Спосіб контролю якості води ставка-охолоджувача атомної електричної станції

1. Спосіб контролю якості води ставкаохолоджувача атомної електричної станції, що включає визначення концентрацій хімічних показників якості води дослідним шляхом, який відрізняється тим, що визначають концентрацію хімічного показника у воді ставка-охолоджувача на кінець поточного/початок наступного інтервалу часу, концентрацію хімічного показника, що потрапляє з водою підживлення С в х (мг/дм3), концентрацію хімічного показника скидного каналу С с (мг/дм3), причому концентрацію хімічного показника у воді ставка-охолоджувача на кінець поточного/початок наступного інтервалу часу визначають дослідним шляхом тільки один раз, а після цього зазначену концентрацію визначають за формулою, складеною на основі алгоритму розв'язання системи рівнянь математичної моделі, створеної на основі схеми нодалізації систем охолодження ставка-охолоджувача: - ^ (МГ/ДМ 3 ), де Аз = а з і х С с - аз2 х С с - азз х С в х , ХОЦН-QH36 «31 = со '= Q + Qm BB + Q n B +Q m n p ОГ Q Ceo • концентрація хімічного показника на початок інтервалу часу, що розглядається (мг/дм3); О. ш в - витрати води на штучне випаровування (тис. м3); Q n B - витрати води на природне випаровування (тис. м3); Оф Qnp Qrn Опж - витрати води на фільтрацію (тис. м 3 ); - витрати води на продувку (тис. м 3 ); - витрати води на госппотреби (тис. м 3 ); - витрати води на підживлення (тис. м 3 ); Q H - питомі витрати води насосів бризкальних басейнів (м3/год); 6 -Q§ +О.ф ° Q H - питомі витрати води насосів градирень (м3/год); 5 Оц Н - сумарні витрати води циркуляційної системи (тис. м3); Qco - витрати води на краплинні віднесення (тис. м3); сіх - інтервал часу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що алгоритм розв'язання системи рівнянь математичної моделі представляють у вигляді комп'ютерної програми, а визначення концентрації хімічного показника у воді ставка-охолоджувача на кінець поточного/початок наступного інтервалу часу здійснюють на ЕОМ. 10141 Корисна модель відноситься до способів кількісного визначення хімічних показників якості води водогосподарських об'єктів і може бути застосований для оцінки і прогнозування концентрацій хімічних показників у воді ставка-охолоджувача атомної електричної станції, а саме, концентрацій важких металів. Відомий спосіб визначення важких металів у воді при контролі якості питних вод і моніторингу водного басейну, згідно з яким готують проби для рентгенофлуоресцентного аналізу методом концентрування фільтруванням через ацетілцелюлозний або нітроцелюлозний мембранний фільтр і вимірюють інтенсивність рентгенівської флуоресценції елементів концентрату, по якій судять про кількість металу [Пат. РФ №2071050, МПК6 G01 N23/223, 1996]. У відомому способі використовують складне обладнання, що підвищує трудомісткість і вартість способу визначення важких металів у воді. Найбільш близьким аналогом способу, що заявляється, вибраним за прототип, є спосіб контролю якості води на АЕС, згідно з яким проводять визначення показників якості води із застосуванням ручних методів аналітичної хімії [Мартынова О.И., Живилова Л.М., Субботина Н.П. Химический контроль водного режима атомных электростанций. - М.: Атомиздат, 1980, С.43]. Загальними суттєвими ознаками відомого способу і способу, що заявляється, є визначення концентрацій хімічних показників якості води дослідним шляхом. У відомому способі здійснюють визначення концентрацій хімічних показників якості води CCO=A3 ручним методом аналітичної хімії, витрачаючи матеріали і використовуючи прилади, кожного разу, коли необхідний контроль якості води. Крім того, відомий спосіб не дозволяє здійснювати прогнозування якості води у ставку-охолоджувачі на майбутні періоди. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу контролю якості води ставка-охолоджувача атомної електричної станції, в якому шляхом зміни методу визначення концентрацій хімічних показників якості води у ставкуохолоджувачі забезпечується здешевлення контролю якості води і можливість її прогнозування. Поставлена задача вирішується тим, що в способі контролю якості води ставкаохолоджувача атомної електричної станції, що включає визначення концентрацій хімічних показників якості води дослідним шляхом, згідно з корисною моделлю визначають концентрацію хімічного показника у воді ставка-охолоджувача на кінець поточного/початок наступного інтервалу часу, концентрацію хімічного показника, що потрапляє з водою підживлення Свх (мг/дм3), концентрацію хімічного показника скидного каналу С с (мг/дм3), причому концентрацію хімічного показника у воді ставка-охолоджувача на кінець поточного/початок наступного інтервалу часу визначають дослідним шляхом тільки один раз, а після цього зазначену концентрацію визначають за формулою, складеною на основі алгоритму розв'язання системи рівнянь математичної моделі, створеної на основі схеми нодалізації систем охолодження ставкаохолоджувача: — - к (мг/дм3 ); P3J де А 3 = зчхСс- 32 хСс- ззхСвх, «31=Q = Q n p + Q H + Qco + Q Х°цн Ссо ' концентрація хімічного показника на початок інтервалу часу, щ о розглядається (мг/дм3); О ш в - витрати води на штучне випаровування (тис.м3); Q n B - витрати води на природне випаровування (тис.м3); О ф - витрати води на фільтрацію (тис.м3); Q n p - витрати води на продувку (тис.м3); Q r n - витрати води на госппотреби (тис.м3); О п ж - витрати води на підживлення (тис.м3); Q H - питомі витрати води насосів бризкальних басейнів (м3/год); Q H - питомі витрати води насосів градирень 3 (м /год); 1 Оцн • сумарні витрати води циркуляційної системи (тис.м3); I/O Qco - витрати води на краплинні віднесення (тис.м3); Ах - інтервал часу. В інших конкретних формах виконання способу алгоритм розв'язання системи рівнянь математичної моделі представляють у вигляді комп'ютер 6 10141 ної програми, а визначення концентрації хімічного показника у воді ставка-охолоджувача на кінець поточного/початок наступного інтервалу часу здійснюють на ЕОМ. Зміна методу визначення концентрацій хімічних показників якості води забезпечує визначення другий і наступні рази концентрації хімічного показника розрахунковим шляхом, що призводить до можливості не тільки контролю якості води без застосування матеріалів і приладів, що здешевлює спосіб, але й до можливості прогнозування зміни концентрацій хімічних показників на майбутні періоди, що дозволяє простежувати їх міграцію, виявляти причини перевищення граничнодопустимих концентрацій і зменшувати шкоду, що наноситься довкіллю, за рахунок регулювання продувки і підживлення ставка-охолоджувача. При цьому враховується дія численних неврахованих факторів: наслідки забруднень, кількість опадів, витрати на випаровування і краплинні віднесення, кліматичні і сезонні коливання тощо, які враховані у математичній моделі. Алгоритм розв'язання системи рівнянь математичної моделі може бути представлений у вигляді комп'ютерної програми, а визначення концентрації хімічного показника у ставку-охолоджувачі може здійснюватися на ЕОМ, що також сприяє більш ефективному здійсненню контролю і прогнозування якості води. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється графічними матеріалами, де на Фіг.1 представлена схема нодалізації ставка-охолоджувача, на Фіг.2 - формалізований орієнтований граф схеми нодалізації ставка-охолоджувача, на Фіг.З блок-схема алгоритму імітаційної математичної моделі, в табл. 1 - результати річного помісячного розрахунку концентрації міді у ставкуохолоджувачі Запорізької АЕС. Заявлений спосіб реалізують таким чином. Методом атомно-абсорбційної спектрометрії визначають концентрацію, наприклад важкого металу, у воді ставка-охолоджувача атомної електричної станції на кінець поточного/початок наступного інтервалу часу, наприклад місяця, концентрацію важкого металу, що потрапляє з водою підживлення Свх (мг/дм3), концентрацію важкого металу скидного каналу С с (мг/дм3). Розрахунковим шляхом визначають наступні показники: О-шв ' витрати води на штучне випаровування (тис.м3); Q n B - витрати води на природне випаровування (тис.м3); Оф - витрати води на фільтрацію (тис.м3); Q n p - витрати води на продувку (тис.м3); Q m - витрати води на госппотреби (тис.м3); О п ж - витрати води на підживлення (тис.м3); QH - питомі витрати води насосів бризкальних басейнів (м3/год); QH - питомі витрати води насосів градирень (м3/год); ]> О.цн • сумарні витрати води циркуляційної системи (тис.м3); І/В Осо " витрати води на краплинні віднесення (тис.м3). На основі схеми нодалізації (Фіг, 1) систем охолодження ставка-охолоджувача атомної електричної станції складають алгоритм математичної моделі визначення концентрацій хімічних показників якості води ставка-охолоджувача. 1. Склад технологічних об'єктів R, системи "АЕС - ставок-охолоджувач - довкілля" описують множиною: R={Ri R2, R3, R4, R5}, де R1 - конденсатори турбін АЕС; R2- бризкальні басейни; R3 - градирні; R4 - ставок-охолоджувач; R5 - вузол технологічного сполучення "А". 2. Склад процесів зовнішніх факторів Pq ставка-охолоджувача АЕС описують множиною: Р={Рі, Р2, Рз, Р4, Р5, Ре, Рт, Р8, Р9, Рю, Ріі}, де Рі - підживлення ставка-охолоджувача; Рг - краплинні віднесення; Рз - опади; Р4 - випаровування, що включає як природне, так і штучне; Рб - приплив бризкальних басейнів; Рб - приплив градирень; Р7 - фільтрація; Ра - витрати води на полив і санвузли; Рэ - продувка ставка-охолоджувача; Рю - госппобутові і промислові стоки; Р П - вода після допоміжних виробництв. 3. Складають схему взаємодії між об'єктами системи "АЕС - ставок-охолоджувач - довкілля". Множину об'єктів R, і відповідних процесів ставка-охолоджувача АЕС - множину Pq систему зв'язків задають триарним відношенням на декартовому добутку множин R, і Pq, що вступають у взаємодію BCRiXPq, яка являє собою множину, складену з упорядкованих трійок, 1-й елемент означає об'єкт R,, з якого виходить потік процесу Pq (2-й елемент), 3-й елемент - об'єкт R,, в який входить потік Pq; R,+Pq. (R 2 Pi )(R2P2 KR2P3 KR2P4 KR2P5 KR2P6 KR2P7 KR2P8 )(R2P9 XR2P10 KR2P11) D = (R3P1XR3P2 XR3P3 XR3P4 XR3P5 XR3P6 XR3P7 XR3P8 XR3P9 XR3P10 XR3P11) (R4P1XR4P2XR4P3XR4P4XR4P5XR4P6XR4P7XR4P8XR4P9XR4P10XR4P11) (R5P1XR5P2XR5P3XR5P4XR5P5XR5P6XR5P7XR5P8XR5P9XR5P10XR5PH) 10141 Схему нодалізації ставка-охолоджувача АЕС представляють у вигляді направленого орієнтованого графа (Фіг.2), згідно з яким стан кожного об'єкта і процесу описується безліччю змінних, які пов'язані наступними співвідношеннями: 1. Визначають надходження важкого металу з об'єкту Ri - конденсаторів турбін. 1.1. Кількість важкого металу на вході в конденсатори турбін: GBX= QxCn, де Сп - концентрація важкого металу на вході в конденсатори турбін, використовується як діагностичний показник роботи конденсаторів турбін, як джерела надходження важкого металу в ставокохолоджувач. Враховуючи, що концентрація на виході конденсаторів турбін Сс в балансі домішок ставкаохолоджувача має переважне значення, то як параметр, що характеризує конденсатори турбін як джерело надходження важкого металу, прийнятий Сс 1.2. Кількість важкого металу на виході з конденсаторів турбін: 2. Визначають надходження важкого металу з об'єкту R2 - бризкальних басейнів. 2.1. Кількість важкого металу на вході у бризкальні басейни: де ^ Qgg - сумарні витрати води бризкальних басейнів (тис.м3); d - інтервал часу. 2.2 Кількість важкого металу на виході з бризкальних басейнів: ^вих де 2 QH ' сумарні витрати води у циркуляційній системі бризкальних басейнів (тис.м3); QKB • витрати води бризкальних басейнів краплинним віднесенням (тис.м3); бб QB - витрати води бризкальних басейнів випаровуванням (тис.м3); Сбб - концентрація важкого металу у бризкальних басейнах (мг/дм3). 2.3. Зміна кількості важкого металу у бризкальних басейнах за d : (1) \/бб - об'єм води бризкальних басейнів (м ). Вирішуючи рівняння (1) відносно Сеє (при відомому значенні Сс), знаходять значення Сбб3. Визначають надходження важкого металу з об'єкту R3 - градирень. 3.1. Кількість важкого металу на вході у градирні: dGBX = Q H x C c o x d T 3.2. Кількість важкого металу на виході з градирень: BM Мають: н С г х dx dG B Mx = {Он - QKB x Q B - витрати води градирень випаровуванням (тис.м3); Сг - концентрація важкого металу у градирнях (мг/дм3). 3.3. Зміна кількості важкого металу у водному об'ємі градирні за d : dG r =V r xdC c , де Vr - об'єм води в басейні градирні (м3). де - витрати води градирень краплинним віднесенням (тис.м3); со — н — ^кв — в г — г uv»/p \£-) 4. Визначають надходження важкого металу з об'єкту R4 - ставка-охолоджувача. 4.1. Кількість важкого металу на вході ставкаохолоджувача: 4.2. Кількість важкого металу на виході ставка-охолоджувача: l x C c o x d x + Qcox0xdx 4.3. Зміна кількості важкого металу у ставку-охолоджувачі за d : dGC0 х С с х dx - Q^ x C c x dx + Q r x C r x dx + Q n ) K x C B X x dx Перетворюють даний вираз і отримують рівняння (3): -QH + Q r x C r + Qn>K Х С В Х - С С О Х кв 5. Визначають надходження важкого металу з об'єкту R5 - вузол "А": 'со dx 5.1. Кількість важкого металу на вході у вузол "А" із ставка-охолоджувача і бризкальних басей 10141 10 нів: ^вих = 2 ОЦНХСС 5.3. Виходячи з GBX=GBHX, мають: 5.2. Кількість важкого металу на виході з вузла "А": н хСс Виходячи з сутності виробничих і природних процесів, що відбуваються, складають балансову модель функціонування системи у вигхщді системи рівнянь: )хсбб = v66x -с& б (2 1 ) = Vr QKB co (4) (3 1 ) dC,CO -Qg6lxCco і (4 ) KB - Q B 6 Для зручності находження інтегралів диференційних рівнянь при находженні виразів для невідомих значень концентрацій домішок Сбб, С со і Сг на основі системи (1 і , 2', 3', 4') вводять допоміжні коефіцієнти, з урахуванням введення яких рівняння системи приймуть наступний вигляд: важкого металу у воді ставка-охолоджувача на кінець поточного/початок наступного інтервалу часу. (3) Ссо = ' концентрація важкого металу на кінець (1) 'бб І Л в А И ~ ~ ^ ' де (2) поточного інтервалу часу, що дорівнює CQ0 на початок наступного інтервалу часу (мг/дм3); ~k Cf = (3) со + п + Ат ]х ехр{- к х Ат} (4) Ссо • концентрація важкого металу на початок інтервалу часу, що розглядається (мг/дм3); Аз - допоміжний коефіцієнт. Аз= зіхС с - згхСс- ззХСВх, Використовуючи формулу (3), що складена на основі алгоритму розв'язання системи рівнянь математичної моделі, визначають концентрацію ХОЦН-QH «31= 6 Q ' Q'=Qnp+Q H +Qco+Qrn Х°цн Qr а32=ог;аз3=-2г ХОЦН-QH Qr сг з і ; 32, зз; з-коефіцієнти, що застосовують для спрощення математичного виразу. Розроблений алгоритм математичної моделі визначення концентрацій хімічних показників у воді ставка-охолоджувача АЕС може бути реалізований у вигляді машинної програми, записаної на алгоритмічному язику інтегрованого середовища Delphi 6 у версії Enterprise (Фіг.З). YO О66' Приклад. Результати визначення зміни концентрації міді у воді ставка-охолоджувача Запорізької АЕС протягом року представлені у таблиці 1. При цьому d дорівнює 1 місяцю, а Сі - це дослідне значення концентрації важкого металу в районі спорудження продувки (точка 1) (мг/дм3). 11 10141 12 Таблиця 1 Спосіб контролю якості води ставка-охолоджувача атомної електричної станції Початкові параметри Витратна частина водогосподарського балансу Місяць ставка-охолоджувача, тис.м" QB Qnp Qrn 23161, лютий 65,6 2108,3 492,0 2,4 3 бере24631, 344,4 3203,4 492,0 2,4 зень 7 квітень 697,0 2715,2 492,0 462,7 2,4 тра1041,4 1884,3 492,0 0,0 36,4 вень чер1467,8 1482,9 492,0 0,0 75,0 вень 23707, липень 1418,6 2266,5 492,0 75,0 4 сер25898, 1517,0 1780,4 492,0 76,4 пень 2 вере24416, 1016,8 2428,7 492,0 75,0 сень 6 жов25861, 483,8 3114,9 492,0 36,4 тень 0 листо25454, 33562 2261,4 492,0 2,4 пад 4 гру26455, 172,2 3267,8 492,0 2,4 день 2 Прибуткова часДх Сс Свх Он Он тина мг/дм3 мг/дм3 м3/год м3/год год 3 тис.м Опж Кінцеві параметри ДослідРозрахункове не значення значення и гк со со 3 мг/дм мг/дм3 и С (точка мг/дм 35078,4 0,0038 0,034 306000 43000 672 0,034 0,031 0,034 37497,6 0,0043 0,042 378000 86000 744 0,031 0,035 0,03 13882,3 0,0073 0,021 324000 86000 720 0,035 0,02 0,028 13740,2 0,0071 0,035 378000 172000 744 0,02 0,03 0,032 13297,0 0,0041 0,033 378000 172000 720 0,03 0,03 0,036 32081,0 0,0053 0,026 450000 172000 744 0,03 0,02 0,031 27425,1 0,0042 0,036 360000 172000 744 0,02 0,025 0,023 27371,5 0,0088 0,032 432000 129000 744 0,025 0,023 0,026 29683,6 0,0082 0,056 288000 172000 744 0,023 0,04 0,04 32166,7 0,0034 0,033 432000 129000 720 0,04 0,038 0,033 35974,8 0,0093 0,038 198000 43000 744 0,038 0,034 0,033 ІИДЖИШІНШЯ ПРОДУВКА W _ _ _ _ І ВИПАРОВУВАННЯ; вади КРАІШИННК ВІДШХВДШ г о.» с,, вологи КФЛШП-ШШ: В1ДНРСЫ1ПЯ ВИПАРОПУВЛИНЯ вшог и поди 10141 15 16 Фіг. 2 Введення вигідних даних Завдання роірахункоекх інтервахїїв часу, витрат підживлення, продувки Блок обчислення коефіцієнта Обчислення сушртшх витрат Q Оочислення допоміжних шефі ціс и 11 в А з. j{3, й І розрахункової концсігградїї у порівняти і Яіклщтппї джюми Виведення редактора на друкування Фіг. З Комп'ютерна верстка М. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислово/ власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601