：一个盖件（15）确定的上部分，并且所述传感器室（35）安装在所述容器（5）的壁（7）直接地低于所述盖件（15）处，这样对所述传感器室（35）的设置不会影响所述容器（5）的屏蔽效力。

3、根据权利要求1的装置（1），其特征在于：一个报警装置与所述差压压力传感器（55）相连接，只当差压压力传感器（55）测量的差压压力低于一预定值时，就对系统操作人员提供一个信号。

4、根据权利要求1的装置（1），其特征在于：一个绝对压力传感器（56），它与所述孔（41）相通，并且容纳在所述室（35）中，用以确定由差压压力传感器（55）测量的压力值的下降是否是由容器（5）中或室（35）中的泄漏状态引起的。

5、根据权利要求1的装置（1），其特征在于：一个连接导管（75），用将所述孔（41）与所述差压压力传感器（55）形成畅通的与密封的连接，及两个相串联的隔离阀（60，62）连接在所述导管（75）中，用于将所述差压压力传感器（55）从所述孔（41）上有选择地隔离开。

6、根据权利要求5的装置（1），其特征在于：一个排风导管（81）其一端与所述隔离阀（60，62）排气侧的所述连接导管（75）相连接，并包括一个排气阀（83），用以将存在于所述隔离阀（60，62）与所述差压压力传感器（55）之间的连接导管中的有害气体进行有选择性的排气。

7、根据权利要求1的装置（1），其中所述传感器室（35）的壁（28）的特征在于：有一个测试接口（89）;所述装置另外的特征在于：一个辅助压力传感器（100）与所述接口（89）可形成可拆卸的及密封的连接，用以测量所述传感器室（35）中的压力，以便检测出所述差压压力传感器（55）的工作性能。

8、根据权利要求7的装置（1），其中测量接口（89）的特征在于：一个连接阀（91），用于在所述辅助压力传感器（100）被密封地与所述接口（89）连接后打开所述接口（89）。

9、根据权利要求1的装置（1），其特征在于：其中所述孔（41）中建立了一曲折路径（44），用以阻止通过所述孔（41）引起的辐射线泄漏。

10、一种用以确定由压力监测装置（1）检测的泄漏状态原因的方法，该压力监测装置（1）同时包括一个差压压力传感器（55）及一个绝对压力传感器（56），它们并列地与容器（5）中所容纳的加压气体相连接，并且均被一个传感器室（35）所围绕，该室至少部分地被抽真空，其中每个压力传感器（55，56）提供出一个测量压力的读出数，其特征在于下列步骤：

在由差压压力传感器（55）产生泄漏信号前，记录绝对压力传感器（56）的压力读出数;

将在所述泄漏信号产生后的绝对压力传感器（56）的压力读出数与所述先前的压力读出数相比较，以确定出是否所述信号是由所述容器（5）的所述加压气体的泄漏引起的，或是由所述真空传感器室（35）中进入外界大气的泄漏引起的。

11、根据权利要求10的方法，其特征在于：在由所述差压压力传感器（55）产生出泄漏信号，而这时所述绝对压力传感器（56）表明在容器（5）中未产生泄漏状态的情况下，利用辅助压力传感器（100）测量真空室（35）中压力的步骤，用以确认泄漏状态是由真空传感器室（35）引起的。

12、根据权利要求11的方法，其中所述真空传感器室（35）包括一个可密封的测试接口（85），其中所述确认步骤的特征在于：将所述辅助压力传感器（100）连接到所述测试接口（85）。

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