Система контроля течи оборудования второго контура в помещениях водо-водяного энергетического реактора
LEAK CONTROL SYSTEM OF THE EQUIPMENT OF THE SECONDARY CIRCUIT IN THE BUILDINGS OF A LIGHT WATER POWER REACTOR

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано для контроля герметичности оборудования атомных электрических станций (АЭС), в частности, для обнаружения, локализации и определения величины расхода течи оборудования 2-го контура в помещениях водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР).
Из уровня техники известна система регистрации течей теплоносителя 1-го контура реакторных установок атомной электростанции, включающая блок контролируемых помещений с оборудованием 1-го контура реакторной установки, соединенный через воздуховоды вытяжной вентиляции с блоком каналов, предназначенных для измерения относительной влажности воздуха в контролируемых помещениях, включающим 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 помещении с измерительными каналами, каждый из которых выполнен в виде расширителя, на одном торце которого установлен патрубок с фильтрующим средством, соединенный с воздуховодом, а на другом торце установлен фланец, предназначенный для крепления датчика, при этом снаружи расширителя размещена охлаждающая камера (см. Патент RU 2268509, опубликован 20.01.2006).
Недостатком такой системы является использование в качестве устройства отбора и транспортировки воздуха из контролируемых помещений к датчикам влажности воздуха вытяжной вентиляции из контролируемых помещений 1-го контура. Это обстоятельство не позволяет использовать систему для контроля течей оборудования 2-го контура водо-водяного энергетического реактора, так как его оборудование установлено, в том числе, и в сообщающихся по воздушной среде помещениях. Кроме того, сложность конструкции системы не обеспечивает требуемых характеристик по быстродействию: «временной интервал обнаружения и измерения параметров течи не более одного часа» (см. ГОСТ Р 58328-2018 «ТРУБОПРОВОДЫ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ. Концепция «течь перед разрушением»), а в системе регистрации течей теплоносителя 1-го контура реакторных установок атомной электростанции даже при оптимальной кратности вентиляции время регистрации течи составляет от 1 до 2-х часов.
Наиболее близким решением к заявленной системе является система контроля течи теплообменника пассивного отвода тепла влажностным методом. Такая система 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 с 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 (см. Патент RU 2713918, опубликован 11.02.2020).
Недостатком наиболее близкого решения является узкий диапазон ее применимости. Например, система не в состоянии в полном объеме контролировать течь разнотипного оборудования 2-го контура реакторной установки, установленного в помещениях, имеющих связь между собой по воздушной среде, расположенных как внутри, так и вне герметичной оболочки реакторной установки.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является устранение указанного недостатка, а именно расширение применимости системы путем ее адаптации к условиям работы оборудования 2-го контура реакторной установки, установленной в помещениях, связанных между собой общей воздушной средой и расположенных как внутри, так и вне герметичной оболочки реакторной установки.
Техническим результатом изобретения является повышение показателей надежности работы оборудования 2-го контура реакторной установки за счет обеспечения возможности своевременного обнаружения, локализации течи и определения величины расхода течи, а также расширение перечня технических средств контроля течи оборудования АЭС.
Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что система контроля течи оборудования второго контура в помещениях водо-водяного энергетического реактора содержит устройство измерения влажности воздуха, включающее датчики влажности воздуха, блок обработки сигналов, с входами которого с помощью аналоговых линий связи соединены выходы датчиков влажности воздуха и информационное устройство, вход которого соединен с помощью цифровой линии связи с выходом блока обработки сигналов, по меньшей мере один датчик влажности воздуха размещен в контролируемом помещении с установленным в нем контролируемым оборудованием, а остальные датчики влажности воздуха размещены по меньшей мере в одном вспомогательном помещении, сообщенном воздушной средой с контролируемым помещением, при этом блок обработки сигналов включает модуль суммирования сигналов, в котором выходные и входные сигналы находятся в соотношении
где
A1–значения сигналов абсолютной влажности воздуха в контролируемом помещении с учетом перетечки влажного воздуха из контролируемого помещения по меньшей мере в одно вспомогательное помещение;
A2 – значения сигналов абсолютной влажности воздуха в контролируемом помещении без учета перетечки влажного воздуха из контролируемого помещения по меньшей мере в одно вспомогательное помещение;
n – число вспомогательных помещений;
i
– значение абсолютной влажности воздуха по меньшей мере в одном вспомогательном помещении при наличии течи оборудования в контролируемом помещении;
o,i
– значение абсолютный влажности воздуха по меньшей мере в одном вспомогательном помещении при отсутствии течи оборудования в контролируемом помещении;
- значение абсолютной влажности воздуха в контролируемом помещении при наличии течи оборудования;
o
– значение абсолютной влажности воздуха в контролируемом помещении при отсутствии течи оборудования.
Изобретение поясняется чертежом, на фигуре которого схематично показана структурная схема компонентов системы контроля течи оборудования 2-го контура в помещениях водо-водяного энергетического реактора.
На чертеже для простоты понимания расположения и связи компонентов заявленной системы показано одно контролируемое помещение 1 с установленным в нем контролируемым оборудованием (не показано), подлежащим контролю по величине расхода течи. Такое контролируемое помещение 1 подлежит идентификации его положения среди других контролируемых помещений 1 реакторной установки. Также на фигуре чертежа показаны три вспомогательных помещения 2, сообщенных воздушной средой с контролируемым помещением 1 (сообщающиеся помещения 2 окружают контролируемое помещение 1 и имеют с ним связь по воздушной среде). При этом следует понимать, что при использовании заявленной системы возможно ее использование для различного множества контролируемых помещений 1 с установленным в нем контролируемым оборудованием, а также для различного множества вспомогательных помещений 2, сообщенных с контролируемыми помещениями 1. При этом в качестве одного или нескольких вспомогательных помещений 2 могут использовать одно или несколько других контролируемых помещений 1, которые сообщены воздушной средой друг с другом.
Предложенная система контроля течи оборудования второго контура в помещениях водо-водяного энергетического реактора содержит устройство измерения влажности воздуха, которое включает в себя совокупность датчиков 3 влажности воздуха, имеющих сенсоры влажности и температуры воздуха, блок 4 обработки сигналов, а также информационное устройство 5. При этом выход каждого датчика 3 влажности воздуха соединен с соответствующим входом блока 4 обработки сигналов с помощью своей аналоговой линии связи 6. Выходы датчиков 3 могут быть соединены с входами блока 4 через коммутационные коробки 8. Использование коммутационных коробок 8 для подключения выходов датчиков 3 влажности к аналоговым линиям связи 6 является предпочтительным, однако возможно подключение с помощью разъемов и других коммутационных устройств. Выход блока 4 обработки сигналов соединен с помощью цифровой линии связи 7 (информационной линии) с входом информационного устройства 5.
Блок 4 обработки сигналов, используемый в предложенной системе, включает модуль 9 суммирования сигналов, в котором выходные и входные сигналы находятся в соотношении
где
A1–значения сигналов абсолютной влажности воздуха в контролируемом помещении с учетом перетечки влажного воздуха из контролируемого помещения по меньшей мере в одно вспомогательное помещение;
A2 – значения сигналов абсолютной влажности воздуха в контролируемом помещении без учета перетечки влажного воздуха из контролируемого помещения по меньшей мере в одно вспомогательное помещение;
n – число вспомогательных помещений;
i
– значение абсолютной влажности воздуха по меньшей мере в одном вспомогательном помещении при наличии течи оборудования в контролируемом помещении;
o,i
– значение абсолютный влажности воздуха по меньшей мере в одном вспомогательном помещении при отсутствии течи оборудования в контролируемом помещении;
- значение абсолютной влажности воздуха в контролируемом помещении при наличии течи оборудования;
o
– значение абсолютной влажности воздуха в контролируемом помещении при отсутствии течи оборудования.
При нахождении контролируемого помещения 1 внутри герметичной оболочки (гермооболочки) реакторной установки в состав каналов измерения влажности воздуха предложенной системы входит также гермопроходка, предназначенная для трассировки аналоговых линий связи 6 к входам блока 4 обработки сигналов, который размещается вне гермооболочки.
Датчики 3 влажности воздуха располагаются в контролируемом помещении 1, а также во вспомогательных помещениях 2. При этом количество датчиков 3 в помещении 1 (помещениях 1) и помещениях 2 может быть любым в зависимости от необходимости, объема помещений, наличия определенного контролируемого оборудования и т.п.
Предложенная система работает следующим образом. Датчики 3 влажности воздуха постоянно выдают сигналы пропорциональные относительной влажности и температуры воздуха в контролируемом 1 и сообщающихся вспомогательных 2 помещениях, которые по аналоговым линиям связи 6 поступают в блок 4 обработки сигналов. Блок 4 осуществляет обработку принятых сигналов относительной влажности и температуры воздуха и преобразует их в сигнал, пропорциональный абсолютной влажности воздуха. Далее сигналы абсолютной влажности воздуха поступают на входы модуля 9 суммирования сигналов, в котором поступающие сигналы суммируются с учетом количества задействованных сообщающихся вспомогательных помещений 2, их воздушных объемов и зарегистрированных в помещениях значений абсолютных влажностей воздуха как при наличии течи, так и в ее отсутствии. Сигналы, которые оцифрованы в блоке 4 обработки сигналов, которые пропорциональны абсолютной влажности воздуха в контролируемом помещении 1, и которые учитывают утечку влажного воздуха из контролируемого помещения 1 в сообщающиеся вспомогательные помещения 2, с помощью информационной линии связи 7 поступают в информационное устройство 5, которое анализирует поступающую информацию, устанавливает факт наличия течи оборудования, проводит расчеты по идентификации места течи с точностью до конкретного контролируемого помещения 1, проводит расчеты величины расхода течи и передает результаты расчетов потребителю.
Факт наличия течи оборудования в контролируемом помещении предложенная система устанавливает при статистически значимой разности между текущим и фоновым значением абсолютной влажности воздуха.
Местоположение контролируемого помещения 1, в котором установлен факт наличия течи оборудования, система устанавливает путем нахождения соответствия кодов контролируемого помещения 1 и помещения 2, в котором канал измерения влажности воздуха зарегистрировал течь оборудования.
Величина расхода течи оборудования в контролируемом помещении 1 система рассчитывает согласно зависимости:
где G – величина расхода течи;
i
o,i
,  – значения абсолютной влажности воздуха в сообщающихся вспомогательных помещениях 2 соответственно при наличии и отсутствии течи оборудования в контролируемом помещении 1.
o
– значения абсолютной влажности воздуха, зарегистрированные в контролируемом помещении 1 соответственно при наличии и отсутствии течи оборудования;
i
V – воздушные объемы в сообщающихся вспомогательных помещениях 2;
V – воздушный объем контролируемого помещения 1;
1
t – текущее время регистрации абсолютной влажности воздуха в помещениях;
o
t – время факта установления течи оборудования.
Благодаря использованию предложенной системы, соответствующему выбору контролируемых помещений 1, размещению датчиков 3 влажности воздуха в соответствующих помещениях 1, 2, а также наличию в каналах измерения влажности воздуха модуля 9 суммирования сигналов, позволяющего на его выходе получить сигнал, пропорциональный абсолютной влажности воздуха в контролируемом помещении 1 с учетом утечки влажного воздуха из контролируемого помещения 1 в сообщающиеся вспомогательные помещения 2, обеспечивается возможность создания системы контроля оборудования 2-го контура водо-водяного энергетического реактора.
Предложенная система адаптирована к условиям работы оборудования 2-го контура реакторной установки, установленного в помещениях, связанных между собой общей воздушной средой и расположенных как внутри, так и вне герметичной оболочки реакторной установки. Использование определенным образом размещенных датчиков 3, а также блока 4 управления с модулем 9 суммирования повышает показатели надежности работы оборудования 2-го контура реакторной установки, поскольку обеспечивается своевременное обнаружение, локализация течи и определение величины расхода течи.
Техническая реализуемость предложенной системы подтверждена положительными результатами расчетов и экспериментов, проведенных на стендах отработки влажностного контроля течей оборудования АЭС.