(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210640197.X (22)申请日 2022.06.08 (71)申请人 中国核电工程有限公司 地址 100840 北京市海淀区西三环北路1 17 号 (72)发明人 常愿　魏兴　张佶翱　石雪垚　 周喆　王辉　陈巧艳　王贺南　 李汉辰　李精精　孙婧　雷宁博　 黄政　蔡盟利　孙晓晖　林盛盛　 (74)专利代理 机构 北京天悦专利代理事务所 (普通合伙) 11311 专利代理师 任晓航　屈献庄 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/06(2012.01)G06Q 50/06(2012.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种安全壳卸压排气后氢气浓度的快速预 测方法 (57)摘要 本发明涉及一种安全壳卸压排气后氢气浓 度的快速预测方法， 包括： (1)进行t0时刻安全壳 初始状态计算； (2)假设安全壳排气过程中大气 为理想气体， 且排气过程为等熵过程， 忽略与外 界的功量交换， 计算安全壳排气的质量流量； (3) 根据热力学第一定律， 确定t1时刻安全壳内温度 T1的值， 进而计算t0‑t1时间段内安全壳排气体 积， 以及t1时刻安全壳内氢气的浓度； (4)得到安 全壳内压力、 氢气浓度随时间变化的关系。 本发 明可以快速预测安全壳卸压排气后安全壳内氢 气浓度的变化， 从而实现电厂实际运行过程中的 快速预测和及时响应， 提高核电厂运行的安全 性。 权利要求书3页 说明书9页 附图4页 CN 115270390 A 2022.11.01 CN 115270390 A 1.一种安全壳卸压排气后氢气浓度的快速预测方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： (1)进行t0时刻安全壳初始状态 计算， 包括计算安全壳内水蒸气分压、 氢气分压、 空气分 压， 安全壳 内水蒸气、 空气、 氢气的质量、 定 压比热和定容比热以及安全壳 内气体的密度； (2)假设安全壳排气过程中大气为理想气体， 且排气过程为等熵过程， 忽略与外界的功 量交换， 计算 安全壳排气的质量 流量； (3)根据热力学第一定律， 确定t1时刻安全 壳内温度T1的值， 进而计算t0‑t1时间段内安 全壳排气体积， 以及t1时刻安全壳 内氢气的浓度； (4)重复步骤(2)、 (3)， 得到安全壳 内压力、 氢气浓度随时间变化的关系。 2.如权利要求1所述的安全壳卸压排气后氢气浓度的快速预测方法， 其特征在于， 该方 法的计算过程基于如下假设： 假设安全壳 内大气为均匀混合的气体， 不同位置处的温度和各气体组分浓度都相同； 假设安全壳 内水蒸气一 直处于饱和状态； 假设安全壳排气过程 为等熵过程， 与环境没有热量交换； 假设安全壳内各混合气体均为理想气体， 可采用理想气体状态方程进行求解， 且各混 合气体的比热仅是温度T的函数。 3.如权利要求1或2所述的安全壳卸压排气后氢气浓度的快速预测方法， 其特征在于， 步骤(1)中所述t0时刻安全壳初始状态计算包括如下步骤： (1‑1)根据工业用水和水蒸气热力学性质计算公式IAPWSIF ‑97和安全壳卸压前大气温 度T0， 计算出安全壳内水蒸气分压p0,steam， 水蒸气定压比热C0,p,steam和水蒸气定容比热 C0,v,steam； (1‑2)根据卸压前安全壳大气压力p0和安全壳内氢气摩尔浓度N0,H2， 计算出安全壳内氢 气分压p0,H2＝N0,H2p0， 进而得到安全壳 内空气分压p0,air＝p0‑p0,steam‑p0,H2； (1‑3)根据理想气体方程PV＝nRT， 分别得到安全壳内水蒸气、 空气、 氢气的质量m0,steam、 m0,air、 m0,H2， 以及安全壳 内气体的密度ρ0； (1‑4)根据安全壳卸压前大气温度 T0， 计算得到混合气体的定压比热和定容比热C0,p,mix 和C0,v,mix； (1‑5)假设在安全壳设计压力pd和温度Td下水蒸气处于饱和状态且安全壳内气体只有 空气和饱和水蒸气， 根据公式IAPWSIF ‑97计算出安全壳设计压力下的水蒸气分压为 pd,steam， 水蒸气密度ρd,steam， 进而得到安全壳设计压力下的空气分压p0,steam和空气密度 ρd,air， 安全壳设计压力下壳 内气体的密度ρd＝ρd,steam+ρd,air。 4.如权利要求3所述的安全壳卸压排气后氢气浓度的快速预测方法， 其特征在于， 在步 骤(1‑4)中， 混合气体的定 压比热和定容比热计算方法如下： Cp,mix＝∑wiCp,i＝wsteamCp,steam+wairCp,air+wH2Cp,H2 Cv,mix＝∑wiCv,i＝wsteamCv,steam+wairCv,air+wH2Cv,H2 其中， Cp,mix为混合气体的定 压比热， Cv,mix为混合气体的定容比热， wi为第i组成气体的质量浓度， i ＝steam， air， H2， Cp,i为第i组成气体的定 压比热， i ＝steam， air， H2， Cv,i为第i组成气体的定容比热， i ＝steam， air， H2。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115270390 A 25.如权利要求1或2所述的安全壳卸压排气后氢气浓度的快速预测方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 当安全壳压力未达 到临界压力时， 安全壳排气的质量 流量qm为： 当安全壳压力达 到临界压力时， 安全壳排气的质量 流量qm,cr为： 其中， qmd,cr为安全壳设计压力pd和设计温度Td下的安全壳排气流 量， p0为t0时刻安全壳 内大气压力， ρ0为t0时刻安全壳 内气体的密度， pd为安全壳设计压力， ρd为安全壳设计压力下安全壳 内气体的密度， patm为大气压力， k为比热比。 6.如权利要求1或2所述的安全壳卸压排气后氢气浓度的快速预测方法， 其特征在于， 步骤(3)中， t0‑t1时间段内安全壳排气体积ΔV计算公式如下： 其中， qm为t0‑t1时间段内安全壳排气的质量 流量， ρ0为t0时刻安全壳 内气体的密度。 7.如权利要求6所述的安全壳卸压排气后氢气浓度的快速预测方法， 其特征在于， 步骤 (3)中， t1时刻安全壳 内氢气的浓度x1,H2计算公式如下： 其中， m1,air， m1,H2和m1,steam分别为t1时刻安全壳 内空气、 氢气和水蒸气的质量， Mair， MH2和Msteam分别为空气、 氢气和水蒸气的摩尔质量。 8.如权利要求7所述的安全壳卸压排气后氢气浓度的快速预测方法， 其特征在于， 步骤 (3)中计算t1时刻安全壳内氢气的浓度时， 安全壳内空气、 氢气的质 量按所占体积比例计 算， 公式如下： 其中， m0,x为t0时刻安全壳 内空气、 氢气的质量， V为安全壳自由容积， ΔV为t0‑t1时间段内安全壳排气体积。 安全壳内水蒸气的质量按照理想气体 状态方程计算， 公式如下：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115270390 A 3