Система контроля течи теплообменника системы пассивного отвода тепла влажностным методом

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано для контроля герметичности теплообменников системы пассивного отвода тепла (СПОТ) в реакторных установках типа водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР), в том числе для обнаружения, локализации и оценки величины течи теплообменников.

Из уровня техники известна система регистрации течей теплоносителя 1-го контура реакторных установок атомной электростанции, которая включает блок контролируемых помещений с оборудованием 1-го контура реакторной установки, соединенный через воздуховоды вытяжной вентиляции с блоком каналов измерения относительной влажности воздуха в контролируемых помещениях, включающими эталонный канал, предназначенный для измерения относительной влажности наружного воздуха в помещении с измерительными каналами, при этом датчики измерительных каналов соединены с блоком управления для регистрации и сравнения показателей относительной влажности воздуха в контролируемых помещениях и в помещении с измерительными каналами (см. Патент RU 2268509, опубликован 20.01.2006).

Основной недостаток известной системы заключается в том, что устройство отбора и транспортировки воздуха из контролируемых помещений с оборудованием к датчикам влажности воздуха работает за счет вытяжной вентиляции контролируемых помещений. Это обстоятельство исключает использование этой системы в качестве основы разработки системы контроля течи теплообменников (СКТТ) СПОТ, так как в помещениях СПОТ отсутствует вентиляция. Следует также отметить в качестве недостатка системы тот факт, что использование вентиляции в качестве основы работы устройства отбора и транспортировки воздуха к датчикам влажности воздуха вносит в систему значительное количество вспомогательных узлов, что снижает показатели надежности системы в целом.

Наиболее близким решением по технической сущности к предложенному изобретению является система влажностного контроля течи трубопровода АЭС, содержащая устройство отбора и транспортировки воздуха из контролируемого объема, выполненное в виде патрубка с диафрагмой, устройство измерения влажности воздуха, включающее установленный внутри патрубка датчик влажности воздуха и соединенное с ним линиями связи информационное устройство (см. патент RU 2271045, опубликован 27.02.2006).

Недостатки указанной системы следующие:

чувствительность системы не удовлетворяет требованию, предъявляемому к величине обнаружения течи оборудования СПОТ реакторных установок (1 л/мин по конденсату). Низкая чувствительность системы обусловлена высоким установленным порогом, необходимым для недопущения ложного срабатывания системы от влияния внешних факторов, сезонных и суточных колебаний влажности и температуры наружного воздуха;

- ограниченный временем доступ к датчикам влажности, препятствующий проведению их технического обслуживания и метрологического обеспечения, обусловленный размещением датчиков влажности воздуха в помещениях ограниченного доступа, что снижает показатели надежности системы в целом;

- использование многочисленных (до 50 шт.) и длинных (до 150 м) электрических линий связи для передачи аналоговых сигналов датчиками влажности воздуха в измерительно-вычислительный комплекс, снижающих точность определения параметров течи и вносящих существенный вклад в стоимость системы, так как линии связи выполнены из дорогостоящей кабельной продукции.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание системы контроля течи теплообменника СПОТ, лишенной указанных недостатков, а именно системы, обладающей повышенной чувствительностью обнаружения течи теплообменника, имеющую более высокие показатели надежности и использующую линии связи, не приводящие к снижению точности определения параметров течи и не вносящих существенного вклада в стоимость системы в целом.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности системы, повышение точности определения параметров течи и показателей надежности эксплуатации, а также расширение перечня оборудования реакторной установки, оснащенного техническими средствами оперативного контроля его герметичности.

Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что система контроля течи теплообменника пассивного отвода тепла влажностным методом содержит устройство отбора и транспортировки воздуха из контролируемого объема, выполненное в виде патрубка с диафрагмой, устройство измерения влажности воздуха, включающее установленный внутри патрубка первый датчик влажности воздуха и соединенное с ним линиями связи информационное устройство, в качестве контролируемого объема устройство отбора и транспортировки воздуха использует объем воздуха, заключенный под кожухом теплообменника, устройство измерения влажности воздуха дополнительно включает второй датчик влажности воздуха, размещенный в помещении воздухозабора, сообщенном с кожухом теплообменника, и блок обработки сигналов, размещенный в помещении теплообменника, выход каждого датчика влажности воздуха с помощью соответствующей аналоговой линии связи соединен со входом блока обработки сигналов, а выход блока обработки сигналов с помощью цифровой линии связи соединен с информационным устройством, патрубок с диафрагмой и первым датчиком влажности воздуха расположены в помещении теплообменника, при этом один конец патрубка расположен в контролируемом объеме, а второй - в полости воздуховода теплообменника, соединенного с кожухом теплообменника.

Кроме того, блок обработки сигналов может включать модуль преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму.

Изобретение поясняется чертежом, на фигуре которого схематично изображена структурная схема СКТТ и размещение ее элементов в СПОТ.

СПОТ состоит из четырех независимых контуров естественной циркуляции, по одному на каждую циркуляционную петлю реакторной установки (РУ). Каждый контур включает в себя до трех теплообменников 1. Теплообменник 1 предназначен для конденсации пара, поступающего из парогенератора в режиме полной потери атомной станцией источников электроснабжения.

Теплообменник 1 заключен в кожух 2, одна сторона которого (верхняя часть) соединена (сопряжена) с воздуховодом 3, а другая сторона (нижняя часть) сообщена с помещением 4 воздухозабора. Теплообменник 1 имеет воздушные затворы 5 и 6. Теплообменник 1 с воздуховодом 3 расположены в помещении 7 теплообменника 1. Обслуживаемые помещения 7 теплообменника 1 и помещения 4 воздухозабора являются помещениями свободного доступа.

Предложенная система контроля течи теплообменника системы пассивного отвода тепла влажностным методом содержит: устройство отбора и транспортировки воздуха из контролируемого объема, включающее вытяжной патрубок 8 с установленной на нем диафрагмой 9, расположенной между соединенными друг с другом фланцами с центральными отверстиями, диаметр которых меньше или равен внутреннему диаметру патрубка 8; устройство измерения влажности воздуха, включающее первый датчик 10 влажности воздуха, установленный внутри патрубка 8 (корпус датчика 10 установлен снаружи патрубка 8, а чувствительный элемент датчика 10 установлен внутри патрубка 8), второй датчик 11 влажности воздуха, блок 12 обработки сигналов, короткие электрические аналоговые линии 13 и 14 связи, соединяющие выходы соответственно датчиков 10 и 11 со входами блока 12, информационное устройство 15, вход которого соединен с выходом блока 12 с помощью цифровой (информационной) линии 16 связи.

В качестве контролируемого объема устройство отбора и транспортировки воздуха использует объем воздуха, заключенный под кожухом 2 теплообменника 1, при этом устройство отбора и транспортировки доставляет воздух из контролируемого объема к первому датчику 10 влажности воздуха.

Участок вытяжного патрубка 8 с установленными на нем диафрагмой 9 и первым датчиком 10 влажности воздуха расположены в помещении 7 теплообменника 1 (размещены в любом месте помещения 7). При этом один конец патрубка 8 (нижний торец) расположен в контролируемом объеме, а второй конец (верхний торец) - в полости воздуховода 3 теплообменника 1.

Блок 12 обработки сигналов включает модуль преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму, при этом блок 12 также размещен в помещении 7 теплообменника 1 (в любом месте).

Второй датчик 11 влажности воздуха размещен в помещении 4 воздухозабора (в любом месте помещения 4). Датчик 11 осуществляет учет сезонных изменений, т.е. регистрирует сезонные и суточные изменения (колебания) влажности воздуха в помещении 4.

Информационное устройство 15 может быть расположено в любом месте, территориально удаленном от помещений 4 и 7. Устройство 15 проводит анализ поступающей от блока 12 информации и выдает сообщения потребителю о параметрах течи теплообменника 1.

Короткие аналоговые линии 13 и 14 связи позволяют передавать аналоговые сигналы от датчиков 10 и 11 на расположенный недалеко от датчиков 10 и 11 блок 12, где они оцифровываются и уже в оцифрованном виде передаются с помощью одной длинной цифровой линии 16 связи на информационное устройство 15.

Предложенная система работает следующим образом. При работе реакторной установки в штатном режиме воздушные затворы 5 и 6 закрыты (имеются небольшие щели), температура воздуха под кожухом 2 теплообменника 1 равна 278,5°С, температура воздуха в его воздуховоде 3 соответствует температуре окружающего воздуха и не превышает 50°С.Наличие разности температуры в указанных местах создает поток воздуха через вытяжной патрубок 8, доставляющий его из контролируемого объема к датчику влажности 10. Диафрагма 9 ограничивает расход воздуха через патрубок 8 до величины, обеспечивающей нагрев датчика 10 не выше его допустимой рабочей температуры, с другой стороны, обеспечивающей его температуру выше максимально возможной температуры воздуха в помещении 4 воздухозабора. Выполнение последнего условия гарантирует обнаружение течи теплообменника 1 при всех допустимых температурах воздуха в помещении 4. Таким образом, диафрагма 9 обеспечивает температурный баланс и сдерживает температуру до необходимой величины.

Датчики 10 и 11 влажности воздуха постоянно измеряют относительную влажность и температуру воздуха в местах их установки. Сигналы от датчиков 10 и 11 передаются по коротким электрическим линиям 13 и 14 связи на входы блока 12 обработки сигналов, где они преобразуются в цифровую форму и с выхода блока 12 обработки сигналов по длинной информационной линии 16 связи без искажения передаются в информационное устройство 15. Информационное устройство 15 по данным относительной влажности и температуры воздуха вычисляет абсолютную влажность воздуха в местах их установки и постоянно анализирует на предмет обнаружения течи. После установления факта течи проводит оценку ее величины.

Факт обнаружения течи теплообменника 1 устанавливают при статистически значимом превышении разности абсолютной влажности воздуха под кожухом 2 теплообменника 1 над абсолютной влажностью воздуха в помещении 4 воздухозабора заданного значения порога с требуемой достоверностью вывода. Использование показаний датчика 11 влажности воздуха в помещении 4 воздухозабора позволяет существенно (в разы) снизить величину порога обнаружения течи, и тем самым повысить чувствительность системы.

Оценку величины течи теплообменника определяют из соотношения

где G - величина течи (расход), кг/мин;

ρ₁ - абсолютная влажность воздуха в момент установления факта течи, кг/м;

ρ₂ - абсолютная влажность воздуха на текущий момент времени, кг/м;

ρ_вх1 - абсолютная влажность воздуха в помещении 4 воздухозабора на момент установления факта течи, кг/м³;

ρ_вх2 - абсолютная влажность воздуха в помещении 4 воздухозабора на текущий момент времени, кг/м³;

t₁ - момент времени установления факта течи, с.

t₂ - текущий момент времени, с.

V - объем воздуха под кожухом 2 теплообменника 1, м³.

Таким образом, совокупность существенных признаков, связанных с выбором контролируемого по влажности воздуха объема, установкой патрубка 8 в помещении 7 так, что один его конец расположен в контролируемом объеме, а другой в полости воздуховода 3, введением в систему дополнительного датчика 11 влажности воздуха, размещением блока 12, датчиков 10, 11 влажности воздуха в обслуживаемых помещениях 4, 7, выполнением линий связи комбинированными при одновременном разделении линий связи на короткие аналоговые линии 13, 14, передающие аналоговые сигналы, и длинную информационную линию 16 связи, позволило разработать систему контроля течи теплообменника СПОТ, обладающей повышенной чувствительностью обнаружения течи, имеющую повышенные показатели надежности и точности определения параметров течи. Использование предложенной системы позволяет расширить перечень оборудования реакторной установки, оснащенного техническими средствами оперативного контроля его герметичности.

Техническая реализуемость изобретения подтверждается положительными результатами расчетов и экспериментов.