СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DETERMINING LEVEL OF HEAT CARRIER IN NUCLEAR REACTOR AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к ядерной энергетике, конкретно к системе для определения уровня теплоносителя в ядерном реакторе.
Для успешного управления ядерной установкой во время аварий с потерей теплоносителя оператору необходимо иметь в своем распоряжении информацию, по которой можно оценить запас теплоносителя в первом контуре.
Ни одна из известных систем для определения уровня теплоносителя в ядерном реакторе не может быть выбрана в качестве прототипа, так как они решают поставленную задачу иным путем.
В основу изобретения поставлена задача создать принципиально новую систему для определения уровня теплоносителя в ядерном реакторе, которая позволит оператору быстрее принимать решения по ликвидации нештатной ситуации, благодаря наглядному графику зависимости веса реактора от его высоты. Это позволит существенно повысить точность и достоверность определения уровня теплоносителя и, как следствие, безопасность эксплуатации ядерного реактора.
Поставленная задача решена в системе для определения уровня теплоносителя в ядерном реакторе, содержащей набор тензометрических датчиков веса, набор датчиков давления, набор аналого-цифровых преобразователей субкомплекса сбора и обработки данных о весе ядерного реактора, набор аналого-цифровых преобразователей субкомплекса сбора и обработки данных о давлении в ядерном реакторе, операторскую станцию и сервер архивации, при этом тензометрические датчики веса соединены с аналого-цифровыми преобразователями субкомплекса сбора и обработки данных о весе ядерного реактора, датчики давления соединены с аналого-цифровыми преобразователями субкомплекса сбора и обработки данных о давлении в ядерном реакторе, первые выходы аналого-цифровых преобразователей обоих субкомплексов соединены с операторской станцией, а вторые выходы аналого-цифровых преобразователей обоих субкомплексов соединены с сервером архивации.
Заявленное изобретение поясняется чертежом и графиками, где:
фиг. 1 - принципиальная схема системы для определения уровня теплоносителя в ядерном реакторе;
рис. 1 - график зависимости уровня теплоносителя в ядерном реакторе от веса реактора и давления в реакторе;
рис. 2 - график зависимости вероятности безотказной работы системы от периода времени (5 лет или 43800 часов).
Система для определения уровня теплоносителя в ядерном реакторе включает тензометрические датчики веса ядерного реактора 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, например, работающие на сжатие низкопрофильные датчики серии RH10X из нержавеющей стали, расположенные под опорным кольцом, датчики давления 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, например, серии Метран 22-Д1-АС-1-2170, которые выдают токовый сигнал от 4 до 20 мА, расположенные на главном циркуляционном трубопроводе.
Тензометрические датчики веса 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ядерного реактора соединены с субкомплексом сбора и обработки данных о весе I ядерного реактора, в состав которого входят аналого-цифровые преобразователи в виде модулей аналогового ввода QAX. В частности, тензометрические датчики веса 1, 4, 7 соединены с входом модуля аналогового ввода QAX 19, тензометрические датчики веса 2, 5, 8 соединены с входом аналогового ввода QAX 20, а тензометрические датчики веса 3, 6, 9 соединены с входом аналогового ввода QAX 21.
Датчики давления 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 соединены с субкомплексом сбора и обработки данных о давлении II в ядерном реакторе, в состав которого входят также аналого-цифровые преобразователи в виде модулей аналогового ввода QAX. В частности, датчики давления 10, 13, 16 соединены с входом модуля аналогового ввода QAX 22, датчики давления 11, 14, 17 соединены с входом модуля аналогового ввода QAX 23, а датчики давления 12, 15, 18 соединены с входом модуля аналогового ввода QAX 24.
Первые выходы модулей аналогового ввода QAX 19, 20, 21, 22, 23, 24 соединены с операторской станцией 25 типа ММИ.
Вторые выходы модулей аналогового ввода QAX 19, 20, 21, 22, 23, 24 соединены с сервером архивации 26 типа HSR.
Операторская станция 25 и сервер архивации 26 соединены между собой.
Работа системы для определения уровня теплоносителя в ядерном реакторе осуществляется в следующем порядке.
Перед началом эксплуатации измеряют исходный вес ядерного реактора, заполненного теплоносителем. Для этого были проведены расчеты по определению веса реактора при различных давлениях, начиная с 0,1 МПа до 17 МПа и разных соотношениях жидкости и пара в нем. Реактор, полностью заполненный теплоносителем при давлении 16 МПа, весит 935 тонн. Чтобы знать, на каком уровне находится теплоноситель в реакторе при аварийной ситуации с потерей теплоносителя, нужно полученное значение веса реактора отложить на оси абсцисс и провести воображаемую линию до пересечения с графиком, который соответствует полученному значению давления. Точка пересечения укажет уровень нахождения пароводяной смеси в реакторе. Таким образом, из графика видно, что, например, при весе реактора 925 тонн и давлении 13 МПа теплоноситель опустится до уровня 9 м.
Пример 1. В штатном режиме
Энергоблок АЭС с реактором типа ВВЭР-1000 работает на номинальной мощности. При этом на входе в реактор температура теплоносителя соответствует значению 289°С, а на выходе из реактора - 322°С. Реактор заполнен теплоносителем под давлением 16 МПа полностью на высоту 12 м.
Пример 2. Во внештатном режиме
Произошел разрыв «холодной нити» главного циркуляционного трубопровода (ГЦТ). Подогретый теплоноситель выходит из реактора, а остывший - не поступает. Давление в контуре падает до значения, например, 11 МПа, теплоноситель закипает, его уровень уменьшается. Датчики давления 10, 13, 16 подают токовый сигнал на вход модуля аналогового ввода QAX 22. Далее цифровой сигнал с первого выхода QAX 22 подается на вход операторской станции 25, а второй идентичный сигнал поступает на сервер архивации 26 и хранится там.
В то же время тензометрические датчики веса 1, 4, 7 непрерывно измеряют вес ядерного реактора. При изменении веса ядерного реактора токовый сигнал от тензометрических датчиков веса 1, 4, 7 поступает на модуль аналогового ввода QAX 19, преобразуется в цифровой сигнал и подается на вход операторской станции 25 и сервера архивации 26.
Такая аварийная ситуация относится к некомпенсированной большой течи первого контура с расходом около 8000 кг/с. Обладая информацией о давлении в контуре и зная вес ядерного реактора со всеми внутрикорпусными устройствами и теплоносителем, оставшимся в нем, оператор должен принять все меры по недопущению обнажения активной зоны реактора. Оператор, имея перед глазами график зависимости веса реактора от высоты, сможет увидеть, на каком уровне находится теплоноситель в реакторе при аварийной ситуации. Из графика видно, что, например, при 11 МПа и весе реактора 930 т теплоноситель находится на высоте 9,5 м.