Установка радиометрическая многопараметрическая
RADIOMETRIC MULTIVARIATE PLANT

Заявляемое техническое решение относится к области измерительной техники в атомной энергетике, в частности на атомных электростанциях (АЭС), и предназначено для радиационного контроля газоаэрозольных выбросов реактора в вентиляционную трубу энергоблока АЭС, а именно для измерения и мониторинга объемной активности радиоактивных выбросов, содержащих аэрозоли, пары йода-131 и инертные газы.
Известен спектрометрический газовый монитор гамма-излучения, включающий устройство детектирования гамма-излучения газовых сред, содержащее измерительную камеру, размещенное в свинцовом защитном блоке, при этом устройство детектирования соединено с пробоотборной системой и цифровым анализатором спектра, спектрометрический монитор снабжен расходомером и устройством накопления и обработки информации, соединенным с цифровым анализатором спектра, при этом устройство детектирования включает полупроводниковый детектор гамма-излучения на основе особо чистого германия, размещенный в измерительной камере, выполненной в геометрии сосуда Маринелли, и снабжено электроохладителем, защитный блок выполнен в виде 4π-защиты и представляет собой контейнер с двойными стенками, образующими внутренний объем, заполненный свинцовой дробью, при этом верхняя часть защитного блока выполнена съемной, в пробоотборной системе предусмотрены трубопровод подачи контролируемой газовой среды и трубопровод подачи сжатого воздуха, снабженные запорной арматурой, выходящие в трубопровод подачи среды, на котором установлен расходомер, пробоотборная система снабжена контроллером управления, связанным с устройством накопления и обработки информации, и соединена с устройством детектирования трубопроводами подачи и отвода среды (патент на полезную модель РФ №91779, дата публикации 27.02.2010, МПК G21C 17/032 «Устройство детектирования гамма-излучения газовых сред и спектрометрический газовый монитор гамма-излучения»).
Недостаток известного устройства заключается в том, что оно снабжено одной линией контролируемой газовой среды, которая предназначена только для мониторирования гамма-излучения радиоактивных газов одним устройством детектирования. В этой линии применяются электромагнитные клапаны, размещенные как до устройства детектирования, так и после, что усложняет управление работой, а именно в части регулирования расхода газовой среды. Использование собственного насоса в данном устройстве не предусмотрено.
Известен монитор радиоактивных аэрозолей, йода и инертных газов с непрерывным контролем воздуха в выбросах в вентиляционных коммуникациях или рабочих зонах, на одной пневматической линии которого размещены последовательно: блок детектирования аэрозолей, блок детектирования йода, блок детектирования инертных газов, регулирующий клапан и насос (см. функциональную схему установки PING 206S, серия RAMSYS, на сайте http://ristec.ru/downloads/ping_206s_rus.pdf).
В данном устройстве в первой пневматической линии последовательно расположены три блока детектирования (аэрозолей, йода, инертных газов), а вторая пневматическая параллельная линия предназначена для исследования пробы в лабораторных условиях, то есть параллельная линия в оперативном анализе не участвует. Автоматической подстройки скорости потока воздуха не предусмотрено. Регулирование потока воздуха в первой линии осуществляется вручную регулирующим клапаном, который размещен перед регулируемым насосом, что приводит к снижению точности измерений, снижению надежности работы и избыточному расходу контролируемой газовой среды.
В аналоге автоматически поддерживается постоянный объем пробы измеряемой газовой среды в единицу времени при помощи одного управляемого насоса при работе в штатном режиме. Но при выходе из строя управляемого насоса не обеспечивается возможность работы установки без насоса путем подключения к центральной воздушной магистрали АЭС и не обеспечивается возможность подключения резервных неуправляемых насосов.
Кроме того, в аналоге отсутствуют расходомер и управляемый вентиль с целью обеспечения одинакового объема пробы, что приводит к снижению точности измерений и надежности работы устройства.
Прототипом является установка радиометрическая РКС-07П. В структурно-функциональной схеме установки РКС-07П (ЖШ1.289.404С1) без собственного насоса на одной пневматической линии размещен блок детектирования инертных газов грубого поддиапазона (на основе проточной камеры), из которого результаты замеров, пройдя через соединительное устройство, поступают в единое устройство обработки. (Установка радиометрическая РКС-07П. Технические условия 95 2191-90 ЖШ1.289.404. ТУ Установка радиометрическая РКС-07П. Руководство по эксплуатации. ЖШ1.289.404.РЭ).
На второй параллельной пневматической линии последовательно размещены:
устройство детектирования альфа- и бета-аэрозолей, состоящее из блока детектирования и одного блока усиления и обработки импульсных сигналов, из которого результаты замеров передаются в единое устройство обработки;
далее устройство детектирования йода, состоящее из блока детектирования йода и двух блоков усиления и обработки импульсных сигналов, из которых результаты замеров передаются в единое устройство обработки;
а также блок детектирования инертных газов чувствительного поддиапазона на базе ионизационной камеры, результаты замеров из которого передаются в блок усиления и обработки импульсных сигналов, размещенный в устройстве детектирования йода.
Расходомеры и насос могут подключаться как в начале, так и в конце единой пневматической линии. В этих же местах линии устанавливают вентили, а управляемые клапаны отсутствуют.
Недостаток прототипа заключается в том, что в установке РКС-07П отсутствует собственный насос, что приводит к снижению надежности работы и увеличению времени на подключение внешней насосной системы.
К недостаткам прототипа можно отнести то, что в РКС-07П поток воздуха регулируется ручным способом, то есть клапанами с ручным управлением, регулируемыми на основании показаний одного расходомера, то есть в функциональной схеме отсутствуют управляемые клапаны.
Приведенная конфигурация структурно-функциональной схемы не поддерживает постоянный объем пробы измеряемой газовой среды в единицу времени, что снижает надежность работы и функциональные возможности установки, в том числе возможность автоматизации.
Задача заявляемого технического решения заключается в повышении надежности работы радиометрической установки.
Поставленная задача решается благодаря тому, что установка радиометрическая многопараметрическая, содержащая измерительную систему, состоящую из трех независимых измерительных каналов контроля объемной радиоактивности инертных газов, аэрозолей и йода, каждый из которых содержит соответствующее устройство детектирования, содержащее по крайней мере один блок детектирования, и устройство накопления и обработки результатов замеров, а также содержащая пробоотборный тракт, включающий две независимые линии подвода воздуха, установка снабжена устройством автоматической поддержки расхода воздуха, включающим единое прокачивающее устройство в виде насоса постоянного разрежения, размещенного в выходном трубопроводе выведения воздуха, причем каждая независимая линия подвода воздуха снабжена электрически управляемым клапаном и устройством измерения скорости потока воздуха, связанными с устройством накопления и обработки результатов замеров, включающим блок аналого-цифрового преобразования и микропроцессор для статистической обработки результатов замеров, при этом каждое устройство накопления и обработки результатов замеров связано с устройством управления и отображения результатов замеров.
Применение в радиометрической установке единого прокачивающего устройства в виде насоса постоянного разрежения, размещенного в выходном трубопроводе выведения воздуха, позволяет использовать только один насос и создавать постоянное одинаковое разрежение во всех пневматических линиях, что позволяет повысить надежность и экономичность работы установки.
Применение в установке электрически управляемого клапана и устройства измерения скорости потока воздуха, связанных с устройством накопления и обработки результатов замеров, включающим микропроцессор, позволяет оперативно в автоматическом режиме отслеживать и регулировать расход воздуха в пробе, что обеспечивает поддержание изокинетического режима пробоотбора воздуха.
Кроме того, в данной установке есть возможность работы без насоса постоянного разрежения с помощью ее подключения к центральной воздушной магистрали АЭС или, в другом варианте, использования резервных неуправляемых насосов в случае выхода из строя насоса постоянного разрежения, что увеличивает надежность работы установки за счет обеспечения равноценного дублирования.
Каждое устройство накопления и обработки результатов замеров обеспечивает проведение предварительной обработки сигналов от блоков детектирования в виде аналоговых импульсов посредством их аналого-цифрового преобразования и цифровой обработки, что повышает надежность, экономичность и точность работы устройства.
Наличие отличительных признаков в заявляемом техническом решении позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».
Существенные признаки заявляемого изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления.
Сущность технического решения поясняется фиг. 1, на котором изображена структурно-функциональная схема радиометрической многопараметрической установки.
Установка радиометрическая многопараметрическая состоит из трех независимых измерительных каналов контроля объемной радиоактивности газовой среды.
Один измерительный канал, предназначенный для контроля радиоактивности инертных газов, содержит устройство детектирования объемной активности бета-активных радионуклидов инертных газов (устройство детектирования инертных газов), состоящее из двух блоков 1 и 2 детектирования грубого и чувствительного поддиапазонов, и устройство накопления и обработки результатов замеров 3 (УНО результатов замеров инертных газов) объемной активности бета-активных радионуклидов.
Второй измерительный канал, предназначенный для контроля радиоактивности аэрозолей, содержит устройство детектирования объемной активности альфа- и бета-радиоактивных аэрозолей (устройство детектирования аэрозолей), состоящее из одного блока 4 детектирования аэрозолей, и устройство накопления и обработки результатов замеров 5 (УНО результатов замеров аэрозолей).
131
Третий измерительный канал, предназначенный для контроля радиоактивности йода, содержит устройство детектирования объемной активности паров изотопа йода I (устройство детектирования йода), состоящее из одного блока 6 детектирования йода, и устройство накопления и обработки результатов замеров 7 (УНО результатов замеров йода).
Входной трубопровод 8 радиометрической установки связан с устройством отбора пробы воздуха (на фиг. не показано) из вентиляционной трубы АЭС, выходной трубопровод 9 радиометрической установки, через который выводится газовая среда после проведения замеров, связан с системой выведения воздуха АЭС (на фиг. не показана).
Установка радиометрическая снабжена устройством автоматической поддержки расхода воздуха, включающим единое прокачивающее устройство 10 в виде насоса постоянного разрежения, размещенного в выходном трубопроводе 9 выведения воздуха.
Установка радиометрическая снабжена пробоотборным трактом, состоящим из двух независимых линий - газовой и аэрозольно-йодной.
В газовой линии размещены два блока 1 и 2 детектирования инертных газов грубого и чувствительного поддиапазонов.
В аэрозольно-йодной линии размещены последовательно блок детектирования 4 аэрозолей и блок детектирования 6 йода.
При этом каждая независимая линия снабжена электрически управляемыми клапанами 11 и 12, размещенными перед блоками детектирования 1 и 2 в газовой линии, и за блоками детектирования 4 и 6 - в аэрозольно-йодной линии.
Также в газовой линии размещено устройство 13 измерения скорости потока воздуха, размещенное за блоками 1 и 2 детектирования инертных газов, а в аэрозольно-йодной линии соответствующее устройство 14 измерения скорости потока воздуха размещено за управляемым клапаном 12.
В каждой линии электрически управляемый клапан и устройство измерения скорости потока воздуха связаны с одним УНО результатов замеров, включающим микропроцессор.
УНО результатов замеров используется во всех измерительных каналах - контроля инертных газов, аэрозолей, йода, при этом конфигурация его программного обеспечения под решаемую задачу задается через программное меню.
Устройство детектирования инертных газов состоит из двух блоков 1 и 2 детектирования, каждый из которых соединен с УНО 3 результатов замеров инертных газов, встроенное программное обеспечение которого выполняет задачу детектирования инертных газов грубого и чувствительного поддиапазонов.
Устройство детектирования аэрозолей состоит из блока 4 детектирования аэрозолей, связанного с УНО 5 результатов замеров аэрозолей, встроенное программное обеспечение которого выполняет задачу детектирования аэрозолей.
Устройство детектирования йода состоит из блока 6 детектирования йода, связанного с УНО 7 результатов замеров йода, встроенное программное обеспечение которого выполняет задачу детектирования йода.
Все УНО результатов замеров связаны с одним устройством 15 управления и отображения результатов замеров, которое, в свою очередь, связано с автоматизированной системой радиационного контроля АЭС (на фиг. не показано) и подключено к устройствам внешней сигнализации, обеспечивающей обобщенную световую и звуковую сигнализацию превышения установленных порогов или возникшей неисправности.
В функциональной схеме радиометрической установки размещены фильтры (на фиг. не показаны): в одной независимой линии подвода воздуха фильтр аэрозолей и йода установлен перед устройством детектирования инертных газов, в другой линии - фильтр аэрозолей установлен между устройством детектирования аэрозолей и устройством детектирования йода.
Установка радиометрическая многопараметрическая работает следующим образом.
Контролируемая проба воздуха отбирается с помощью устройства отбора пробы воздуха (на фиг. не показано), вход которого находится в вентиляционной системе АЭС, а выход соединяется с входным трубопроводом 8 радиометрической установки.
Далее проба воздуха одновременно поступает в две раздельные пневматические линии пробоотборного тракта радиометрической установки: газовую и аэрозольно-йодную.
В газовой линии проба воздуха проходит через управляемый клапан 11, поддерживающий заданный объемный расход и обеспечивающий изокинетичность отбора пробы, при этом сигнал управления клапаном 11 подается от УНО 3 результатов замеров инертных газов устройства детектирования инертных газов.
Далее проба воздуха, поступившая в газовую линию, проходит через фильтр, где очищается от аэрозолей и изотопов йода, после чего поступает в устройство детектирования инертных газов.
Затем проба воздуха проходит через устройство измерения скорости потока воздуха 13, вырабатывающий сигнал, поступающий в УНО 3 результатов замеров инертных газов устройства детектирования инертных газов, при этом на основании этого сигнала УНО 3 вырабатывает сигнал управления управляемым клапаном 11, расположенным в начале газовой линии.
Проба, поступившая в аэрозольно-йодную линию, проходит через устройство детектирования аэрозолей, затем проходит через фильтр, в котором доочищается от аэрозолей, и поступает в устройство детектирования йода.
Затем проба воздуха проходит через управляемый клапан 12, поддерживающий заданный объемный расход и обеспечивающий изокинетичность отбора пробы, далее поступает на устройство 14 измерения скорости потока, вырабатывающее сигнал, соответствующий текущему расходу воздуха. Данный сигнал поступает в УНО 5 результатов замеров аэрозолей устройства детектирования аэрозолей, которое вырабатывает управляющий сигнал для управляемого клапана 12.
Аналогично, устройство измерения скорости потока 14 производит управляющий сигнал, который поступает на УНО 7 результатов замеров йода устройства детектирования йода, которое вырабатывает управляющий сигнал для управляемого клапана 12.
Далее пробы воздуха в газовой и аэрозольно-йодной линиях объединяются в выходной трубопровод 9 и поступают на прокачивающее устройство 10, создающее разрежение в трубопроводе. С выхода прокачивающего устройства 10 объединенная проба воздуха поступает обратно в вентиляционную трубу АЭС.
В случае необходимости временной замены штатного насоса используется внешнее прокачивающее устройство в виде подключения к центральной воздушной магистрали АЭС или использования резервных неуправляемых насосов.
Измерение объемной активности в газовом канале происходит следующим образом.
Используются блоки детектирования грубого 1 и чувствительного 2 поддиапазонов. Блок детектирования 2 чувствительного поддиапазона выполнен на основе ионизационной камеры и вырабатывает последовательность электрических импульсов, длительность которых обратно пропорциональна объемной активности бета-активных радионуклидов инертных газов в исследуемой пробе воздуха. УНО 3 результатов замеров инертных газов данного блока детектирования 2 инертных газов измеряет длительность импульсов и преобразует эти значения в цифровые значения объемной активности.
Блок детектирования 1 инертных газов грубого поддиапазона выполнен на основе проточной камеры со сцинтилляционным детектором и вырабатывает последовательность статистически распределенных аналоговых импульсов, амплитуда которых пропорциональна энергии, а скорость счета - объемной активности бета-активных радионуклидов инертных газов в исследуемой пробе воздуха.
УНО 3 результатов замеров инертных газов данного блока детектирования 1 производит оцифровку аналоговых импульсов с помощью аналого-цифрового преобразователя, накапливает импульсы в виде спектра, после чего производится подсчет количества импульсов в заданной зоне спектра. Полученная промежуточная величина преобразуется в объемную активность.
Полученные результаты объемной активности инертных газов выводятся на индикатор УНО 3 результатов замеров инертных газов записываются в архив устройства 15 накопления и отображения результатов замеров, а также передаются на верхний уровень в автоматизированную систему радиационного контроля АЭС.
Результаты представлены в двух формах: интегральной (накопленные и усредненные от начала рабочей смены до текущего момента) и дифференциальной (объемная активность, измеренная за последний интервал времени измерения), при этом дифференциальная форма показывает динамику изменения объемной активности. В случае превышения установленных пороговых значений измеряемых параметров объемной радиоактивности срабатывает световая и звуковая сигнализация.
Измерение объемной активности в аэрозольно-йодной линии происходит следующим образом.
Блок детектирования 4 альфа- и бета-объемной активности аэрозолей содержит два детектора, работающих в совмещенном (оперативное измерение во время отбора пробы воздуха) и размещенном (измерение по истечении суток после отбора пробы, во время отстоя пробы) режимах.
Используется сцинтилляционный детектор, на выходе которого - последовательность статистически распределенных аналоговых импульсов, амплитуда которых пропорциональна энергии, а скорость счета - объемной активности. УНО 5 результатов замеров аэрозолей оцифровывает импульсы с помощью аналогово-цифрового преобразователя, накапливает импульсы в виде спектра, после чего производится разделение спектра на зоны альфа и бета, в каждой зоне подсчет количества импульсов производится отдельно. Полученные промежуточные величины преобразуются в альфа- и бета-объемную активность аэрозолей.
Полученные результаты альфа- и бета-объемной активности аэрозолей выводятся на индикатор УНО 5 результатов замеров аэрозолей записываются в архив устройства 15 накопления и отображения результатов замеров, а также передаются на верхний уровень в автоматизированную систему радиационного контроля АЭС.
Результаты измерения объемной активности представлены в двух формах: интегральной и дифференциальной.
Блок детектирования 6 объемной активности йода работает в совмещенном режиме. Используется сцинтилляционный детектор, на выходе которого - последовательность статистически распределенных аналоговых импульсов, амплитуда которых пропорциональна энергии, а скорость счета - объемной активности. УНО результатов замеров йода 7 оцифровывает импульсы с помощью аналогово-цифрового преобразователя, накапливает импульсы в виде спектра, после чего производится разделение спектра на основную и компенсационные зоны, причем в каждой зоне подсчет количества импульсов производится отдельно. Полученные промежуточные величины преобразуются в объемную активность йода. При этом производится компенсация мешающих нуклидов.
Полученные результаты объемной активности йода выводятся на индикатор УНО 7 результатов замеров йода, записываются в архив устройства 15 накопления и отображения результатов замеров, а также передаются на верхний уровень в автоматизированную систему радиационного контроля АЭС.
Результаты измерения объемной активности представлены в двух формах: интегральной и дифференциальной. В случае превышения установленных пороговых значений измеряемых параметров объемной радиоактивности срабатывает световая и звуковая сигнализация.
Таким образом, выполнение радиометрической многопараметрической установки, снабженной устройством автоматической поддержки расхода воздуха, включающим единое прокачивающее устройство в виде насоса постоянного разрежения с возможностью замены насоса внешним прокачивающим устройством, позволяющего создавать одинаковое разрежение в двух пневматических линиях, повышает экономичность работы установки и ведет к повышению надежности ее работы.
Каждая независимая линия подвода воздуха, снабженная электрически управляемым клапаном и устройством измерения скорости потока воздуха, связанными с устройством накопления и обработки результатов замеров, обеспечивает изокинетический режим пробоотбора воздуха и повышает надежность работы установки.
Устройство накопления и обработки результатов замеров, содержащее блок аналого-цифрового преобразования и микропроцессор для статистической обработки результатов замеров, обеспечивают проведение предварительной обработки сигналов от блоков детектирования в виде аналоговых импульсов посредством их цифровой обработки, что повышает надежность, экономичность и точность работы устройства.