Пробозабірна система і спосіб взяття проби із атмосфери захисної оболонки реактора ядерної установки

1. Пробозабірна система (1, 1') для взяття проби із атмосфери у захисній оболонці (2) реактора ядерної установки, яка містить з'єднаний з вакуумною системою (12) і з аналітичною системою (14), введений у захисну оболонку (2) пробозабірний трубопровід (8), причому на розміщеному у захисній оболонці (2) впускному кінці пробозабірного трубопроводу (8) встановлений дросельний пристрій (30). 2. Пробозабірна система (1, 1') за п.1, яка відрізняється тим, що пробозабірний трубопровід (8) виконаний у вигляді тонкої труби з номінальним внутрішнім діаметром до 15мм, переважно у вигляді капілярної труби з номінальним внутрішнім діаметром 1-5мм. 3. Пробозабірна система (1, 1') за пп.1 або 2, яка відрізняється тим, що дросельний пристрій (30) має вільний поперечник для потоку від 0,05 до 2мм, переважно близько 0,5мм. 4. Пробозабірна система (1, 1') за одним із пп.1-3, яка відрізняється тим, що дросельний пристрій (30) містить фільтр (32). 5. Пробозабірна система (1, 1') за одним із пп.1-4, яка відрізняється тим, що аналітична система (14) має підігріваний зовнішній корпус (16). 6. Пробозабірна система (1, 1') за одним із пп.1-5, яка відрізняється тим, що зовнішня ізоляція виконана зі здатністю забезпечення теплових втрат, менших, ніж 100Вт/м2, зокрема менших, ніж 50Вт/м2. 7. Пробозабірна система (1, 1') за одним із пп.1-6, яка відрізняється тим, що її система електрожив 2 (19) 1 3 86262 4 бірний трубопровід (8) тиск у ньому обмежують на рівні максимум близько 60% від тиску у захисній оболонці (8) реактора. 18. Спосіб за п.17, який відрізняється тим, що розрідження спонтанно утворюють за допомогою швидкодійних клапанів і вакуумного резервуара зворотної подачі. 19. Спосіб за пп.17 або 18, який відрізняється тим, що після взяття проби здійснюють зміну тиску зі зворотним промиванням аналітичних приладів і пробозабірного трубопроводу. 20. Спосіб за одним із пп.17-19, який відрізняється тим, що об'єм проби для окремого аналізу об межують на рівні до одного літра і/або на рівні радіоактивності до 1010 Беккерелів. 21. Спосіб за одним із пп.17-20, який відрізняється тим, що введення проби у пробозабірний трубопровід (8) здійснюють з дроселюванням. 22. Спосіб за одним із пп.17-21, який відрізняється тим, що при значеннях парціального тиску пари у кілька бар у місці взяття проби шляхом зниження тиску у аналітичному блоці до значення 1 бар уникають досягнення точки роси у вимірюваному газі. 23. Спосіб за одним із пп.17-22, який відрізняється тим, що додаткове виміряне значення концентрації водню у захисній оболонці (2) реактора визначають методом теплового ефекту. Винахід стосується пробозабірної системи для взяття проб із атмосфери захисної оболонки реактора ядерної установки. Крім того, він стосується способу взяття таких проб. У ядерній установці при неполадках і особливо у аварійних ситуаціях із втратою теплоносія може статися значне вивільнення радіоактивності. При цьому всередині захисної оболонки, що оточує реактор, може утворитися і вивільнитися водень, причому внаслідок можливого утворення вибухонебезпечної газової суміші може скластися загроза пошкодження захисної оболонки реактора внаслідок неконтрольованої водневої реакції. Тому для запобігання утворенню такої вибухонебезпечної газової суміші у захисній оболонці ядерної установки були розроблені різні концепції, згідно з якими у разі потреби здійснюється інертизація атмосфери у захисній оболонці. При цьому може бути передбачене, наприклад, контрольоване підпалювання чи спалювання утворюваного водню у атмосфері захисної оболонки. При цьому вміст водню у атмосфері оболонки надійно зменшують, щоб він не перевищив межі вибухонебезпечної концентрації у газовій суміші, вище якої може виникнути неконтрольована воднева реакція. Альтернативно або додатково може бути передбачене також контрольоване введення інертного газу, наприклад азоту, у атмосферу захисної оболонки реактора, в результаті чого завдяки високій частці інертного газу у атмосфері захисної оболонки займання газової суміші неможливе. Одначе для контрольованого і відповідного потребі поводження в таких аварійних ситуаціях, тобто, наприклад, цілеспрямованого введення інертних газів, необхідне надійне визначення поточного дійсного стану атмосфери захисної оболонки. Внаслідок очікуваних у таких аварійних ситуаціях порівняно агресивних умов для конструктивних вузлів і деталей через можливе радіаційне випромінення і/або хімічну активність складових атмосфери контроль атмосфери та її складових з використанням безпосередньо отриманих істинних значень за допомогою системивимірювання чи аналізу на-можливий з достатньою точністю і надійністю. Одначе для того, щоб все ж таки поточний істинний стан атмосфери вважати основою для керування необхідними заходами, може бути здійснене так зване взяття проб, при якому беруть називану також пробою, незначну кількість атмосфери захисної оболонки реактора і подають до станції аналізу і оцінки, розміщеної поза захисною оболонкою. Спосіб взяття такої проби і пристрій, придатний для здійснення способу, відомі, наприклад, із [публікації DE 41 26 894 А1. 16.02.1993]. У такій відомій системі для взяття проб у розміщеній поза захисною оболонкою шафі з аналітичним обладнанням висушують узяту газову пробу, а потім за допомогою аналізатора теплопровідності вимірюють концентрацію водню у сухому газі. Для того, щоб на основі цього значення визначити дійсну концентрацію водню у захисній оболонці реактора, здійснюють корекцію із вмістом пари у атмосфері захисної оболонки. Цю корекцію здійснюють зазвичай з урахуванням умов насичення з тиском і температурою всередині захисної оболонки. При цьому наявні у атмосфері захисної оболонки дійсний вміст пари і дійсна концентрація водню через можливо наявне перегрівання не можуть бути визначені із задовільною точністю. Дуже відмінні стани атмосфери - від умов для насичення до стану "дуже перегріто" - спричинені наявним у атмосфері вмістом активних благородних газів і аерозолеподібних продуктів розпаду, які - в залежності від ходу аварії - можуть створювати потужність вторинного розпаду від кількох кіловат до кількох сотень кіловат. Крім того, слід враховувати, що у різних за висотою зонах захисної оболонки можуть спостерігатися значні перепади температури, зумовлені охолоджувальними ефектами структури, зовнішніх стінок, охолоджувальної системи і т.п. Тому дійсні значення температури атмосфери можуть відхилятися від температур насичення від 0 до 100°С і тому унеможливлюють надійний висновок щодо дійсних значень парціального тиску пари. Альтернативно безпосередньо у захисній оболонці реактора можуть бути встановлені датчики водню, які працюють за принципом теплового ефекту. Ці датчики можуть бути з'єднані з розміщеною поза захисною оболонкою вимірювальною електронікою за допомогою кабелю, стійкого проти 5 неполадок, але не проти аварій. Одначе при цьому вимірювання вмісту водню за допомогою лише цього вимірювального пристрою при зниженому вмісті кисню і особливо при середньо- і довготривало високих променевих навантаженнях більше не є можливим. Таким чином, за інертних умов надійне вимірювання концентрації водню не можливе, до того ж, цей спосіб має порівняно високу поперечну чутливість до монооксиду вуглецю, що може вивільнятися при взаємодії бетону із ядерним розплавом. Тому саме при активному втручанні у аварію і цілеспрямованому керуванні захисними заходами системи такого типу є недостатніми. Крім того, у відомих системах для взяття проб зазвичай можуть бути проаналізовані лише окремі складові, наприклад вміст водню чи кисню, причому безпосереднє визначення стану інертизації атмосфери захисної оболонки шляхом безпосереднього вимірювання вмісту пари чи діоксиду вуглецю не може бути здійснене. Тому в основі винаходу лежить задача розробки системи для взяття проб із атмосфери захисної оболонки реактора ядерної установки, за допомогою якої можливе отримання проби, придатної для надійного і точного визначення вимірювальних даних про газові складники атмосфери захисної оболонки. Крім того, має бути розроблений спосіб, особливо придатний для отримання таких проб. Стосовно системи для взяття проб ця задача згідно з винаходом вирішена шляхом застосування введеної у захисну оболонку реактора зв'язаної із вакуумною системою і аналітичною системою пробозабірної труби, на вході якої у атмосфері захисної оболонки встановлено дросельний пристрій. При створенні винаходу виходили із міркування, що для визначення точних виміряних значень, які вповні характеризують поточний дійсний стан атмосфери захисної оболонки, приготовлена проба повинна з особливо високою точністю відтворювати атмосферні умови всередині захисної оболонки. Для цього слід настійливо усувати впливи, що можуть зумовити спотворення складу проби порівняно із дійсним складом атмосфери захисної оболонки. Як було встановлено, можливим джерелом такого відхилення властивостей взятої проби від дійсних властивостей атмосфери захисної оболонки у аварійних ситуаціях може бути зазвичай здійснюване висушування аналізованогогазу і наступне врахування впливу вмісту пари з урахуванням умов для насичення у захисній оболонці. При значних вивільненнях радіоактивності і водню врахування умов насичення на основі виміряної температури атмосфери легко може призвести до помилкового визначення рівня вибухонебезпечності умов атмосфери і може зумовити застосування помилкових захисних заходів, які можуть загрожувати цілості захисної оболонки. Щоб уникнути прийняття таких граничних умов і замість них використовувати результати безпосереднього визначення параметрів атмосфери захисної оболонки навіть при можливо наявних перегріваннях чи інших обтяжливих умовах, слід 86262 6 уникати конденсації у пробозабірному трубопроводі можливо наявної у атмосфері і захопленої пробою пари навіть при перетинанні холодних зон захисної оболонки, тобто ще до досягнення вимірювального пристрою. Для забезпечення таких умов з високою експлуатаційною надійністю і пасивним чином, тобто без потреби у активних керуючих втручаннях ззовні, система взяття проби розрахована на дотримання перегрітого стану при транспортуванні проби пробозабірним трубопроводом. Це досягається шляхом постійного підтримання розрідженого стану у пробозабірному трубопроводі під час транспортування взятої проби. При цьому розрідження, встановлене перед взяттям власне проби з транспортувальних міркувань, підтримують також під час транспортування проби у пробозабірному трубопроводі шляхом відповідного дроселювання пробозабірного трубопроводу на його вході. Для простого і надійного підтримання розрідження при транспортуванні проби пробозабірним трубопроводом він виконаний переважно у вигляді тонкої труби з номінальним внутрішнім діаметром до 15мм, а особливо переважно - у вигляді капілярної труби з номінальним внутрішнім діаметром від 1 до 5мм. До того ж, завдяки такому виконанню пробозабірного трубопроводу забезпечується незначний об'єм узятої проби, тому навіть при порівняно високій інтенсивності радіоактивного випромінювання у атмосфері захисної оболонки загальна кількість радіоактивних речовин, винесених пробою із захисної оболонки реактора, може бути незначною. Крім того, пробозабірний трубопровід із такими розмірами має особливо високу надійність проти пошкоджень, оскільки навіть при повному обриві пробозабірного трубопроводу зумовлене цим витікання із захисної оболонки у довкілля незначне порівняно з розрахунковим витіканням, передбаченим для нормальної експлуатації. Завдяки цьому можна зовсім відмовитися від передбачених у традиційних системах для взяття проб для запобігання можливим значним витіканням подвійних запірних пристроїв, встановлених у місцях пропускання крізь захисну оболонку. Крім того, капілярні труби з діаметром 3мм і товщиною стінки лише 0,5мм мають розрахунковий тиск понад 50 бар, що принципово підвищує надійність проти відмови при розрахункових тисках захисної оболонки, наприклад 5 бар. При використанні, наприклад, 5-10 пробозабірників досягається економія 10-20 запірних пристроїв. З одного боку це дає значну економію коштів, а з іншого - завдяки відмові від запірної арматури у цій зоні - уможливлює оптимальне перегрівання проби також у місці введення труби. Як дросельний пристрій може бути використаний окремий дросель або, наприклад, для забезпечення більшого вхідного діаметра також багатоступеневий дросель або дросель на основі пористого елемента. Дросельний пристрій має переважно вільний поперечник потоку від 0,05 до 2мм, переважно близько 0,5 мм. Саме у комбінації з передбаченими розмірами пробозабірного трубопроводу при такому виконанні системи для 7 взяття проб безпосередньо після взяття проби пасивними засобами забезпечується зниження тиску у пробозабірному трубопроводі до значення, меншого, ніж 50 % від тиску всередині захисної оболонки реактора. Таким чином дроселюванням забезпечується передбачене осушення газу і перегрівання відносно оточення у всій зоні пробозабірного трубопроводу всередині захисної оболонки. У зоні пропускання пробозабірного трубопроводу крізь зовнішню стінку захисної оболонки також забезпечуються значно сприятливіші умови, оскільки лише при високих значеннях парціального тиску пари у кілька бар може бути легко досягнуте нагрівання до температур, наприклад, 50-80°С - зокрема шляхом додаткового нагрівання за допомогою низькотемпературного нагрівального елемента - і таким чином надійно залишатися нижче критичних температур, наприклад, для бетону - близько 80-100°С. Дросельний пристрій переважно оснащують фільтрувальним вузлом, чим виключається погіршення функціонування внаслідок потрапляння грубозернистих забруднень чи т.п.Фільтрувальний вузол, який може бути розрахований також на затримання грубого аерозолю, містить переважно пористий фільтрувальний матеріал, наприклад, спечений метал чи тканину із металевих волокон. Крім того, за допомогою додаткового короткочасного зворотного промивання стисненим повітрям чи азотом, переважно із балона високого тиску з тиском >10 до тиску балона, наприклад, 100 бар, забезпечується надійне очищення можливо забрудненого дросельного пристрою. Для забезпечення надійної оцінки взятої проби і зокрема для порівняно точного аналізу принесених пробою газових складових передбачене безпосереднє підігрівання пробозабірного трубопроводу поза захисною оболонкою, а під'єднана до пробозабірного трубопроводу аналітична система поміщена у підігріваний корпус типу термостату. Цей корпус виконано таким чином, що може бути здійснений аналіз узятої проби у діапазоні температур близько 120°С, або - при значному надлишковому тиску у захисній оболонці реактора - до 160°С. В результаті надійно усувається конденсація водяної пари навіть при оцінці взятої проби, завдяки чому можуть бути отримані особливо точні виміряні значення для окремих газових складових у атмосфері захисної оболонки. Особливо висока експлуатаційна надійність і механічна міцність системи для взяття проб може бути досягнута шляхом поміщення пробозабірного трубопроводу у захисну трубу. Для того, щоб з міркувань особливо високої експлуатаційної надійності кількість активних конструктивних вузлів всередині захисної оболонки була якомога меншою, вакуумна система пробозабірної системи розміщена переважно поза захисною оболонкою. При цьому як вакуумна система може бути використаний розміщений поза захисною оболонкою насосний пристрій, наприклад, мембранний вакуумний насос або струминний насос. Альтернативно або додатково для створення швидкого вакуумного імпульсу може бути використаний вакуумний резервуар, оснащений швид 86262 8 кодійним клапаном. У разі багатоканального виконання пробозабірної системи, тобто у разі паралельного під'єднання кількох пробозабірних трубопроводів, замість центрального вакуумного вузла можуть бути передбачені окремий для кожного пробозабірного трубопроводу вакуумний насос, зокрема вакуумний мікронасос. Для забезпечення якомого( коротшого шляху транспортування проб аналітична система розміщена переважно поблизу захисної оболонки реактора. Аналітична система може містити зокрема кілька адсорбційних колонок, причому у різних колонках здійснюють відокремлення газових складових, а потім їх селективне вимірювання у детекторах теплопровідності на виході колонки. При цьому навіть у малому об'ємі проби газу, наприклад, менше, ніж 1л, за допомогою адсорбційних колонок може бути здійснений комплексний аналіз вмісту водяної пари, а також за допомогою паралельно під'єднаних адсорбційних колонок - аналіз вмісту водню, кисню, діоксиду вуглецю і/або монооксиду вуглецю, а також можливо благородних газів навіть за аварійних умов. На основі даних аналізу поряд із оцінкою потенціалу загрози атмосфери захисної оболонки може бути отримана конкретна інформація про можливі пошкодження активної зони реактора та її стан - наприклад, при виявленні CO. Альтернативно або додатково для підвищення надійності може бути безпосередньо у вимірюваній газовій суміші здійснене визначення концентрації водню у термостаті за допомогою детектора теплопровідності, а також визначення вмісту пари за допомогою ємнісного полімеру. Відповідні мікропроцесорні вузли системи обробки, чутливі до радіоактивного випромінювання і до температури, розміщують окремо, поза термошафою, і екранують. При цьому система функціонує таким чином, що вимірювальні датчики кожного разу після здійсненого аналізу промивають інертним газом, завдяки чому суттєво зменшується променеве навантаження зони аналізу порівняно із безперервним аналізом. Керування системою і пристроями здійснюють переважно за допомогою вільно програмованого цифрового обладнання, завдяки чому, наприклад, в залежності від конкретного конструктивного виконання установки - з урахуванням різних проміжків часу транспортування проб - відповідні вакуумні імпульси можуть бути узгоджені на місці шляхом зміни параметрів. Завдяки високоякісній ізоляції