СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ПРОТЕЧЕК БАССЕЙНА ВЫДЕРЖКИ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
SYSTEM FOR MONITORING LEAKS OF COOLING POND OF NUCLEAR POWER PLANT

Изобретение относится к области измерительной и испытательной техники и направлено на мониторинг протечек в резервуарах, преимущественно в бассейнах выдержки атомных электростанций (АЭС).
Неотъемлемой частью реакторных цехов (РЦ) атомных электростанций являются бассейны выдержки (БВ) извлекаемых из реактора радиоактивных элементов и содержащих в своем составе отработанное ядерное топливо. БВ относятся к основному технологическому оборудованию РЦ, к которому предъявляются высокие требования по эксплуатационной надежности, в частности к их герметичности. Практика эксплуатации АЭС показывает, что, несмотря на тщательной контроль герметичности их стальной облицовки при сооружении БВ, подавляющее большинство бассейнов имеет большие или меньшие течи и сам факт наличия утечек из БВ экологически вредной воды является крайне нежелательным. И именно поэтому для устранения неконтролируемых утечек необходимо постоянно - ежедневно, еженедельно и в течение года проводить мониторинг протечек воды из БВ АЭС. Существующая система контроля, осуществляемая с помощью датчиков верхнего и нижнего уровня воды в бассейне, такому условию не удовлетворяет.
Известна система обнаружения течи в помещениях АЭС путем контроля аэрозольной активности, содержащая устройство, обеспечивающее разделение воздуха контролируемого помещения на конденсат и воздушную среду, соединенное трубопроводом воздушной среды с устройством для измерения объемной активности аэрозолей, а трубопроводом для отвода конденсата - с модулем измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости, при этом устройство для измерения объемной активности аэрозолей соединено с трубопроводом разряжения, а модуль измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости соединен с трубопроводом сброса конденсата в спецканализацию. Отличительной особенностью этой системы является то, что в качестве устройства, обеспечивающего разделение воздуха контролируемого помещения на конденсат и воздушную среду, предусмотрен осушитель влажного воздуха, включающий камеру охлаждения воздуха и не менее одной камеры нагрева воздуха, размещенной снаружи камеры охлаждения воздуха, а на внутренней поверхности камеры охлаждения воздуха установлены радиаторы, ориентированные элементами теплосъема внутрь камеры охлаждения воздуха. При этом между камерой охлаждения воздуха и камерой нагрева воздуха установлены элементы Пельтье. В камере нагрева воздуха имеется датчик контроля температуры осушенного воздуха, а под камерой охлаждения воздуха предусмотрена емкость для сбора конденсата, в которой установлен датчик уровня конденсата. В системе предусмотрено наличие расходомера (см. Патент РФ на полезную модель №100817, F24K 3/14, опубл. 27.12.2010 г.).
Эта система мониторинга течи теплоносителя достаточно сложна и громоздка, так как требует дополнительной подводки для периодического выполнения промывки и просушки измерительных объемов дополнительных контуров обессоленной воды и сжатого воздуха и не может быть применена в таком составе оборудования для определения наличия течей в бассейнах выдержки атомных станций.
Известна также система мониторинга течи теплоносителя в помещениях атомной станции, которая содержит линию отбора проб воздушной среды и последовательно установленные в ней охладитель, влагоотделитель с линией отвода конденсата, подогреватель газового потока, расходомер и побудитель расхода. Система снабжена установленным в линии отбора проб перед охладителем двухходовым устройством направления потока, один выход которого соединен с входом газового потока в охладитель, устройством измерения влажности и температуры, включенным в линию отбора проб за подогревателем, и линией перепуска, присоединенной одним концом ко второму выходу двухходового устройства направления потока, а другим соединенной с линией отбора проб за подогревателем. Система снабжена устройством измерения объемной активности аэрозолей, включенным в линию отбора проб за расходомером, а также устройством измерения качества конденсата, включенным за расходомером. Система имеет в своем составе два датчика температуры и датчик давления (см. Патент РФ на полезную модель №111709, G21C 17/02, опубл. 20.12.2011 г.).
Однако и эта система имеет свои недостатки и прежде всего ей, как и вышеописанному аналогу, свойственны из-за наличия в своем составе вакуумного насоса и компрессорной холодильной машины сложность и громоздкость.
К числу недостатков данной системы следует отнести и отсутствие в ее составе современных средств автоматизации вычислительных операций, связанных с показаниями измерительных приборов, датчиков температуры, давления, расходомера, поскольку искомая величина объемной аэрозольной активности воздушной среды в контролируемых помещениях определяется исходя из измеряемой активности остаточных аэрозолей в осушенных пробах и вычисляемого соотношения между количеством осаждаемых в конденсате аэрозолей и остаточным количеством аэрозолей, содержащихся в осушенных пробах. Эта система также не может быть применима для мониторинга протечек бассейнов выдержки АЭС, так как используются иной принцип определения протечек и оборудование.
По конструктивному исполнению и принципу функционирования ни один из аналогов не может быть определен в качестве прототипа. Задача по осуществлению мониторинга утечек бассейна выдержки АЭС решается путем создания системы, основанной на измерении параметров приборов электронными средствами.
Технический результат - снижение громоздкости системы мониторинга протечек бассейна выдержки и ее автоматизация достигается тем, что она содержит совокупность датчиков в виде датчика расхода воды, поступающей по трубопроводу из устройства очистки, датчика уровня жидкости, установленного на штатных гнездах водозамещающих изделий, двух датчиков температуры и влажности, размещенных каждый из них на входе и выходе вентиляции реакторного зала. При этом все выходы перечисленных датчиков электрически соединены через устройство ввода с контроллером, связанным своим выходом с входом сигнализатора превышения допустимого уровня утечек радиационной воды и соединенным с компьютером, причем контроллер имеет блок ввода информации о количестве обслуживающего персонала и водозамещающих изделий, а для обеспечения постоянного функционирования система снабжена блоком бесперебойного питания. В качестве датчиков температуры и влажности в системе применен термометр-психрометр.
Изобретение проиллюстрировано чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид бассейна выдержки со схемой мониторинга, на фиг. 2 показана схема основных размеров бассейна выдержки, а на фиг. 3 показана блок-схема управления процессом мониторинга протечек бассейна выдержки, программный алгоритм действия системы отражен на фиг. 4.
Система мониторинга протечек бассейна выдержки содержит совокупность датчиков, включающую датчик 1 расхода воды, поступающей по напорному трубопроводу 2 устройства 3 очистки, датчик 4 уровня жидкости, установленного в бассейне выдержки 5 на штатных гнездах водозамещающих изделий (твэлов), два датчика 6 температуры и влажности, размещенных на входе 7 и выходе 8 вентиляции 9 реакторного зала 10 с реактором 11. При этом все выходы перечисленных датчиков 1, 4 и 6 электрически соединены через устройство ввода 12 с контроллером 13, связанным своим выходом 14 с входом 15 сигнализатора 16 превышения допустимого уровня утечек радиационной воды. Контроллер 13 подключен к компьютеру 17 и имеет блок 18 ввода информации о количестве обслуживающего персонала и водозамещающих изделий, например твэлов, и их объеме. А чтобы обеспечить постоянное функционирование системы, она снабжена блоком 19 бесперебойного питания от сети с напряжением 220 В. В качестве датчика 6 температуры и влажности применен термометр-психрометр. Бассейн выдержки 5 соединен трубопроводом 20 с устройством 21 охлаждения воды и трубопроводом 23 с устройством 22 фильтрации. При каждом реакторе 11 имеется в зависимости от его типа один или два бассейна выдержки 5, а также в каждом бассейне - один трубопровод с ДУ=100 мм или два трубопровода с ДУ=100 мм и с ДУ=50 мм для обмывки изделий водозамещения. При наличии дополнительного трубопровода 24 с ДУ=50 мм устанавливается и дополнительный датчик 25 расхода воды в бассейне выдержки 5, подключенный, как и датчик 2. Имеется также и датчик 26 температуры в реакторном зале, подключенный через устройство 12 к контроллеру 13. Контроллер 13 предназначен для сбора аналоговых сигналов со всех датчиков 1, 4, 6, 26 и при наличии с датчика 25, преобразования их в цифровую форму и последующей дальнейшей обработки и программного расчета в соответствии с предложенным уравнением водного баланса бассейна выдержки 5, например для случая с двумя трубопроводами 2 и 24 с ДУ=100 мм и ДУ=50 мм.
откуда
УТ
1
100
50
N
ИСП
2
W=W+W+W+W-W-W,
УТ
где W - объем утечки воды из бассейна выдержки;
100
W - количество воды, добавляемое в бассейн выдержки из трубопровода с ДУ=100 мм за контролируемое время ΔT;
50
W - количество воды, добавляемое в бассейн выдержки из трубопровода с ДУ=50 мм за то же время;
N
W - количество влаги, испаряемой N сотрудниками обслуживающего персонала в учтенное время;
ИСП
W - количество влаги, испаряемой с поверхности бассейна выдержки за контролируемый интервал времени;
2
W - уровень воды в бассейне выдержки на конец контрольного интервала времени;
2
W - начальный уровень воды Н до проведения его измерения.
Полученный итоговый результат передается контроллером 13 в компьютер 17 для анализа, накопления данных и их распечатки.
Учитываются также потери от функционирования устройств 21 и 22, как испарения. Все исходные данные для нахождения каждого члена уравнения водного баланса бассейна выдержки 5 известны и считываются с показаний датчиков 1, 4, 6 и 26, берутся из размеров бассейна, паспортов имеющегося оборудования, необходимых табличных данных и температуры в реакторном зале, после чего программно заносятся в контроллер 13 в соответствии с существующим алгоритмом с получением расчетного фактического уровня имеющейся утечки радиационной воды за учитываемый момент времени (фиг. 4). Мониторинг протечек бассейна выдержки 5 проводится постоянно, то есть ежедневно, ежемесячно и в течение года, что позволяет отслеживать общее состояние потерь экологически опасной воды, не допуская критического его уровня, а при обнаружении такового принимаются меры по поиску течи и ее устранению. Расчет протечек бассейна выдержки 5 без дополнительного трубопровода с ДУ=50 мм проводится без учета его наличия аналогичным образом.
Система мониторинга протечек бассейна выдержки атомной электростанции работает следующим образом. В рабочий режим система мониторинга вводится включением блока бесперебойного питания с фиксацией времени начала измерений и с помощью блока 18 вводят информацию о количестве водозамещающих изделий и наличии обслуживающего персонала. Контроллер 13 через устройство 12 ввода опрашивает поочередно датчик 1 расхода воды, поступающей по напорному трубопроводу 2 с ДУ=100 мм, а при наличии трубопровода 24 с ДУ=50 мм и датчик 25 расхода воды устройства 3 очистки воды, датчик 4 уровня жидкости бассейна выдержки с первоначальным его значением Н, а также два датчика 6 температуры и влажности на входе и выходе вентиляции 9 реакторного зала 10 и датчика 26 его температуры.
Очевидно, что расход из бассейна выдержки h путем испарения зависит от расхода воздуха, проходящего через реакторный зал 10, от влажности воздуха на входе в реакторный зал и влажности непосредственно его воздуха, а также зависит от температуры окружающей среды. Количество уносимой влаги из бассейна выдержки будет определяться как разность между влагосодержанием воздуха на входе и выходе в реакторный зал 10, датчиками 6 температуры и влажности вентиляции 9. Кроме того, учитываются потери влаги за период контрольного времени и в устройствах 21 и 22 соответственно охлаждения и фильтрации воды. Температура окружающей среды, контролируемая датчиком 26, также учитывается при расчете потери влаги. Опросив все датчики и преобразовав их сигналы, решив уравнение водного баланса БВ 5, контроллер 13 направляет результаты измерений в компьютер 17 для дальнейшей их обработки и накопления, проведения анализа результатов измерений и их распечатки. При получении результата расчета наличия протечек выше допустимой нормы сигнал с контроллера 13 поступает на сигнализатор 16, информационно оповещающий об уровне имеющегося превышения. В зависимости от уровня превышения принимаются меры по обнаружению и устранению протечек бассейна выдержки.
Предлагаемая система систематического мониторинга протечек бассейнов выдержки позволяет с использованием современных средств вычислительной техники обнаружить вовремя появление протечек и, не допуская до критического уровня, принимать меры к их устранению (ремонту), исключая таким образом возникновение аварийных ситуаций в работе атомных электростанций.