CN107589217A - 一种具有合金防护结构的氢气传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有合金防护结构的氢气传感器，属于气体浓度测量技术领域。所述氢气传感器包括催化反应器、防护过滤装置、反应温度敏感元件、环境温度敏感元件、定位杆、安装杆、托板、防护外筒、上花板、下花板；还包括上花板防护结构、下花板防护结构、校准气进气口密封件和校准气出气口密封件。所述氢气传感器中的上、下花板表面设置有熔点为70～120℃合金薄膜材料作为上、下花板防护结构，能够快速感应事故后环境温度变化，并快速熔化，暴露出上、下花板表面上的通孔，在所述氢气传感器内部形成自然扩散环境，保护氢气敏感组件不受气体流场变化的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有合金防护结构的氢气传感器，所述氢气传感器主要用于核电站严重事故后安全壳内氢气浓度的测量，属于气体浓度测量技术领域。
背景技术
核电站发生失水事故时，燃料棒锆合金包壳在高温条件下与水反应生成大量氢气，导致安全壳内氢气浓度水平上升，有限的安全壳空间内氢气平均浓度可达到爆炸极限，严重威胁安全壳的结构完整性。因此，有必要设置可靠的氢气监测设备，以评估事故状态，为事故管理提供决策依据。
目前，安全壳内严重事故氢气浓度测量装置包括原位测量和抽出测量两种方式；其中，原位测量是技术发展的主流。原位测量方式是将氢气传感器直接设置于安全壳内待机，目前主要的技术原理包括热导原理、电化学原理和催化式氢气传感器，采用催化式氢气传感器可以实现非能动启动，具有抗震性能好，稳定性好等特点，因此具有较大的技术优势。
现有的核电站在建造初期及大修期间，由于施工及检修过程产生大量挥发性有机物及粉尘，造成安全壳内气氛组成复杂，粉尘及有机挥发性物质经过自由扩散可进入到氢气传感器内，造成氢气传感器失效。目前，催化式氢气传感器采取的防护方案为使用粉末冶金罩，或由高吸附能力的无机材料构成防护过滤装置。然而，在核电站建设或大修期间，有毒气氛或粉尘可附着于防护过滤装置表面，极端情况下可进入到氢气传感器核心部件，并毒化氢气敏感材料，导致氢气传感器启动速度降低甚至是造成氢气传感器失效。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有合金防护结构的氢气传感器，所述氢气传感器使用合金薄膜材料作为上花板和下花板的防护结构；通过控制合金薄膜材料的厚度尺寸，以确保事故状态下可靠打开，且所选用的合金薄膜材料不与水蒸气发生化学反应，不会提高安全壳可燃气体爆炸风险。在非事故状态下，所述防护结构在所述氢气传感器处于待命状态时，可以隔绝所述氢气传感器与环境接触；当发生严重事故时，所述防护结构能够感应环境温度变化并快速打开，使所述氢气传感器迅速投入工作，提高了所述氢气传感器的使用寿命和可靠性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种具有合金防护结构的氢气传感器，所述氢气传感器包括催化反应器、防护过滤装置、反应温度敏感元件、环境温度敏感元件、定位杆、安装杆、托板、防护外筒、上花板、下花板，其特征在于：还包括上花板防护结构、下花板防护结构、校准气进气口密封件和校准气出气口密封件。
其中，催化反应器为一端开口的圆筒结构，开口端带有外螺纹。
防护过滤装置为一端开口的圆筒结构，开口端带有内螺纹，开口端内径与催化反应器开口端外径相配合，防护过滤装置的侧壁为由内层侧壁和外层侧壁构成的中间有空隙的双层结构，内层侧壁的内径大于催化反应器的外径。
托板为圆形板，直径大于防护过滤装置外层侧壁的外径。
防护外筒为两端开口的圆筒结构；在防护外筒一侧壁接近底部处设有一个校准气进入通孔，采用校准气进气口密封件进行密封，在防护外筒另一侧壁接近顶部设有一个校准气流出通孔，采用校准气出气口密封件进行密封。
上花板的直径与防护外筒的外径相同，下花板的直径与防护外筒的内径相同，上花板和下花板上有均匀分布的通孔，用于气体扩散。
上花板防护结构和下花板防护结构分别为圆盘状的合金薄膜材料，合金薄膜材料为不与水蒸气发生化学反应，熔点为70℃～120℃的合金薄膜材料。
所述氢气传感器中各组件的连接关系如下：
上花板位于防护外筒上方，上花板的下表面与防护外筒的筒壁顶端固定连接，上花板的整个上表面或下表面叠层有上花板防护结构，下花板位于防护外筒的底部内侧，并与防护外筒的筒壁内侧固定连接，下花板的整个上表面或下表面叠层有下花板防护结构；校准气进气口密封件和校准气出气口密封件分别安装在防护外筒上的校准气进入通孔和校准气流出通孔中。
催化反应器套装入防护过滤装置内部，催化反应器的开口端与防护过滤装置的开口端均朝上且通过螺纹连接，催化反应器的底部与防护过滤装置的底部之间留有间隙，防护过滤装置的内层侧壁与催化反应器的侧壁之间留有空隙，催化反应器和防护过滤装置构成氢气敏感组件；托板位于氢气敏感组件下方，与防护过滤装置的底部固定连接；氢气敏感组件通过安装杆固定于防护外筒内，安装杆的顶端与上花板固定连接，底端与托板固定连接，两个以上的安装杆均匀分布于氢气敏感组件的外侧；环境温度敏感元件穿过上花板伸入防护外筒内，底端与防护外筒的底部之间留有空隙，上端位于防护外筒外部，并通过卡套与上花板固定连接；定位杆的上端与上花板固定连接，下端与催化反应器的开口中心相对，反应温度敏感元件穿过上花板伸入防护外筒内，并通过定位杆定位，下端伸入催化反应器内，并与催化反应器的底部之间留有空隙，上端位于防护外筒外部，并通过卡套与上花板固定连接。
优选所述氢气传感器还包括耳式支座，立式焊接支撑和防淋罩，其中，耳式支座一端与防护外筒固定连接，另一端与立式焊接支撑固定连接，构成一组支撑结构，两组以上的支撑结构均匀分布于所述防护外筒的外侧；防淋罩直径大于上花板直径，并与防护外筒固定连接。
优选催化反应器的外径为10mm～50mm，厚度为0.5mm～2mm，高度为40mm～90mm；催化反应器的开口内径为1mm～8mm。
优选防护过滤装置的高度为80mm～120mm，外层侧壁外径为60mm～100mm，外层侧壁、内层侧壁及外层侧壁和内层侧壁中间空隙的总厚度为5mm～20mm，外层侧壁和内层侧壁中间空隙为3mm～8mm。
优选反应温度敏感元件为热电偶或铂电阻类测温元件，直径为2mm～6mm，伸入防护外筒中的深度为160mm～200mm；用于测量氢氧化合反应的反应温度。
优选环境温度敏感元件为热电偶或铂电阻类测温元件，直径为2mm～6mm，伸入防护外筒中的深度为260mm～320mm；用于测量核电厂安全壳内的环境温度。
优选定位杆的直径为6mm～8mm，厚度为1mm～2mm，长度为110mm～130mm。
优选安装杆的直径为4mm～8mm，长度为250mm～280mm。
优选托板的直径为100mm～150mm，厚度为3mm～8mm。
优选防护外筒的外径为160mm～200mm，厚度为2mm～5mm；高度为300mm～500mm。
优选上花板的直径为160mm～200mm，厚度为3mm～6mm，其上通孔直径为4mm～8mm。
优选下花板的直径为160mm～190mm，厚度为2mm～5mm，其上通孔直径为4mm～8mm。
优选上花板防护结构的厚度为0.1mm～1mm，使用材料为由铋、锡、铅、镉和铟一种以上元素组成的合金材料。
优选下花板防护结构的厚度为0.1mm～1mm，使用材料为由铋、锡、铅、镉和铟一种以上元素组成的合金材料。
催化反应器中装有催化剂，所述催化剂为能够使氢气和氧气在常温下发生反应的催化剂。
防护保护过滤装置的内层侧壁和外层侧壁之间装有填料，所述填料为球状A12O3和/或球状SiO2。
优选所述氢气传感器中除反应温度敏感元件、环境温度敏感元件、上花板防护结构和下花板防护结构外，所有部件的材料均为不锈钢或金属氧化物；其中，催化反应器采用不锈钢丝网，防护过滤装置采用30目～100目的不锈钢丝网；反应温度敏感元件和环境温度敏感元件采用不锈钢外壳。
优选反应温度敏感元件和环境温度敏感元件的上端通过卡套与上花板通过焊接或螺纹固定连接。
校准气进气口密封件和校准气出气口密封件包括但不限于带螺纹的不锈钢杆件。
优选防淋罩为盘形结构，表面环形排列杆状支撑。
所述氢气传感器采用墙装或地装方式布置于安全壳内水蒸发器隔间内部或顶部，通过铠装电缆与反应温度敏感元件和环境温度敏感元件与安全壳内的电气贯穿件连接，将环境温度和反应温度信号传输至安全壳内电气贯穿件，在安全壳外通过补偿电缆将电气贯穿件与信号处理机柜中的可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)连接，信号处理机柜设置于电气厂房，信号处理机柜中还设有显示器显示氢气浓度。
一种本发明所述具有合金防护结构的氢气传感器的监测方法，所述方法步骤如下：
1)发生严重事故时，安全壳内环境温度迅速上升，所述氢气传感器表面温度随着上升，当上花板防护结构和下花板防护结构所采用的合金薄膜材料的表面温度上升至熔化温度后，上花板防护结构和下花板防护结构被熔毁，上花板和下花板上的通孔露出；
2)安全壳内氢气和空气混合气梯通过自由扩散方式进入到氢气传感器内部，并扩散至传感器核心区域——催化反应器；
3)氢气和氧气在催化剂表面发生吸附，并进一步进行化学反应形成水，并释放热量，所述氢气传感器温度上升；
4)通过环境温度敏感元件和反应温度敏感元件分别监测环境温度与反应温度，响应信号依次通过铠装电缆、电气贯穿件、补偿导线输送至信号处理机柜；
5)信号处理机柜中的PLC通过信号采集模块获得环境温度信号与反应温度信号，PLC内的运算器将通过这环境温度与反应温度之间的差值计算得到催化反应的温升值，进一步可以通过公式(1)计算出氢气的体积浓度。
C(H2)＝K×(T1-T2) (1)
其中，C(H2)为氢气浓度，单位为％；K为实验总结计算系数，K值为0.04；T1为环境温度，单位为℃；T2为反应温度，单位为℃。
工作原理
当核电站安全壳内发生堆芯失水事故时，堆芯余热无法导出而造成安全壳内环境温度整体上升，当超过本发明所述氢气传感器中上花板防护结构和下花板防护结构所采用的合金薄膜材料的熔点之后，所述防护结构熔毁使所述氢气传感器内部环境与安全壳内大气环境相通。
当含有氢气的爆炸性混合气体出现时，所述氢气传感器中的催化反应器开始启动运行，氢气和氧气发生化合反应，放出热量，使得催化反应器温度升高，这时反应温度敏感元件会测量出催化反应器的温度，环境温度敏感元件会测量出核电厂安全壳内的环境温度，通过铠装电缆将信号传输至安全壳电气贯穿件，并依次经过电气贯穿件和安全壳外的补偿导线将信号传输至信号处理机柜，信号处理机柜中PLC信号采集模块将采集温度敏感元件信号，PLC内的运算器将通过这两个温度之间的差值计算得到催化反应的温升值，进一步可以通过公式(1)计算出氢气的体积浓度。
C(H2)＝K×(T1-T2) (1)
其中，C(H2)为氢气浓度，单位为％；K为实验总结计算系数，K值为0.04；T1为环境温度，单位为℃；T2为反应温度，单位为℃。
在核电站大修期间，可通过设置于防护外筒上的校准气进入通孔和校准气流出通孔对所述氢气传感器进行校准工作。
有益效果
1.本发明提供了一种具有合金防护结构的氢气传感器，所述氢气传感器中设有装有贵金属催化剂的催化反应器，具有常温启动能力强、稳定性高等特点，无需外部供电，增加了整体安全性、可靠性，避免氢气浓度较高时由于供电或加热过程导致的燃烧和爆炸，确保所述氢气传感器在使用过程中的稳定和安全；
2.本发明提供了一种具有合金防护结构的氢气传感器，所述氢气传感器中设置有防护过滤装置，可有效限制氢气扩散速率，保证所述氢气传感器工作过程中不会对周围高浓度氢气点火，引发氢气爆燃或爆炸；还对安全壳混合气体中的气溶胶、颗粒物具有阻挡效应；
4.本发明提供了一种具有合金防护结构的氢气传感器，所述氢气传感器中的上花板和下花板表面设置有熔点为70℃～120℃合金薄膜材料作为上花板防护结构和下花板防护结构，能够快速感应事故后环境温度变化，并快速熔化，暴露出上花板和下花板表面上的通孔，在所述氢气传感器内部形成自然扩散环境，保护氢气敏感组件不受气体流场变化的影响；
5.本发明提供了一种具有合金防护结构的氢气传感器，所述氢气传感器中的上花板防护结构和下花板防护结构能够在核电站建设和大修期间保持所述氢气传感器内部与安全壳内大气环境隔离，能够避免粉尘及其它挥发性有机物进入所述氢气传感器，提高了所述氢气传感器的使用寿命及可靠性；
6.本发明提供了一种具有合金防护结构的氢气传感器，所述氢气传感器的防护外筒上设置有供大修期间所述氢气传感器校准的机构，能够快速开启和封堵；
7.本发明提供了一种具有合金防护结构的氢气传感器，所述氢气传感器中除反应温度敏感元件、环境温度敏感元件、上花板防护结构和下花板防护结构外，所有部件的材料可为不锈钢或金属氧化物，耐高温、高压、辐照能力强，可靠性高；
8.本发明提供了一种具有合金防护结构的氢气传感器，所述氢气传感器中各个组件的尺寸均可调节，使得所述氢气传感器的量程可调，因而可以适应不同氢气浓度的测量；
9.本发明提供了一种具有合金防护结构的氢气传感器，所述氢气传感器可设有防淋罩，由于核电厂在事故工况下会有喷淋系统，防淋罩能够使所述氢气传感器免于被喷淋，能够确保所述氢气传感器的正常测量使用。
附图说明
图1为实施例1中所述氢气传感器的剖面图。
图2为实施例1中所述氢气传感器的下花板的俯视图。
图3为实施例1中所述氢气传感器的下花板和下花板防护结构的剖面图。
图4为实施例1中所述氢气传感器试验测试结果。
其中，1—催化反应器，2—防护过滤装置，3—反应温度敏感元件，4—环境温度敏感元件，5—定位杆，6—安装杆，7—托板，8—防护外筒，9—上花板，10—下花板，11—上花板防护结构，12—下花板防护结构，13—校准气进气口密封件，14—校准气出气口密封件，15—耳式支座，16—立式焊接支撑，17—防淋罩
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
下面对本发明的优选实施方式做出详细说明。
实施例1
一种具有合金防护结构的氢气传感器，如图1所示，所述氢气传感器包括催化反应器1、防护过滤装置2、反应温度敏感元件3、环境温度敏感元件4、定位杆5、安装杆6、托板7、防护外筒8、上花板9、下花板10、上花板防护结构11、下花板防护结构12、校准气进气口密封件13和校准气出气口密封件14。
其中，催化反应器1为一端开口的圆筒结构，开口端带有外螺纹。催化反应器1外径为10mm，厚度为0.5mm，高度为40mm；催化反应器1的开口内径为1mm。催化反应器1中装有催化剂，所述催化剂为能够使氢气和氧气在常温下发生反应的催化剂；所述催化剂为催化剂A或催化剂B。催化剂A是以Al2O3作为载体，Co、Au和Pt为活性成分的催化剂，以催化剂的总质量为100％计，Co、Au和Pt的质量分数分别依次为6.4％、0.45％和0.35％。催化剂B是以Al2O3作为载体，Pt、Pd和Rh为活性成分的催化剂，以催化剂的总质量为100％计，Pt、Pd和Rh的质量分数分别依次为0.3％、0.7％和0.3％。
防护过滤装置2为一端开口的圆筒结构，开口端带有内螺纹，开口端内径与催化反应器1开口端外径相配合，防护过滤装置2的侧壁为由内层侧壁和外层侧壁构成的中间有空隙的双层结构。防护过滤装置2高度为80mm，外层侧壁外径为60mm，外层侧壁、内层侧壁及外层侧壁和内层侧壁中间空隙的总厚度为5mm，外层侧壁和内层侧壁中间空隙为3mm。防护保护过滤装置的内层侧壁和外层侧壁之间装有填料，所述填料为球状A12O3和/或球状SiO2。
反应温度敏感元件3为K型热电偶，直径为2mm，伸入防护外筒8中的深度为160mm，用于测量氢氧化合反应的温度。
环境温度敏感元件4为K型热电偶，直径为2mm，伸入防护外筒8中的深度为260mm，用于测量核电厂安全壳内的环境温度。
定位杆5的直径为6mm，厚度为1mm，长度为110mm。
安装杆6的直径为4mm，长度为250mm。
托板7为圆形板，直径为100mm，厚度为3mm。
防护外筒8为两端开口的圆筒结构；在防护外筒8一侧壁接近底部处设有一个校准气进入通孔，采用校准气进气口密封件13进行密封，在防护外筒8另一侧壁接近顶部设有一个校准气流出通孔，采用校准气出气口密封件14进行密封。防护外筒8外径为160mm，厚度为2mm；高度为300mm，防护外筒8表面校准气进入通孔和校准气流出通孔的直径为4mm。校准气进气口密封件13和校准气出气口密封件14为带螺纹的不锈钢杆件。
上花板9的直径与防护外筒8的外径相同，下花板10的直径与防护外筒8的内径相同，上花板9和下花板10上有均匀分布的通孔，用于气体扩散，如图2所示，上花板9直径为160mm，厚度为3mm，其中均匀分布的通孔直径为4mm；下花板10直径为160mm，厚度为2mm，其中均匀分布的通孔直径为4mm。
上花板防护结构11的厚度为0.5mm，使用材料为圆盘状的SnPbBi薄膜材料，其中，含有锡、铅和铋的质量分数依次分别为25.8％、14.8％和59.4％，熔点为95℃。
下花板防护结构12的厚度0.5mm，使用材料为圆盘状的SnPbBi薄膜材料，其中，含有锡、铅和铋的质量分数依次分别为25.8％、14.8％和59.4％，熔点为95℃。
所述氢气传感器中除了反应温度敏感元件3、环境温度敏感元件4、上花板防护结构11和下花板防护结构12外，所有部件的材料均为不锈钢；其中，催化反应器1采用不锈钢丝网，防护过滤装置2采用30目的不锈钢丝网，反应温度敏感元件3和环境温度敏感元件4采用不锈钢外壳。
所述氢气传感器中各组件的连接关系如下：
上花板9位于防护外筒8上方，上花板9的下表面与防护外筒8的筒壁顶端焊接在一起，上花板9的整个上表面或下表面叠层有上花板防护结构11，下花板10位于防护外筒8的底部内侧，并与防护外筒8的筒壁内侧焊接在一起，下花板10的整个上表面或下表面叠层有下花板防护结构12，如图3所示；校准气进气口密封件13和校准气出气口密封件14分别安装在防护外筒8上的校准气进入通孔和校准气流出通孔中。
催化反应器1套装入防护过滤装置2内部，催化反应器1的开口端与防护过滤装置2的开口端均朝上且通过螺纹连接，催化反应器1的底部与防护过滤装置2的底部之间留有间隙，防护过滤装置2的内层侧壁与催化反应器1的侧壁之间留有空隙，催化反应器1和防护过滤装置2构成氢气敏感组件；托板7位于氢气敏感组件下方，与防护过滤装置2的底部固定连接；氢气敏感组件通过安装杆6固定于防护外筒8内，安装杆6的顶端与上花板9焊接在一起，底端与托板7固定连接，三个的安装杆6均匀分布于氢气敏感组件的外侧；环境温度敏感元件4穿过上花板9伸入防护外筒8内，底端与防护外筒8的底部之间留有空隙，上端位于防护外筒8外部，并通过卡套与上花板9螺纹连接；定位杆5的上端与上花板9固定连接，下端与催化反应器1的开口中心相对，反应温度敏感元件3穿过上花板9伸入防护外筒8内，并通过定位杆5定位，下端伸入催化反应器1内，并与催化反应器1的底部之间留有空隙，上端位于防护外筒8外部，并通过卡套与上花板9螺纹连接。
所述氢气传感器还包括两个耳式支座15，两个立式焊接支撑16和一个防淋罩17，其中，耳式支座15一端与防护外筒8固定连接，另一端与立式焊接支撑16固定连接，构成一组支撑结构，两组的支撑结构均匀分布于所述防护外筒8的外侧；防淋罩17直径大于上花板9直径，并与防护外筒8固定连接。防淋罩17为盘形结构，表面环形排列杆状支撑。
一种本实施例所述具有合金防护结构的氢气传感器的监测方法，所述方法步骤如下：
1)发生严重事故时，安全壳内环境温度迅速上升，所述氢气传感器表面温度随着上升，当上花板防护结构11和下花板防护结构12所采用的合金薄膜材料的表面温度上升至熔化温度后，上花板防护结构11和下花板防护结构12被熔毁，上花板9和下花板10上的通孔露出；
2)安全壳内氢气和空气混合气梯通过自由扩散方式进入到氢气传感器内部，并扩散至所述氢气传感器核心区域——催化反应器1；
3)氢气和氧气在催化剂表面发生吸附，并进一步进行化学反应形成水，并释放热量，所述氢气传感器温度上升；
4)通过环境温度敏感元件4和反应温度敏感元件3分别监测环境温度与反应温度，响应信号依次通过铠装电缆、电气贯穿件、补偿导线输送至信号处理机柜；
5)信号处理机柜中的PLC通过信号采集模块获得环境温度信号与反应温度信号，PLC内的运算器将通过这环境温度与反应温度之间的差值计算得到催化反应的温升值，进一步可以通过公式(1)计算出氢气的体积浓度。
C(H2)＝K×(T1-T2) (1)
其中，C(H2)为氢气浓度，单位为％；K为实验总结计算系数，K值为0.04；T1为环境温度，单位为℃；T2为反应温度，单位为℃。
对本实施例所述氢气传感器做出测试实验如下：
采用美国SIERRA公司气体质量流量计Smart Trak 100配制不同浓度氢气空气混合气；通过杭州美控自动化技术有限公司无纸记录仪RX6008DC监测获得反应温度敏感元件3与环境温度敏感元件4的响应，并显示或上传至计算机记录；应用Origin8.0软件处理数据并绘图。
试验结果数据如图4所示，可以看出：随着氢气浓度逐渐提高，反应温度逐渐增大，而环境温度不变，同时，浓度计算系数也保持不变或变化可以忽略。氢气浓度可通过以下方法进行计算：
C(H2)＝K×(T1-T2)
其中，C(H2)为氢气浓度，单位为％；K为实验总结计算系数，K值为0.04；T1为环境温度，单位为℃；T2为反应温度，单位为℃。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有合金防护结构的氢气传感器，其特征在于：所述氢气传感器包括催化反应器(1)、防护过滤装置(2)、反应温度敏感元件(3)、环境温度敏感元件(4)、定位杆(5)、安装杆(6)、托板(7)、防护外筒(8)、上花板(9)、下花板(10)；还包括上花板防护结构(11)、下花板防护结构(12)、校准气进气口密封件(13)和校准气出气口密封件(14)；
催化反应器(1)为一端开口的圆筒结构，开口端带有外螺纹；
防护过滤装置(2)为一端开口的圆筒结构，开口端带有内螺纹，开口端内径与催化反应器(1)开口端外径相配合，防护过滤装置(2)的侧壁为由内层侧壁和外层侧壁构成的中间有空隙的双层结构，内层侧壁的内径大于催化反应器(1)的外径；
托板(7)为圆形板，直径大于防护过滤装置(2)外层侧壁的外径；
防护外筒(8)为两端开口的圆筒结构；在防护外筒(8)一侧壁接近底部处设有一个校准气进入通孔，采用校准气进气口密封件(13)进行密封，在防护外筒(8)另一侧壁接近顶部设有一个校准气流出通孔，采用校准气出气口密封件(14)进行密封；
上花板(9)的直径与防护外筒(8)的外径相同，下花板(10)的直径与防护外筒(8)的内径相同，上花板(9)和下花板(10)上有均匀分布的通孔；
上花板防护结构(11)和下花板防护结构(12)分别独立为圆盘状的合金薄膜材料，合金薄膜材料为不与水蒸气发生化学反应，熔点为70℃～120℃的合金薄膜材料；
上花板(9)位于防护外筒(8)上方，上花板(9)的下表面与防护外筒(8)的筒壁顶端固定连接，上花板(9)的整个上表面或下表面叠层有上花板防护结构(11)，下花板(10)位于防护外筒(8)的底部内侧，并与防护外筒(8)的筒壁内侧固定连接，下花板(10)的整个上表面或下表面叠层有下花板防护结构(12)；校准气进气口密封件(13)和校准气出气口密封件(14)分别安装在防护外筒(8)上的校准气进入通孔和校准气流出通孔中；
催化反应器(1)套装入防护过滤装置(2)内部，催化反应器(1)的开口端与防护过滤装置(2)的开口端均朝上且通过螺纹连接，催化反应器(1)的底部与防护过滤装置(2)的底部之间留有间隙，防护过滤装置(2)的内层侧壁与催化反应器(1)的侧壁之间留有空隙，催化反应器(1)和防护过滤装置(2)构成氢气敏感组件；托板(7)位于氢气敏感组件下方，与防护过滤装置(2)的底部固定连接；氢气敏感组件通过安装杆(6)固定于防护外筒(8)内，安装杆(6)的顶端与上花板(9)固定连接，底端与托板(7)固定连接，两个以上的安装杆(6)均匀分布于氢气敏感组件的外侧；环境温度敏感元件(4)穿过上花板(9)伸入防护外筒(8)内，底端与防护外筒(8)的底部之间留有空隙，上端位于防护外筒(8)外部，并通过卡套与上花板(9)固定连接；定位杆(5)的上端与上花板(9)固定连接，下端与催化反应器(1)的开口中心相对，反应温度敏感元件(3)穿过上花板(9)伸入防护外筒(8)内，并通过定位杆(5)定位，下端伸入催化反应器(1)内，并与催化反应器(1)的底部之间留有空隙，上端位于防护外筒(8)外部，并通过卡套与上花板(9)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有合金防护结构的氢气传感器，其特征在于：上花板(9)和下花板(10)分别独立使用材料为由铋、锡、铅、镉和铟一种以上元素组成的合金材料。
3.根据权利要求1所述的一种具有合金防护结构的氢气传感器，其特征在于：催化反应器(1)的外径为10mm～50mm，厚度为0.5mm～2mm，高度为40mm～90mm，催化反应器(1)的开口内径为1mm～8mm；
防护过滤装置(2)的高度为80mm～120mm，外层侧壁外径为60mm～100mm，外层侧壁、内层侧壁及外层侧壁和内层侧壁中间空隙的总厚度为5mm～20mm，外层侧壁和内层侧壁中间空隙为3mm～8mm；
定位杆(5)的直径为6mm～8mm，厚度为1mm～2mm，长度为110mm～130mm；
安装杆(6)的直径为4mm～8mm，长度为250mm～280mm；
托板(7)的直径为100mm～150mm，厚度为3mm～8mm；
防护外筒(8)的外径为160mm～200mm，厚度为2mm～5mm，高度为300mm～500mm；
上花板(9)的直径为160mm～200mm，厚度为3mm～6mm，其上通孔直径为4mm～8mm；
下花板(10)的直径为160mm～190mm，厚度为2mm～5mm，其上通孔直径为4mm～8mm；
上花板防护结构(11)的厚度为0.1mm～1mm；
下花板防护结构(12)的厚度为0.1mm～1mm。
4.根据权利要求1所述的一种具有合金防护结构的氢气传感器，其特征在于：反应温度敏感元件(3)为热电偶或铂电阻类测温元件，直径为2mm～6mm，伸入防护外筒(8)中的深度为160mm～200mm；
环境温度敏感元件(4)为热电偶或铂电阻类测温元件，直径为2mm～6mm，伸入防护外筒(8)中的深度为260mm～320mm。
5.根据权利要求1所述的一种具有合金防护结构的氢气传感器，其特征在于：催化反应器(1)中装有催化剂，所述催化剂为能够使氢气和氧气在常温下发生反应的催化剂；
防护保护过滤装置的内层侧壁和外层侧壁之间装有填料，所述填料为球状A12O3和/或球状SiO2。
6.根据权利要求1所述的一种具有合金防护结构的氢气传感器，其特征在于：所述氢气传感器中除反应温度敏感元件(3)、环境温度敏感元件(4)、上花板防护结构(11)和下花板防护结构(12)外，所有部件的材料均为不锈钢或金属氧化物；其中，催化反应器(1)采用不锈钢丝网，防护过滤装置(2)采用30目～100目的不锈钢丝网；反应温度敏感元件(3)和环境温度敏感元件(4)采用不锈钢外壳。
7.根据权利要求1所述的一种具有合金防护结构的氢气传感器，其特征在于：所述氢气传感器还包括耳式支座(15)，立式焊接支撑(16)和防淋罩(17)，其中，耳式支座(15)一端与防护外筒(8)固定连接，另一端与立式焊接支撑(16)固定连接，构成一组支撑结构，两组以上的支撑结构均匀分布于所述防护外筒(8)的外侧；防淋罩(17)直径大于上花板(9)直径，并与防护外筒(8)固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种具有合金防护结构的氢气传感器，其特征在于：防淋罩(17)为盘形结构，表面环形排列杆状支撑。
9.根据权利要求2所述的一种具有合金防护结构的氢气传感器，其特征在于：催化反应器(1)的外径为10mm～50mm，厚度为0.5mm～2mm，高度为40mm～90mm，催化反应器(1)的开口内径为1mm～8mm；
防护过滤装置(2)的高度为80mm～120mm，外层侧壁外径为60mm～100mm，外层侧壁、内层侧壁及外层侧壁和内层侧壁中间空隙的总厚度为5mm～20mm，外层侧壁和内层侧壁中间空隙为3mm～8mm；
定位杆(5)的直径为6mm～8mm，厚度为1mm～2mm，长度为110mm～130mm；
安装杆(6)的直径为4mm～8mm，长度为250mm～280mm；
托板(7)的直径为100mm～150mm，厚度为3mm～8mm；
防护外筒(8)的外径为160mm～200mm，厚度为2mm～5mm，高度为300mm～500mm；
上花板(9)的直径为160mm～200mm，厚度为3mm～6mm，其上通孔直径为4mm～8mm；
下花板(10)的直径为160mm～190mm，厚度为2mm～5mm，其上通孔直径为4mm～8mm；
上花板防护结构(11)的厚度为0.1mm～1mm；
下花板防护结构(12)的厚度为0.1mm～1mm；
反应温度敏感元件(3)为热电偶或铂电阻类测温元件，直径为2mm～6mm，伸入防护外筒(8)中的深度为160mm～200mm；
环境温度敏感元件(4)为热电偶或铂电阻类测温元件，直径为2mm～6mm，伸入防护外筒(8)中的深度为260mm～320mm；
催化反应器(1)中装有催化剂，所述催化剂为能够使氢气和氧气在常温下发生反应的催化剂；
防护保护过滤装置的内层侧壁和外层侧壁之间装有填料，所述填料为球状A12O3和/或球状SiO2；
所述氢气传感器中除反应温度敏感元件(3)、环境温度敏感元件(4)、上花板防护结构(11)和下花板防护结构(12)外，所有部件的材料均为不锈钢或金属氧化物；其中，催化反应器(1)采用不锈钢丝网，防护过滤装置(2)采用30目～100目的不锈钢丝网；反应温度敏感元件(3)和环境温度敏感元件(4)采用不锈钢外壳；
所述氢气传感器还包括耳式支座(15)，立式焊接支撑(16)和防淋罩(17)，其中，耳式支座(15)一端与防护外筒(8)固定连接，另一端与立式焊接支撑(16)固定连接，构成一组支撑结构，两组以上的支撑结构均匀分布于所述防护外筒(8)的外侧；防淋罩(17)直径大于上花板(9)直径，并与防护外筒(8)固定连接；
防淋罩(17)为盘形结构，表面环形排列杆状支撑；
反应温度敏感元件(3)和环境温度敏感元件(4)的上端通过卡套与上花板(9)通过焊接或螺纹固定连接；校准气进气口密封件(13)和校准气出气口密封件(14)包括但不限于带螺纹的不锈钢杆件。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的具有合金防护结构的氢气传感器的监测方法，其特征在于：所述氢气传感器布置于安全壳内水蒸发器隔间内部或顶部，通过铠装电缆将反应温度敏感元件(3)和环境温度敏感元件(4)与安全壳内的电气贯穿件连接，在安全壳外通过补偿电缆将电气贯穿件与信号处理机柜中的PLC连接，信号处理机柜设置于电气厂房，信号处理机柜中还设有显示器显示氢气浓度；
所述方法步骤如下：
1)发生严重事故时，安全壳内环境温度迅速上升，所述氢气传感器表面温度随着上升，当上花板防护结构(11)和下花板防护结构(12)所采用的合金薄膜材料的表面温度上升至熔化温度后，上花板防护结构(11)和下花板防护结构(12)被熔毁，上花板(9)和下花板(10)上的通孔露出；
2)安全壳内氢气和空气混合气体通过自由扩散方式进入到氢气传感器内部，并扩散至催化反应器(1)；
3)氢气和氧气在催化剂表面发生吸附，并进一步进行化学反应形成水，并释放热量，所述氢气传感器温度上升；
4)通过环境温度敏感元件(4)和反应温度敏感元件(3)分别监测环境温度与反应温度，响应信号依次通过铠装电缆、电气贯穿件、补偿导线输送至信号处理机柜；
5)信号处理机柜中的PLC通过信号采集模块获得环境温度信号与反应温度信号，PLC内的运算器将通过这环境温度与反应温度之间的差值计算得到催化反应的温升值，进一步可以通过公式(1)计算出氢气的体积浓度：
C(H2)＝K×(T1-T2) (1)
C(H2)为氢气浓度，单位为％；K为实验总结计算系数，K值为0.04；T1为环境温度，单位为℃；T2为反应温度，单位为℃。
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