Система акустического контроля течи трубопровода АЭС
SYSTEM OF ACOUSTIC LEAK MONITORING OF NPP PIPELINE

Изобретение относится к контролю герметичности оборудования потенциально опасных промышленных объектов, и в частности, может быть использовано для обнаружения, локализации и определения величины утечки теплоносителя из трубопроводов первого контура водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР).
Из уровня техники известна акустическая система контроля течей «ALUS», предназначенная для обнаружения и контроля течи теплоносителя (см. сайт в Интернет http://www.diaprom.com/projects/?p=4).
Комплект технических средств системы содержит: акустические датчики для преобразования акустических волн в электрические сигналы, набор усилительно-преобразовательных модулей, выполняющих усиление, фильтрацию и оцифровку сигналов акустических датчиков, расчет среднеквадратичного значения сигналов, сравнение их с пороговым значением, выдачу сигнала тревоги. Перечисленные электронные компоненты размещены в гермооболочке реакторной установки (РУ), другие электронные компоненты системы, обеспечивающие прием, накопление и передачу их для обработки в вычислительное устройство, устройства записи и длительного хранения данных расположены в помещении свободного доступа с нормальными условиями эксплуатации электронных компонент.
Недостатком системы является относительно невысокие показатели надежности. Указанный недостаток системы является следствием того, что существенная часть электронных компонент системы, а именно ее аналоговая часть, размещена в гермооболочке реакторной установки, где условия эксплуатации характеризуются такими внешними воздействующими факторами, как интенсивное ионизирующее излучение, повышенная температура, возможные воздействия перегретого пара, различных водных дезактивирующих растворов, электромагнитного поля и др., а так же тем, что доступ к электронным модулям, расположенным в гермооболочке реакторной установки, необходимый для проведения технического обслуживания системы, ограничен в течение длительного технологического цикла ее работы.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе является «Система акустического контроля течи (САКТ)» (см. Атомная энергия, т. 103, вып. 6, декабрь, 2007, с. 342-347).
В состав САКТ входят акустические датчики, расположенные на контролируемом оборудовании в помещении гермооболочки реакторной установки, коробки коммутационные, линии связи, соединяющие акустические датчики с входными цепями территориально удаленного программно-технического комплекса (ПТК). ПТК включает набор усилительно-преобразовательных модулей, источники питания и вычислительное устройство. Взаимодействие перечисленных компонент системы и ее программное обеспечение позволяет обнаружить течь, определить ее величину и координату места течи, а также осуществить прогноз возможного развития обнаруженной течи, отобразить текущую и архивную информацию и передать результаты контроля потребителю.
Недостатком наиболее близкого решения является относительно низкая ее чувствительность, не позволяющая обнаружить малую течь. Недостаток связан с использованием в системе длинных линий связи. Необходимость в таких линиях связи обусловлена необходимостью исключения влияния деструктивных факторов на показатели надежности эксплуатации системы. Поэтому все электронные компоненты системы расположены вне гермооболочки. Реальная длина линий связи определяется удаленностью помещения, в котором размещаются системы контроля, управления и диагностики, в частности ПТК САКТ, реакторной установки. При этом возникает другая проблема, связанная с ослаблением широкополосного сигнала малой амплитуды акустического датчика при передаче его по длинной линии связи. Несмотря на то, что параметры длинной линии согласованы с выходными параметрами акустического датчика и входными цепями ПТК, имеет место ослабление передаваемого сигнала. Это снижает чувствительность, предопределяющую нижний уровень обнаружения малых течей. Уместно отметить также, что длинные линии связи вносят ощутимый вклад в стоимость системы.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является снижение ослабления сигналов акустических датчиков при передаче их к входным цепям программно-технического комплекса.
Техническим результатом изобретения является расширение динамического диапазона контролируемых течей в сторону контроля малых течей, а также улучшение технологичности монтажа аналоговых линий связи за счет существенного уменьшения их длин.
Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что система акустического контроля течи трубопровода атомной электростанции (АЭС) содержит акустические датчики, коммутационные коробки, соединенные с акустическими датчиками, программно-технический комплекс, включающий вычислительное устройство, усилительно-преобразовательные модули и источник питания, аналоговые линии связи, соединяющие коммутационные коробки с программно-техническим комплексом, при этом усилительно-преобразовательные модули объединены в блок обработки сигналов, выходы коммутационных коробок соединены с входом блока обработки сигналов посредством аналоговых линий связи, проходящих через гермопроходку гермооболочки реакторной установки АЭС, выход блока обработки сигналов соединен с входом вычислительного устройства посредством цифровой линии связи, а источник питания соединен с блоком обработки сигналов посредством линии питания.
Изобретение поясняется чертежом, на фигуре которого схематично представлена блок-схема системы акустического контроля течи трубопровода АЭС.
Предложенная система акустического контроля течи трубопровода АЭС содержит акустические датчики 1, коммутационные коробки 2, аналоговые линии 3 связи, блок 4 обработки сигналов, цифровую (информационную) линию 5 связи, программно-технический комплекс 6 (ПТК), включающий в себя вычислительное устройство 7 и источник 8 питания, линию 9 питания блока 4 обработки сигналов.
Акустические датчики 1 располагаются на контролируемом оборудовании в помещении гермооболочки 11 реакторной установки АЭС. Акустические датчики 1 соединены с коммутационными коробками 2, которые, в свою очередь, соединены с входом блока 4 обработки сигналов посредством аналоговых линий 3 связи. Каждый акустический датчик 1 соединен, преимущественно, со своей коммутационной коробкой 2, которая соединена с соответствующим входом блока 4 обработки сигналов посредством соответствующей аналоговой линии 3 связи. Коммутационные коробки 2 также расположены в помещении гермооболочки 11, а аналоговые линии 3 связи проходят через гермопроходку 10 в гермооболочке 11. Гермопроходка 10 является частью кабельных линий связи системы акустического контроля течи трубопровода АЭС и служит для изоляции проходящих через нее аналоговых линий 3 связи. Основные технические характеристики гермопроходки 10 (тип: коаксиальные, витые пары и т.п.) аналогичны типам кабельных линий связи, подключаемым к ним.
Блок 4 обработки сигналов выполнен в виде единого самостоятельного блока, который конструктивно объединяет в себе набор усилительно-преобразовательных модулей и обеспечивает выполнение функций от принятия сигналов от акустических датчиков 1 до передачи их в цифровой форме к ПТК 6.
Выход блока 4 обработки сигналов соединен с входом вычислительного устройства 7 ПТК 6 посредством цифровой линии 5 связи. Цепи питания блока 4 соединены с выходом источника 8 питания ПТК 6 посредством линии 9 питания.
При установке и расположении элементов предложенной системы на контролируемом оборудовании блок 4 обработки сигналов размещают в непосредственной близости около выхода гермопроходки 10 из гермооболочки 11 реакторной установки АЭС, что позволяет существенно уменьшить длину аналоговых линий 3 связи и за счет этого улучшить технологичность монтажа аналоговых линий 3 связи.
В качестве вычислительного устройства 7 могут использовать, например, персональный компьютер, ноутбук, промышленный компьютер, суперкомпьютер, либо иное вычислительное устройство со специальным программным обеспечением.
Предложенная система работает следующим образом. В штатном режиме функционирования системы акустические датчики 1 преобразуют акустические шумы контролируемого оборудования в электрические сигналы, которые передаются через коммутационные коробки 2, аналоговые линии 3 связи, гермопроходку 10 в гермооболочке 11 реакторной установки к входным цепям блока 4 обработки сигналов. Данные электрические сигналы в блоке 4 усиливаются, фильтруются и преобразуются в напряжение постоянного тока, пропорциональное среднеквадратичному значению амплитуды сигналов. Далее преобразованные сигналы в оцифрованном виде передаются по цифровой (информационной) линии 5 связи в территориально удаленный от гермооболочки И реакторной установки программно-технический комплекс 6 (на вычислительное устройство 7) для дальнейшей обработки. Управление работой блока 4 обработки сигналов осуществляет программное обеспечение вычислительного устройства 7 программно-технического комплекса 6. Питание блока 4 обработки сигналов осуществляется от источника 8 питания по линии 9 питания.
Техническое решение по объединению усилительно-преобразовательных модулей в единый самостоятельный конструктив - блок 4 обработки сигналов, и наличие линии 9 его питания придают блоку 4 обработки сигналов новое свойство - автономность, позволяющая разместить блок 4 в непосредственной близости к гермопроходке 10, что уменьшает длину аналоговых линий 3 связи и, за счет этого, уменьшается ослабление сигнала в них, передаваемого от датчиков 1 на блок 4. Наличие цифровой линии 5 связи, в которой не происходит ослабление сигналов, позволяет передать на любые расстояния сигналы с выхода блока 4 обработки сигналов на вход программно-технического комплекса 6 (на вход вычислительного устройства 7) для реализации алгоритма работы системы в неискаженном виде. Такая организация элементов предложенной системы и их связей между собой увеличивает чувствительность системы к обнаружению малых течей и этим расширяет динамический диапазон контролируемых величин течей теплоносителя (в сторону контроля малых течей), улучшает технологичность прокладывания аналоговых линий 3 связи, а также снижает стоимость системы в целом за счет использования меньшего количества дорогостоящей кабельной продукции для изготовления аналоговых линий 3 связи, число которых доходит до 70 штук и более на один энергоблок. Следует отметить, что предложенная система акустического контроля течи трубопровода АЭС применима вне гермооболочки 11 АЭС.
Техническая реализуемость предложенной системы обосновывается выполненными расчетами и экспериментами.