Спосіб визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі і система для його здійснення

Реферат: Винахід належить до ядерної енергетики, конкретно до способу визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі і системи для його здійснення. Спосіб визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі полягає у розрахунку ваги ядерного реактора при тиску від 0,1 МПа до 17 МПа. Після цього під опірним кільцем реактора розміщують тензометричні датчики ваги, а на головному циркуляційному трубопроводі розміщують датчики тиску. В процесі експлуатації безперервно реєструють сигнали від вказаних датчиків і подають їх в аналого-цифрові перетворювачі. Дані про зміни ваги ядерного реактора і тиску в ньому, отримані в цифровому коді, подають на операторську станцію і порівнюють їх з вагою реактора перед початком експлуатації при заданому тиску. Про рівень теплоносія в ядерному реакторі роблять висновок по величині зміни ваги ядерного реактора з теплоносієм, який залишився, і тиску в ньому. Система для визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі містить сполучені між собою за певною схемою тензометричні датчики ваги, датчики тиску, субкомплекс збору та обробки даних про вагу реактора, субкомплекс збору та обробки даних про тиск в реакторі, операторську станцію і сервер архівації. Технічним результатом винаходу є підвищення UA 111549 C2 (12) UA 111549 C2 точності і достовірності визначення рівня теплоносія в реакторі і, як наслідок, безпеки експлуатації ядерного реактора. UA 111549 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до ядерної енергетики, конкретно до способу визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі і системи для його здійснення. Для успішного управління ядерною установкою під час аварій з втратою теплоносія оператору необхідно мати у своєму розпорядженні інформацію, за якою можна оцінити запас теплоносія в першому контурі. Відомі такі способи вимірювання та оцінки запасу теплоносія в першому контурі ядерної установки: - гідростатичний; - гідродинамічний; - томографічний; - радіаційний. Зазначені способи неефективні, оскільки мають похибку, пов'язану з перешкодами з боку працюючого технологічного обладнання. Крім того, реалізація цих способів пов'язана зі складністю установки і наладки обладнання для здійснення зазначених способів. Відомий також спосіб визначення рівня теплоносія в реакторі, який передбачає розподіл по висоті реактора спаїв термоелектричних перетворювачів, що нагріваються і не нагріваються, безперервну реєстрацію електричних сигналів, що надходять з термоелектричних перетворювачів, в тому числі диференціальних, що характеризують: - температури в зонах розміщення спаїв; - різниці температур в зонах розміщення спаїв; - похідні в часі електричних сигналів, що надходять із спаїв термоелектричних перетворювачів, що нагріваються і не нагріваються, які характеризують зміну температури і різниці температур в зонах розміщення спаїв. За отриманими даними визначають коефіцієнт тепловіддачі в зоні розміщення спая, що нагрівається, за величиною якого судять про становище рівня теплоносія в цій зоні (див. патент Російської Федерації № 2161829). Вказаному способу притаманні такі недоліки. 1. Відносно висока похибка вимірювань. 2. Інерційність елементів контролю вимірювального пристрою. Відомі також інші способи визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі, наприклад, патент США № 4592230. Проте, всім зазначеним способам притаманні одні й ті ж недоліки: - помилкове спрацьовування вимірювальних пристроїв; - аварійне неспрацювання. При цьому зазначені вище відомі способи вирішують задачу іншим шляхом, на відміну від способу, що заявляється, і спільним у них із способом, що заявляється, є тільки задача - спосіб визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі, і операція - безперервна реєстрація електричних сигналів, що надходять від термоелектричних перетворювачів. У зв'язку з цим жоден із зазначених способів і систем для здійснення способів визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі не може бути вибраний як прототип, через те, що вони вирішують поставлену задачу іншим шляхом з використанням інших технічних засобів, і критика рішення, вибраного як прототип, буде некоректною. В основу винаходу поставлена задача створити удосконалений спосіб визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі і принципово нову систему для його здійснення, які дозволять оператору швидше приймати рішення щодо ліквідації нештатної ситуації, завдяки наочному графіку залежності ваги реактора від його висоти. Це дозволить істотно підвищити точність і достовірність визначення рівня теплоносія і, як наслідок, безпеку експлуатації ядерного реактора. Поставлена задача вирішена групою винаходів, об'єднаних єдиним винахідницьким задумом - способом визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі і системою для здійснення способу. У першому винаході поставлена задача вирішена в способі визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі, відповідно до якого перед початком експлуатації розраховують вагу ядерного реактора при заданих значеннях тиску, після цього під опірним кільцем ядерного реактора розміщують тензометричні датчики ваги, а на головному циркуляційному трубопроводі розміщують датчики тиску, далі в процесі експлуатації безперервно реєструють електричні сигнали від вказаних датчиків і подають їх в аналого-цифрові перетворювачі, дані про зміни ваги ядерного реактора і тиску в ньому, отримані в цифровому коді, подають на операторську станцію і порівнюють їх з вагою ядерного реактора перед початком експлуатації при заданому 1 UA 111549 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 тиску, а про рівень теплоносія в ядерному реакторі роблять висновок по величині зміни ваги ядерного реактора з теплоносієм, який залишився, і тиску в ньому. В другому винаході поставлена задача вирішена в системі для визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі, що містить набір тензометричних датчиків ваги, набір датчиків тиску, набір аналого-цифрових перетворювачів субкомплекса збору та обробки даних про вагу ядерного реактора, набір аналого-цифрових перетворювачів субкомплекса збору та обробки даних про тиск в ядерному реакторі, операторську станцію і сервер архівації, при цьому тензометричні датчики ваги сполучені з аналого-цифровими перетворювачами субкомплекса збору та обробки даних про вагу ядерного реактора, датчики тиску сполучені з аналого-цифровими перетворювачами субкомплекса збору та обробки даних про тиск в ядерному реакторі, перші виходи аналого-цифрових перетворювачів обох субкомплексів сполучені з операторською станцією, а другі виходи аналого-цифрових перетворювачів обох субкомплексів сполучені із сервером архівації. Заявлений винахід пояснюється кресленням і графіками, де: Фіг. 1 - принципова схема системи для визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі; Фіг.2 - графік залежності рівня теплоносія в ядерному реакторі від ваги реактора і тиску в реакторі; Фіг.3 - графік залежності вірогідності безвідказної роботи системи від періоду часу (5 років, або 43800 годин). Система для визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі включає тензометричні датчики ваги ядерного реактора 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, наприклад працюючі на стиск низькопрофільні датчики серії RH10X з неіржавіючої сталі, розташовані під опорним кільцем, датчики тиску 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, наприклад серії Метран 22-Д1-АС-1-2170, які видають струмовий сигнал від 4 до 20 мА, розташовані на головному циркуляційному трубопроводі. Тензометричні датчики ваги 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ядерного реактора сполучені із субкомплексом збору та обробки даних про вагу І ядерного реактора, до складу якого входять аналого-цифрові перетворювачі у вигляді модулів аналогового введення QAX. Зокрема, тензометричні датчики ваги 1, 4, 7 сполучені з входом модуля аналогового введення QAX 19, тензометричні датчики ваги 2, 5, 8 сполучені з входом аналогового введення QAX 20, а тензометричні датчики ваги 3, 6, 9 сполучені з входом аналогового введення QAX21. Датчики тиску 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 сполучені із субкомплексом збору та обробки даних про тиск II в ядерному реакторі, до складу якого входять також аналого-цифрові перетворювачі у вигляді модулів аналогового введення QAX. Зокрема, датчики тиску 10, 13, 16 сполучені з входом модуля аналогового введення QAX 22, датчики тиску 11, 14, 17 сполучені з входом модуля аналогового введення QAX 23, а датчики тиску 12, 15, 18 сполучені з входом модуля аналогового введення QAX 24. Перші виходи модулів аналогового введення QAX 19, 20, 21, 22, 23, 24 сполучені з операторською станцією 25 типу ММІ. Другі виходи модулів аналогового введення QAX 19, 20, 21, 22, 23, 24 сполучені із сервером архівації 26 типу HSR. Операторська станція 25 і центр архівації 26 сполучені між собою. Спосіб визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі реалізується в наступному порядку. Перед початком експлуатації вимірюють вихідну вагу ядерного реактора, заповненого теплоносієм. Для цього були проведені розрахунки по визначенню ваги реактора при різному тиску, починаючи з 0,1 МПа до 17 МПа і різному співвідношенні рідини і пари в ньому. Реактор, повністю заповнений теплоносієм при тиску 16 МПа, важить 935 тонн. Щоб знати, на якому рівні знаходиться теплоносій в реакторі під час аварійної ситуації з втратою теплоносія, потрібно отримане значення маси реактора відкласти на осі абсцис і провести уявну лінію до перетину з графіком, який відповідає отриманому значенню тиску. Точка перетину вкаже рівень знаходження пароводяної суміші в реакторі. Таким чином, з графіка видно, що, наприклад, при вазі реактора 925 тонн і тиску 13 МПа теплоносій опуститься до рівня 9 м. Приклад 1. У штатному режимі. Енергоблок АЕС з реактором типу ВВЕР-1000 працює на номінальній потужності. При цьому на вході в реактор температура теплоносія відповідає значенню 289 °C, а на виході з реактора 322 °C. Реактор заповнений теплоносієм під тиском 16 МПа повністю на висоту 12 м. Приклад 2. У позаштатному режимі. Стався розрив "холодної нитки" головного циркуляційного трубопроводу (ГЦТ). Підігрітий теплоносій виходить з реактора, а остиглий - не надходить. Отже, тиск в контурі падає до 2 UA 111549 C2 5 10 15 значення, наприклад, 11 МПа, теплоносій закипає, його рівень зменшується. Датчики тиску 10, 13, 16 подають струмовий сигнал на вхід модуля аналогового вводу QAX 22. Далі цифровий сигнал з першого виходу QAX 22 подається на вхід операторської станції 25, а другий ідентичний сигнал надходить на сервер архівації 26 і зберігається там. У той же час тензометричні датчики ваги 1, 4, 7 безперервно вимірюють вагу ядерного реактора. При зміні ваги ядерного реактора струмовий сигнал від тензометричних датчиків ваги 1, 4, 7 надходить на модуль аналогового введення QAX 19, перетвориться в цифровий сигнал і подається на вхід операторської станції 25 і сервера архівування 26. Така аварійна ситуація належить до некомпенсованої великої течі першого контуру з витратою близько 8000 кг/с. Володіючи інформацією про тиск в контурі і знаючи вагу ядерного реактора з усіма внутрішньокорпусними пристроями і теплоносієм, що залишився в ньому, оператор повинен вжити всіляких заходів щодо недопущення оголення активної зони реактора. Оператор, маючи перед очима графік залежності ваги реактора від висоти, зможе побачити на якому рівні знаходиться теплоносій в реакторі при аварійній ситуації. З графіка видно, що, наприклад, при 11 МПа і вазі реактора 930 т, теплоносій знаходиться на висоті 9,5 м. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 1. Спосіб визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі, відповідно до якого перед початком експлуатації розраховують вагу ядерного реактора при заданих значеннях тиску, після цього під опірним кільцем ядерного реактора розміщують тензометричні датчики ваги, а на головному циркуляційному трубопроводі розміщують датчики тиску, далі в процесі експлуатації безперервно реєструють електричні сигнали від вказаних датчиків і подають їх в аналогоцифрові перетворювачі, дані про зміни ваги ядерного реактора і тиску в ньому, отримані в цифровому коді, подають на операторську станцію і порівнюють їх з вагою ядерного реактора перед початком експлуатації при заданому тиску, а про рівень теплоносія в ядерному реакторі роблять висновок по величині зміни ваги ядерного реактора з теплоносієм, який залишився, і тиску в ньому. 2. Система для визначення рівня теплоносія в ядерному реакторі, що містить набір тензометричних датчиків ваги, набір датчиків тиску, набір аналого-цифрових перетворювачів субкомплекса збору та обробки даних про вагу ядерного реактора, набір аналого-цифрових перетворювачів субкомплекса збору та обробки даних про тиск в ядерному реакторі, операторську станцію і сервер архівації, при цьому тензометричні датчики ваги сполучені з аналого-цифровими перетворювачами субкомплекса збору та обробки даних про вагу ядерного реактора, датчики тиску сполучені з аналого-цифровими перетворювачами субкомплекса збору та обробки даних про тиск в ядерному реакторі, перші виходи аналого-цифрових перетворювачів обох субкомплексів сполучені з операторською станцією, а другі виходи аналого-цифрових перетворювачів обох субкомплексів сполучені із сервером архівації. 3 UA 111549 C2 4 UA 111549 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5