基于分布式光纤测温的核电厂管道泄漏探测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于核电厂泄漏探测技术，尤其涉及一种基于分布式光纤测温的核电厂管 道泄漏探测装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国核电的建设发展，投入运行的核电厂数量越来越多。社会和公众对核电 厂安全性的关注日益提高。尤其是在福岛核电厂事故之后，进一步系统性地提高核电厂运 行安全不仅成为核电工业的技术性问题，也成为影响核电工业长期稳定发展的社会性问 题。核电厂设计有三道安全屏障防护核电厂不会对外界环境造成辐射污染，构成核岛内一 回路压力边界的一回路管道系统是其中重要的一环。在核电厂正常运行和遭受地震等自然 灾害的情况下，一回路管道系统不允许发生突然断裂造而成大量冷却剂泄漏事故。为监测 一回路系统压力边界的完整性，根据核电厂安全法规导则的要求（如RGL 45)，在核岛内布 置有地坑、气载粒子探测、压力或温度探测等装置来实现对冷却剂泄漏的监测。随着核电 厂设计要求的提高，对泄漏监测技术也提出了越来越高的要求，不仅需要能够探测泄漏现 象，而且要能够准确定位泄漏源位置。特别是在核电厂高能管道设计中逐步采用的破前漏 (leak before break，LBB)评估新技术中，泄漏探测系统是实现破前漏设计目标的前提条 件和重要保障。因此需要有更有效的能够准确进行泄漏监测和泄漏源定位的局部泄漏探测 系统。
[0003] 虽然核电厂核岛反应堆内的高能管道出现破口发生冷却剂泄漏的概率微乎其微， 但泄漏监测作为核电厂高能管道的破前漏方法设计，在役风险管理和安全保障的重要内容 是不可或缺的。核电厂必须对冷却剂泄漏这一重要的设计基准事故制定完善的预防和应急 响应措施。能够及时发现并准确定位泄漏及其发生位置是实现应急响应措施的前提条件。
[0004] 在现有泄漏探测方法中，地坑、气载粒子探测和压力探测等方式不能实现对泄漏 源的定位。而通过安装电阻式局部温度传感器虽然可以实现对泄漏源的粗略位置判断，但 在实际应用中具有以下缺点：1)需要在预先判断的泄漏危险部位安装大量的温度传感器， 通过对这些位置的局部温度监测来判断泄漏所处的部位。因此探测部位固定，仅能实现对 发生在设定部位处的泄漏进行定位；2)随着预设部位的增多需要安装大量的温度传感器， 布线复杂且占据较多的空间；3)温度传感器受核岛内辐射环境影响，老化速度较快；4)增 加维护工作量，不仅要对温度传感器定期更换，而且对一回路压力边界进行在役检查时，需 要一定量的工时对温度传感器进行拆装作业。
【发明内容】
[0005] 本发明为克服核电厂现有的基于温度监测的泄漏探测装置不能实现对一回路管 道系统连续空间测温和判断泄漏源准确位置的不足，提供一种基于分布式光纤测温的核电 厂管道泄漏探测装置及方法，从而实现对核岛内高能管道系统泄漏情况的及时发现，并能 够准确定位泄漏位置，为高能管道的破前漏设计提供实施基础，提高核电厂的安全性。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先提供一种基于分布式光纤测 温的核电厂管道泄漏探测装置，包括探测传感器单元，信号收发处理单元，数据分析报警单 元，探测传感器单元通过信号收发处理单元与数据分析报警单元连接；其中，探测传感器单 元包括光纤和紧固支架，光纤通过紧固支架固定在高能管道的上方；信号收发处理单元包 括激光驱动装置、波分复用器、光电检测器、信号处理器，激光驱动装置通过波分复用器与 光纤连接，光纤通过波分复用器与光电检测器的输入端连接，光电检测器的输出端与信号 处理器的输入端连接；数据分析报警单元包括PC终端和报警指示器，信号处理器的输出端 与PC终端连接，报警指示器与PC终端连接；激光驱动装置用于发射激光，光纤用于传输激 光驱动装置发射的激光并传输其反向的散射光，波分复用器用于将激光传输到光纤中、将 光纤中反向的散射光分离为斯托克斯光和反斯托克斯光，光电检测器用于接收斯托克斯光 和反斯托克斯光并将其转换为电信号，信号处理器用于得到斯托克斯光和反斯托克斯光的 光强比，PC终端用于计算不同光强比所对应的温度，同时根据光纤中激光的传播速率及反 向的散射光的回波时间，对所测温度处的位置进行定位，报警指示器用于在温度超出预设 值时进行报警。
[0007] 按上述技术方案，所述光纤为金属涂层光纤。
[0008] 按上述技术方案，所述光电检测器为雪崩光电二极管。
[0009] 按上述技术方案，所述光电检测器与信号处理器之间还设置有放大器。
[0010] 按上述技术方案，信号收发处理单元与数据分析报警单元安装在常规岛控制室 内。
[0011] 按上述技术方案，紧固支架的上半部和下半部沿周向包裹高能管道，紧固支架的 上半部与下半部的边缘处通过螺栓和垫片紧固，上半部的顶端设置光纤定位环，光纤穿过 光纤定位环，光纤定位环的顶部设置固定调整螺栓，压块设置在固定调整螺栓的底部，固定 调整螺栓通过压块对光纤施加径向力，使光纤定位在光纤定位环的底部处。
[0012] 按上述技术方案，在核岛反应堆厂房内安装有反应堆压力容器和三个冷却剂环 路，每个冷却剂环路均包括蒸汽发生器、冷却剂泵、主管道热段、主管道过渡段和主管道冷 段，将三个冷却剂环路中的主管道热段、主管道过渡段和主管道冷段作为目标管道，探测传 感器单元中的光纤和紧固支架覆盖目标管道。
[0013] 本发明还提供一种基于分布式光纤测温的核电厂管道泄漏探测方法，该方法包括 以下步骤，将光纤通过紧固支架固定在高能管道的上方，激光在光纤中向前传播，将其反向 的散射光分离为斯托克斯光和反斯托克斯光，接收斯托克斯光和反斯托克斯光并将其转换 为电信号，获取斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比，计算不同光强比所对应的温度；根据 光纤中激光的传播速率及反向的散射光的回波时间，对所测温度处的位置进行定位，在温 度超出预设值时进行报警