Модульная система контроля термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора
MODULAR SYSTEM FOR CONTROLLING THERMODYNAMIC ACTIVITY OF OXYGEN IN HEAVY LIQUID METAL COOLANT OF NUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в системах контроля термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора.
Известна система контроля термодинамической активности кислорода в жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора, которая содержит один датчик термодинамической активности кислорода, постоянно размещенный под уровнем тяжелого жидкометаллического теплоносителя и соединенный с измерительным блоком (Мартынов П.Н., Асхадуллин Р.Ш., Симаков А.А. и др. «Создание автоматизированной системы контроля прогнозирования и управления состоянием свинцово-висмутового (свинцового) теплоносителя и поверхностей контура ядерных энергетических установок». Сб. трудов третьей межотраслевой научно-практической конференции «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях». Обнинск. 15-19 сентября 2008 г. В 2-х томах. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2010. - т. 1. - с. 128-136).
Недостатком известной системы контроля термодинамической активности кислорода в жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора является невозможность получения истинных значений термодинамической активности кислорода в разных частях контура и при различных технологических режимах, что объясняется наличием единственного датчика в системе.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению является система контроля термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора, содержащая измерительный блок и датчики термодинамической активности кислорода, установленные в периферийной части ядерного реактора и снабженные чувствительными элементами и термоэлектрическим преобразователем, которые постоянно размещены под уровнем теплоносителя (патент РФ №2545517, МПК G21C 17/025, опубл. 10.04.2015).
Известная система контроля термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора содержит дополнительный датчик термодинамической активности кислорода, который размещен над уровнем жидкометаллического теплоносителя в центральной части ядерного реактора и установлен с возможностью периодического погружения его в теплоноситель с помощью механизма вертикального перемещения. Кроме этого, в центральной части ядерного реактора размещен датчик, постоянно погруженный под уровень теплоносителя.
Контроль термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе осуществляют в процессе эксплуатации ядерного реактора с помощью датчиков термодинамической активности кислорода путем определения численных значений термодинамической активности кислорода в «горячей» и «холодной» зонах ядерного реактора. Показатели измерений передают в единый измерительный блок. Затем определяют температурную зависимость термодинамической активности кислорода и сравнивают ее с табулированными значениями, что позволяет сделать вывод о состоянии жидкометаллического теплоносителя в ядерном реакторе, например о наличии образовавшихся примесей в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе в результате его взаимодействия с конструкционными сталями. Таким образом осуществляют постоянный контроль за поддержанием заданных значений термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе при любых предусмотренных эксплуатацией режимах. В случае нарушения работы постоянных датчиков или возникновении подозрений об их неисправности измерения осуществляют дополнительным датчиком термодинамической активности кислорода, имеющим контролирующую и резервную функции. Измерения осуществляют периодически, например 1-2 раза в месяц, для того чтобы сравнить их с показаниями постоянно действующих датчиков термодинамической активности кислорода или иметь возможность осуществить замеры термодинамической активности кислорода при выходе их из строя.
Недостатком известной системы контроля термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора является невысокая надежность ее работы, что объясняется объединением функций контроля в одном контролирующем элементе системы, состоящем из параллельно работающих датчиков термодинамической активности кислорода, сходящихся в общей «точке», которая определяет надежность работы, т.е. является слабым звеном в системе. Поскольку система контроля состоит из двух последовательно соединенных элементов (контролирующего элемента и измерительного блока), недостатком такого построения является отказ системы контроля при отказе любого из датчиков или элементов измерительного блока. Кроме этого, недостатком является возможный выход из строя механизма вертикального перемещения дополнительного датчика, обладающего контролирующей и резервной функцией, поскольку механизм как движущая часть в большей степени подвержен отказу по сравнению с неподвижными механическими частями. Кроме этого, недостатком известной системы является расположение датчиков в центральной части над активной зоной, что приводит к затесненности пространства, необходимого для равномерного распределения тяжелого жидкометаллического теплоносителя по периферийной части ядерного реактора и для перегрузки ядерного топлива.
Задачей настоящего изобретения является создание системы контроля термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора, надежно работающей в агрессивных условиях и обеспечивающей достоверный контроль за состоянием заданных значений термодинамической активности кислорода в жидкометаллическом теплоносителе при любых предусмотренных эксплуатацией режимах ядерного реактора.
Техническим результатом настоящего изобретения является независимость работы системы контроля термодинамической активности кислорода в целом от отказов в работе ее элементов, например, по причине выхода из рабочего состояния одного из измерительных каналов или его составных элементов, уменьшение затесненности пространства над активной зоной ядерного реактора путем исключения датчиков термодинамической активности кислорода из центральной части ядерного реактора при одновременном обеспечении достоверности измеренных данных термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе, которое объясняется тем, что надежные измерения можно выполнить только в периферийной проточной части ядерного реактора, в которую поступает тяжелый жидкометаллический теплоноситель с температурой центральной части, а выходит охлажденный. Кроме этого, техническим результатом является гибкость системы контроля термодинамической активности кислорода, поскольку в процессе ее эксплуатации возможно менять количество измерительных каналов без ее выключения.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной системе контроля термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора, содержащей измерительный блок и датчики термодинамической активности кислорода, установленные в периферийной части ядерного реактора и снабженные чувствительными элементами и термоэлектрическим преобразователем, которые постоянно размещены под уровнем теплоносителя, согласно заявленному изобретению измерительный блок представляет собой группу идентичных измерительных каналов, число которых соответствует количеству датчиков термодинамической активности кислорода, которые являются составными элементами измерительных каналов, при этом измерительный канал содержит промышленный компьютер, аналого-цифровые преобразователи, выходы которых подключены к промышленному компьютеру, а входы соединены с чувствительными элементами и термоэлектрическим преобразователем датчика термодинамической активности кислорода, устройство для передачи цифровых данных, вход которого подключен к промышленному компьютеру, а выход предназначен для соединения с сетью цифровых данных, и цифроаналоговые преобразователи, входы которых подключены к промышленному компьютеру, а выходы предназначены для соединения с сетью аналоговых данных.
Выполнение системы контроля термодинамической активности кислорода в виде группы идентичных измерительных каналов, каждый из которых представляет собой модуль, включающий средства контроля и средства измерения и поэтому способный работать независимо от работы других измерительных каналов. Кроме этого, модульное выполнение заявленной системы позволяет повысить надежность ее работы системы, а именно: выход из строя одного из измерительных каналов или его составных элементов не приводит к отказу системы в целом, в процессе эксплуатации системы возможно менять количество измерительных каналов без ее выключения. Исключение датчиков из центральной части реактора позволило уменьшить затесненность пространства над активной зоной, а измерения проводить только в периферийной проточной части ядерного реактора, в которой датчики расположены на входе тяжелого жидкометаллического теплоносителя с температурой центральной части ядерного реактора, и на выходе из нее, где выходит охлажденный теплоноситель, что позволяет обеспечить достоверность измеренных данных термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема системы контроля термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора.
Система контроля термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора содержит измерительные каналы 1, выполненные в виде идентичных и независимых друг от друга модулей, и датчики 2 термодинамической активности кислорода, которые являются составными элементами указанных модулей. Число измерительных каналов 1 равно числу датчиков термодинамической активности кислорода. Датчик 2 термодинамической активности кислорода содержит три чувствительных элемента 3 и термоэлектрический преобразователь температуры 4.. Измерительный канал 1 содержит промышленный компьютер 5, четыре аналого-цифровых преобразователя 6, 7, 8, 9, два цифро-аналоговых преобразователя 10, 11, устройство 12 для передачи цифровых данных. Первый, второй и третий чувствительные элементы 3 датчика 2 термодинамической активности кислорода подключены соответственно к входам аналого-цифровых преобразователей 6, 7, 8. Термоэлектрический преобразователь температуры 4 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 9. Выходы аналого-цифровых преобразователей 6, 7, 8, 9 подключены к промышленному компьютеру 5. Вход устройства 12 для передачи цифровых данных соединен с, промышленным компьютером 5, а выход устройства 12 для передачи цифровых данных предназначен для соединения с сетью цифровых данных (на блок-схеме не показана), Входы первого, второго цифро-аналоговых преобразователей 10, 11 подключены к промышленному компьютеру 5, а их выходы соединены с сетью аналоговых данных (на схеме не изображена).
Система контроля термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора работает следующим образом.
Датчики 2 термодинамической активности кислорода погружают под уровень тяжелого жидкометаллического теплоносителя в периферийной части ядерного реактора, Измерения термодинамической активности кислорода в виде электрического потенциала проводят в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе непрерывно. От чувствительных элементов 3 измеренные величины электродвижущей силы в виде электрических сигналов поступают в аналого-цифровые преобразователи 6, 7, 8. От термоэлектрического преобразователя 4 измеренная величина температуры в виде электрического сигнала поступает в аналого-цифровой преобразователь 9. При этом измеренные электрические сигналы в виде аналоговых сигналов преобразуются в цифровые сигналы. Цифровые сигналы поступают в промышленный компьютер 6, где проводится вычисление термодинамической активности кислорода и выполняется сравнение вычисленного значения с заданной величиной уставки. Из промышленного компьютера 5 результат вычислений термодинамической активности поступает в цифро-аналоговый преобразователь 10, а результат сравнений в виде управляющего сигнала поступает в цифро-аналоговый преобразователь 11. Передача данных в сеть аналоговых данных и сеть цифровых данных происходит непрерывно, что позволяет надежно контролировать термодинамическую активность кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе.