Спосіб визначення складової газової суміші та пристрій для його здійснення

1. Способ определения составляющей газо вой смеси, атмосферы защитной оболочки ядер ной электростанции путем разбавления газовой смеси, преобразования разбавленной газовой смеси с помощью катализатора и измерения воз никающего при каталитической реакции из менения температуры, отличающийся тем, что подводимую к катализатору газовую смесь раз бавляют в струйном насосе рабочим газом из вестного состава. 2. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что разбавление устанавливают предпочтительно в соотношении от 1:1 до 1:10. 3. Способ по пункту 1 или 2, отличающийся тем, Изобретение относится к способу для определения составляющей газовой смеси атмосферы защитной оболочки (containment) ядерной электростанции путем измерения возникающего при каталитической реакции изменения температуры. Оно относится далее к устройству для осуществления способа. Известно, что водород в присутствии катализатора, например, на основе платины или палладия уже при комнатной температуре окисляется в экзотермической реакции Это каталитическое окисление водорода называют также холодным горением. Путем измерения появляющегося при этой реакции теплового эффекта или изменения температуры может быть определена концентрация водорода в газовой смеси. Так, например, в известном из US-PS 4,298,574 способе определяют возникающее что в качестве рабочего газа используют инертный газ, предпочтительно азот. 4. Способ по одному из пунктов 1-3, отличаю щийся тем, что рабочий газ содержит окисляю щую составляющую, предпочтительно кислород. 5. Способ по одному из пунктов 1-3, отличаю щийся тем, что рабочий газ содержит окисляю щую составляющую, предпочтительно водород или окись углерода. 6. Способ по одному из пунктов 1-5, отличаю щийся тем, что катализатор нагревают. 7. Устройство для определения составляющей га зовой смеси содержащее средства для измере ния возникающего при каталитической реакции изменения температуры, отличающееся тем, что для разбавления подводимой к катализатору га зовой смеси рабочим газом известного состава предусмотрен соединенный со стороны входа с трубопроводом рабочего газа, а со стороны выхо да с катализатором струйный насос. 8. Устройство по пункту 7, отличающееся тем, что струйный насос введен непосредственно в ка тализатор, причем перед ним включен фильтр. 9. Устройство по пункту 7, отличающееся тем, что струйный насос расположен в, по меньшей мере, частично газопроницаемом корпусе и со единен отводящим трубопроводом с катализато ром. о со О) вследствие каталитического окисления водорода на катализаторе изменение температуры относительно опорного значения с помощью термоэлемента и преобразуют в соответствующий сигнал напряжения. Измеренное напряжение является мерой для составляющей водорода в газовой смеси. Этим способом можно также определять составляющую окиси углерода или углеводорода в газовой смеси. В известном из DE-OS 30 46 560 способе для определения горючих газов, в частности, водорода в атмосфере защитной оболочки ядерной электростанции, определяют изменение температуры посредством зависящего от температуры омического сопротивления, которое является частью мостовой схемы. Для получения реакционноспособной водород/кислородной смеси для детектирования водо см 27913 рода в потоке инертного газа в способе, известном из US-PS 4,072,043 к инертному газу, (например, N2) перед его поступлением в камеру детекции подмешивают воздух В известных способах конечно существует опасность, что катализатор нагреется до границы воспламенения способной к воспламенению смеси Это может приводить вследствие высокого выделения тепла к разрушению катализатора В атмосфере защитной оболочки ядерной электростанции способные к воспламенению смеси могут неконтролированно разлагаться с высокими скоростями уже при содержании водорода менее 10 %, причем тогда надежное определение газовых составляющих больше не является возможным Наиболее близким к заявляемому изобретению является описанное в заявке GB 2 153 073 (дата публикации 15 08 1985, МКИ5 G01N) техническое решение, согласно которому для удовлетворительного детектирования горючего газа также при превышении граничного значения концентрации горючего газа в газовой пробе в подающий газовую пробу трубопровод закачивают разбавитель, в частности, окружающий воздух Для этого предназначен мотонасос Состав окружающего воздуха подвержен колебаниям, а мотонасос не обеспечивает хорошего перемешивания Однако, для надежного определения содержания газа в смеси, преобразование на катализаторе требует равномерного перемешивания газовой пробы и разбавителя В основу изобретения поставлена задача в способе определения составляющей газовой смеси в атмосфере защитной оболочки ядерной электростанции путем дозированного разбавления газовой смеси обеспечить надежное определение составляющей, в частности, составляющей водорода и/или кислорода в широком диапазоне концентраций Другой задачей изобретения является разработка особенно простого устройства для осуществления указанного способа Относительно способа указанного вначале вида эта задача решается согласно изобретению тем, что подводимую к катализатору газовую смесь с помощью струйного насоса разбавляют рабочим газом известного состава Разбавление производят в струйном насосе, например, в сопле Вентури Для этого целесообразным образом всасывают газовую смесь через фильтр и распыляют вместе с рабочим газом или смесью рабочего газа через сопло При этом разбавление можно устанавливать в соотношении от 1 1 до 1 10, например, в соотношении 1 4 Для определения составляющей водорода или окиси углерода в газовой смеси рабочий газ может также содержать окисляющую компоненту, например, кислород В качестве рабочего газа может быть использован либо воздух или, если в газовой смеси содержится достаточное количество кислорода, также азот Для определения составляющей кислорода в газовой смеси рабочий газ целесообразным образом содержит окисляемую компоненту, например, водород или окись углерода Катализатор нагревают, благодаря чему полностью может быть превращено даже незначительное количество составляющей смеси Относительно устройства для осуществления способа, содержащего средства для измерения возникающего при каталитической реакции изменения температуры, названная задача решается согласно изобретению наличием предназначенного для разбавления подводимой к катализатору газовой смеси рабочим газом известного состава струйного насоса, вход которого соединен с трубопроводом подачи рабочего газа, а выход подведен к катализатору Используемый для разбавления газовой смеси рабочим газом струйный насос входит предпочтительно непосредственно в катализатор Он может быть расположен вместе с катализатором в одном корпусе, причем перед ним может быть включен отдельный фильтр В качестве альтернативы струйный насос может быть соединен с катализатором также трубопроводом Тогда он расположен в отдельном корпусе, который, по меньшей мере, частично газопроницаем и одновременно служит в качестве фильтра В обоих случаях сопло струйного насоса соединено с трубопроводом рабочего газа, который, по меньшей мере, на части своей длины может быть выполнен в форме капиллярного трубопровода Достигаемые изобретением преимущества со стоят, в частности, в том, что за счет разбавления газовой смеси рабочим газом может практически определяться любое высокое содержание состав ляющей смеси Так, например, при анализе газо вой атмосферы заключающей ядерный реактор защитной оболочки при высоком выделении водо рода, в частности, также при составляющей ки слорода ниже стехиометрической, можно опреде лять концентрации водорода больше 30 объемных процентов При этом анализ может производиться как внутри, так и снаружи заключающей атмосфе ру защитной оболочки Далее этот способ может также предпочтительно применяться для опреде ления газовых составляющих газовой смеси, вы текающей из первичного контура или других нахо дящихся под давлением систем ядерной электро станции Ни в каком случае однако не достигается температура воспламенения водород/кислородной смеси За счет применения различных рабочих газов могут определяться различные составляющие смеси При этом в течение краткого времени возможна калибровка или переключение между диапазонами измерения, с одной стороны, например, между первым диапазоном для составляющих смеси до 10 % и вторым диапазоном для составляющих смеси или концентраций свыше 10 %, а также изменений состава рабочего газа для регистрации различных составляющих смеси, с другой стороны Примеры выполнения изобретения поясняются более подробно с помощью иллюстраций, на которых показано Фигура 1 - в вырезе защитная оболочка ядерного реактора с измерительным устройством со схематично представленной измерительной головкой в качестве устройства для регистрации составляющих газовой смеси, и Фигура 2 - измерительное устройство согласно фигуре 1 со множеством распределенно расположенных разбавительных устройств и с распо 27913 ложенными в общей измерительной коробке катализаторами. Соответствующие элементы на обеих фигурах снабжены одинаковыми позиционными обозначениями. Представленное на фигуре 1 измерительное устройство содержит множество расположенных внутри защитной оболочки 1 измерительных головок 2, из которых на фигуре 1 схематически представлена только одна. Представленная измерительная головка 2, а также все другие измерительные головки 2 каждая через дроссель 4, которые расположены в общей распределительной коробке 6, соединены с трубопроводом 8 рабочего газа. Трубопровод 8 рабочего газа в котором расположено исполнительное звено или дроссельный вентиль 10, соединен через ввод 12 в защитной оболочке 1 с дозирующим блоком 14, который содержит множество вентилей 16 Дозирующий блок 14 соединен по газопроводам 18 с камерой 20, в которой установлены резервуары 22 для газа. Резервуары 22 для газа наполнены соответственно рабочим или калибрующим газом, например, воздухом, азотом, водородом или кислородом. Резервуары 22 для газа, а также дозирующий блок 14 могут также быть расположены внутри защитной оболочки. Измерительная головка 2 выполнена, например, в виде известной из описания изобретения к выложенной заявке ФРГ 34 38 659 диффузионной измерительной головки. Она содержит корпус 24, в котором расположены катализатор 26 и струйный насос 28, например, сопло Вентури. Вместо струйного насоса 28 может быть предусмотрено также другое смесительное устройство, например, статический смеситель. Корпус 24 полностью или частично выполнен из спеченного металла. Он при этом является газопроницаемым вследствие пористости спеченного металла, причем аэрозоли и жидкость задерживаются. Струйный насос 28 со стороны входа соединен по капиллярному трубопроводу 30 с распределительной коробкой 6 и входит в катализатор 26. Он кроме того находится в соединении со стороны входа через фильтр 32 с образованным защитной оболочкой 1 внутренним пространством, то есть с окружающей ядерный реактор атмосферой защитной оболочки. Катализатор 26 содержит в качестве каталитически активного вещества палладий или платину и выполнен в виде сетки или сот. Катализатор 26 может также полностью или частично быть выполнен спиралеобразным в виде нагреваемой элементарной нити. К катализатору 26 по трубопроводу 8 рабочего газа может подводиться восстановительный газ. Таким образом возможно восстановление (регенерация) материала катализатора также при температурах выше 500 °С. Для определения изменений температуры в области катализатора 26 предусмотрен датчик 34 температуры, который связан измерительной линией 36 с устройством 38 для предварительной обработки измерительных значений, например, на пульте управления. Измерительная линия 36 через ввод 40 проходит в защитную оболочку 1. В качестве температурного датчика 34 особенно подходящим является приданный мостовой схеме терморезистор. Для той же цели однако может быть использован также термоэлемент или катушка с зависящей от температуры индуктивностью. Заключенная в защитной оболочке 1 атмосфера представляет собой газовую смесь, которая при определенных условиях эксплуатации содержит в качестве составляющих смеси водород, окись углерода, кислород и/или углеводород. Для определения составляющей смеси рабочий газ из резервуара 22 по трубопроводу рабочего газа 8 и по капиллярному трубопроводу 30 подводят к струйному насосу 28. Количество рабочего газа устанавливается посредством исполнительного звена 10, причем установка целесообразно производится автоматически в зависимости от давления или от температуры газовой смеси, а также в зависимости от концентрации составляющей газовой смеси, в частности, в зависимости от концентрации водорода. В исполнительном звене 10 производится в значительной степени обеспечивающее постоянство объема дросселирование количества рабочего газа. При этом рабочий газ при соотношении давлений 1/2 между давлением газовой смеси внутри защитной оболочки 1 и давлением рабочего газа достигает скорости Лаваля. Распределение рабочего газа по отдельным измерительным головкам производится в распределительной коробке 6. Втекающая в направлении стрелки 41 через фильтр 32 в струйный насос 28 газовая смесь смешивается в смешивающем сопле 27 струйного насоса 28 с выходящей из насосного сопла 29 струйного насоса 28 струёй рабочего газа. При этом рабочий газ при достаточно высоком, например, вследствие повышения давления внутри защитной оболочки 1, давлении подлежащей измерению газовой смеси может всасываться ею. Таким образом разбавленная рабочим газом, состав которого является известным, газовая смесь течет к катализатору 26 и выходит в направлении стрелки 42 из измерительной головки 2. Разбавление устанавливается посредством исполнительного звена 10 и/или в распределительной коробке 6, причем соотношение составляет, например, 1:4. На катализаторе 26 происходит каталитическое окисление, причем посредством температурного датчика 34 регистрируют тепло реакции или изменение температуры. Изменение температуры преобразуют в соответствующий электрический сигнал. В устройстве 38 из абсолютной величины сигнала напряжения или изменения относительно опорного сигнала с учетом соотношения разбавления составляющей смеси определяют, например, концентрацию водорода или кислорода в атмосфере защитной оболочки. В качестве рабочего газа для определения концентрации водорода используют азот, или, если в атмосфере защитной оболочки нет достаточного количества кислорода, то воздух или обогащенный кислородом воздух. Для определения составляющей кислорода при незначительном выделении водорода к рабочему газу в качестве окислительной составляющей подмешивают окись углерода или водород. В представленном на фигуре 2 измерительном устройстве множество катализаторов 26 объединено в центральной измерительной коробке 27913 44, которая внутри защитной оболочки 1 защищена стенкой 46, например, от летящих обломков. Связанные по подводящим и отводящим трубопроводам 30 или соответственно 48 с измерительной коробкой 44 разбавительные устройства или струйные насосы 28 расположены распределенными внутри защитной оболочки 1. Представленные только схематически на фигуре 2 струйные насосы 28 окружены каждый служащим одновременно в качестве фильтра корпусом 50. Каждый корпус 50 выполнен, по меньшей мере, частично из газопроницаемого материала, например, из спеченного металла или плетения из металлического волокна. За счет этого устраняется попадание жидких компонент или грубых загрязнений с газовой смесью в струйные насосы 28. Направляемый по трубопроводу 8 рабочего газа рабочий газ подводится к струйным насосам 28 по подводящим трубопроводам 30 Лежащие в подводящих трубопроводах 30 и расположенные внутри измерительной коробки 44 дроссели 4 служат опять-таки для распределения рабочего газа по отдельным струйным насосам 28. Газовая смесь через служащие в качестве фильтров корпуса 50 попадает в соответствующие струйные насосы 28 и смешивается с текущим по подводящим трубопроводам 30 рабочим газом При этом газовая смесь одновременно сушится, так что надежно избегается конденсация содержащейся в газовой смеси остаточной влаги, например, в холодных пространственных областях внутри защитной оболочки 1. Разбавленная таким образом газовая смесь попадает по отводящим трубопроводам 48 к соответствующему катализатору 26. Изменение температуры каждого катализатора 26 измеряется отдельно с помощью температурного датчика 34. Соответствующие измерительные сигналы по линии 36 направляются к устройству 38 для предварительной обработки измерительных значений. При форме выполнения согласно фигуре 2 чувствительность к помехам расположенных распределение внутри защитной оболочки 1 и в основном состоящих только из струйного насоса 28 конструктивных или измерительных блоков является особенно малой. * CI-6Z2 27913 50 50 ФИГ. 2 27913 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Бульв. Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254-42-30, 295-61-97 Підписано до друку /of. /P^2001 р. Формат 60x84 1/8. Обсяг О ¥Л обл.-вид.арк. Тираж 50 прим. Зам. 3$1 УкрІНТЕІ Вул. Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22