ОСУШИТЕЛЬ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА И СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ТЕЧИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПУТЕМ КОНТРОЛЯ АЭРОЗОЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ

Настоящая полезная модель касается осушителя влажного воздуха и системы, включающей осушитель влажного воздуха, которая предназначена для выявления течи теплоносителя путем мониторинга аэрозольной активности, например, в помещениях АЭС с высокой фоновой влажностью, как в процессе нормальной эксплуатации АЭС, так и во время нештатных ситуаций.
Известен осушитель влажного воздуха, содержащий сушильную камеру и нагреватель, установленный снаружи сушильной камеры, причем внутри сушильной камеры установлены осушающие элементы, связанные с нагревателем капиллярной системой (Патент РФ №2360186, МПК F24F 3/14 (2006.01). Осушитель влажного воздуха. Опубликовано 27.06.2009. Бюл. №18). Известное техническое решение обеспечивает режим работы осушителя, не требующий отвода конденсата из сушильной камеры. При превышении количества влаги в климатическом объеме относительно заданного уровня циркулирующий поток воздуха направляется в сушильную камеру, влага оседает на осушающих элементах и по капиллярной системе поступает на нагревательный элемент, с поверхности которого она испаряется. Однако описанный осушитель не может служить для обнаружения течи теплоносителя путем контроля аэрозольной активности. Охлаждение воздуха после его выхода из осушителя с понижением точки росы как минимум до температуры окружающей среды приведет к выпадению конденсата в трубопроводах, на фильтрах и, как следствие, к нарушению режимов работы и выходу из строя системы обнаружения течи теплоносителя.
7
Известно устройство для осушения влажного воздуха (Патент РФ №2170392, МПК F24F 3/14. Устройство для осушки сжатого воздуха. Опубликовано 10.07.2001). Устройство включает воздушный трехпоточный теплообменник, входной и выходной коллекторы, дополнительный коллектор-влагоотделитель с камерой для накопления и отстоя конденсата, выполненный в виде опрокинутого конуса с отверстием в вершине, закрытым быстросъемной пробкой. В устройстве предусмотрен сливной конденсатопровод для перекачки конденсата из накопительной емкости в дополнительную емкость, размещенную в верхней части осушителя, а конденсатопровод снабжен клапаном, срабатывающим в зависимости от уровня накопленной жидкости. Основным недостатком изобретения является сложность конструкции.
Известна система регистрации течей теплоносителя первого контура реакторных установок (заявка на изобретение №2003131995, МПК G21C 17/07. Система регистрации течей теплоносителя первого контура реакторных установок атомных электростанций. Дата публикации заявки 10.04.2005. Бюл. №10). Известная система включает расходомер, устройство для отбора проб воздуха, модуль охлаждения отобранного воздуха, состоящий из нескольких ступеней охлаждения, датчик и эталонный измерительный канал. Принцип работы системы основан на регистрации изменения относительной влажности воздуха в помещении 1-го контура реакторной установки, где появилась течь. К недостаткам изобретения относится необходимость ограничения до низкого предела расхода воздуха при проведении измерений.
Наиболее близким техническим решением для системы обнаружения течи теплоносителя путем контроля аэрозольной активности является система, включающая влагоотделитель, обеспечивающий разделение воздуха контролируемого помещении на конденсат и воздушную среду (Патент РФ на полезную модель №82915, МПК G21C 17/032 (2006.01). Система обнаружения течи теплоносителя путем контроля аэрозольной активности в помещениях АЭС. Опубликовано 10.05.2009). В известной системе влагоотделитель представляет собой каплеотбойник центробежного типа, который соединен трубопроводом воздушной среды с устройством для измерения объемной активности, а трубопроводом подачи конденсата - с устройством измерения скорости поступления конденсата, снабженным трубопроводом сброса конденсата в спецканализацию и трубопроводом подачи конденсата в модуль измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости. Известная система не обеспечивает в достаточной степени необходимых термодинамических характеристик исследуемой среды по влажности и температуре воздуха, что приводит к выпадению конденсата в трубопроводах системы, в установке измерения объемной активности воздуха и на фильтрах.
Перед авторами стояла задача устранить указанные недостатки и разработать осушитель влажного воздуха для снижения относительной влажности воздуха и одновременного подогрева осушенного воздуха до температуры выше температуры окружающей среды, а также разработать систему обнаружения течи теплоносителя в контурах охлаждения реакторных установок, включающую предлагаемый осушитель влажного воздуха.
Для решения поставленной задачи предлагается осушитель влажного воздуха, включающий камеру охлаждения воздуха и не менее одной камеры нагрева воздуха, размещенной снаружи камеры охлаждения воздуха, на внутренней поверхности камеры охлаждения воздуха установлены радиаторы, ориентированные элементами теплосъема внутрь камеры охлаждения воздуха, между камерой охлаждения воздуха и камерой нагрева воздуха размещены элементы Пельтье, причем элементы Пельтье размещены таким образом, что их охлаждающаяся поверхность контактирует с внешней поверхностью камеры охлаждения воздуха, а нагревающаяся поверхность элементов Пельтье контактирует с внешней поверхностью камеры нагрева воздуха, на внутренней поверхности камеры нагрева воздуха установлены радиаторы, ориентированные элементами теплоотдачи внутрь камеры нагрева воздуха, под камерой охлаждения воздуха предусмотрена емкость для сбора конденсата, функционально разделенная на объем для сбора конденсата и объем для осушенного воздуха, отделенный от радиаторов камеры охлаждения воздуха отбойной пластиной и соединенный с камерой нагрева воздуха трубопроводом для отвода осушенного воздуха, а в нижней части емкости для сбора конденсата предусмотрен трубопровод для отвода конденсата.
В частном случае реализации камера охлаждения воздуха и камера нагрева воздуха могут быть выполнены с цилиндрическими боковыми поверхностями, при этом камера охлаждения воздуха размещена внутри камеры нагрева воздуха таким образом, что геометрические оси их цилиндрических поверхностей совпадают.
В частном случае реализации камера охлаждения воздуха в поперечном сечении может иметь форму прямоугольника или квадрата, при этом камера охлаждения воздуха размещена внутри камеры нагрева воздуха таким образом, что кратчайшее расстояние от любой точки боковой поверхности камеры охлаждения воздуха до соответствующей боковой поверхности камеры нагрева воздуха является постоянной величиной.
В частном случае выполнения камера охлаждения воздуха может иметь в поперечном сечении форму многоугольника, при этом снаружи граней боковой поверхности камеры охлаждения воздуха размещены отдельные камеры нагрева воздуха.
В емкости для сбора конденсата целесообразно предусмотреть не менее чем один датчик уровня конденсата.
В функциональном объеме для осушенного воздуха емкости для сбора конденсата целесообразно предусмотреть не менее чем один датчик контроля температуры осушенного воздуха.
При этом в камере нагрева воздуха целесообразно предусмотреть не менее чем один датчик контроля температуры осушенного воздуха.
Для решения поставленной задачи предлагается система обнаружения течи теплоносителя путем контроля аэрозольной активности, включающая 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. Предлагаемая полезная модель отличается от известной системы тем, что в качестве устройства, обеспечивающего разделение воздуха контролируемого помещения на конденсат и воздушную среду, в системе предусмотрен осушитель влажного воздуха, включающий камеру охлаждения воздуха и не менее одной камеры нагрева воздуха, размещенной снаружи камеры охлаждения воздуха, на внутренней поверхности камеры охлаждения воздуха установлены радиаторы, ориентированные элементами теплосъема внутрь камеры охлаждения воздуха, между камерой охлаждения воздуха и камерой нагрева воздуха размещены элементы Пельтье, причем элементы Пельтье размещены таким образом, что их охлаждающаяся поверхность контактирует с внешней поверхностью камеры охлаждения воздуха, а нагревающаяся поверхность элементов Пельтье контактирует с внешней поверхностью камеры нагрева воздуха, на внутренней поверхности камеры нагрева воздуха установлены радиаторы, ориентированные элементами теплоотдачи внутрь камеры нагрева воздуха, в камере нагрева воздуха предусмотрен не менее чем один датчик контроля температуры осушенного воздуха, под камерой охлаждения воздуха предусмотрена емкость для сбора конденсата, функционально разделенная на объем для сбора конденсата, в котором предусмотрен не менее чем один датчик уровня конденсата, и объем для осушенного воздуха, в котором предусмотрен не менее чем один датчик контроля температуры осушенного воздуха, при этом объем для осушенного воздуха отделен от радиаторов камеры охлаждения воздуха отбойной пластиной и соединен с камерой нагрева воздуха трубопроводом для отвода осушенного воздуха, а в нижней части емкости для сбора конденсата предусмотрен трубопровод для отвода конденсата.
На трубопроводе разряжения после устройства для измерения объемной активности аэрозолей целесообразно установить расходомер.
В предлагаемой системе трубопровод воздушной среды предпочтительно соединить с трубопроводом разряжения посредством байпаса.
Трубопровод воздушной среды целесообразно снабдить запорной арматурой, обеспечивающей блокировку устройства для измерения объемной активности аэрозолей.
Модуль измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости предпочтительно разместить в защитном свинцовом корпусе.
В системе целесообразно предусмотреть трубопровод сжатого воздуха, обеспечивающий подачу сжатого воздуха в модуль измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости.
Трубопровод сжатого воздуха целесообразно снабдить запорной арматурой, в качестве которой могут быть использованы ручные и/или электромагнитные клапаны.
В системе целесообразно предусмотреть трубопровод подачи химически обессоленной воды в модуль измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости.
Трубопровод подачи химически обессоленной воды целесообразно снабдить запорной арматурой.
Принцип действия заявляемой полезной модели основан на эффекте Пельтье, который заключается в выделении или поглощении теплоты в месте контакта (спая) проводников или полупроводников элементов Пельтье при прохождении через контакт электрического тока. Элементы Пельтье представляют собой термоэлектрические преобразователи, состоящие, как правило, из одной или более пар полупроводниковых материалов. Каждая такая пара содержит материал n-типа и материал р-типа, которые соединены между собой при помощи металлических контактов (перемычек). Обычно элементы Пельтье изготавливают в виде небольших параллелепипедов, но они могут иметь и другую форму. Металлические контакты (перемычки) одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей пленкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов в свою очередь соединяют между собой таким образом, что при этом образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, например, вверху - полупроводник с n>р проводимостью, а снизу полупроводник с противоположной р>n проводимостью. Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты элементов Пельтье охлаждаются, а нижние нагреваются, или наоборот. Таким образом, происходит выделение или поглощение теплоты в месте контакта (спая) полупроводников при прохождении через него электрического тока и создается разность температур.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание осушителя влажного воздуха, принцип действия которого основан на возникновении разности температур при протекании электрического тока через элементы Пельтье, и использование названного осушителя в системе обнаружения течи теплоносителя путем контроля аэрозольной активности в качестве устройства, обеспечивающего эффективное разделение воздуха контролируемого помещения на конденсат и воздушную среду. При поступлении воздуха из контролируемого помещения в камеру охлаждения воздуха осушителя, происходит контакт воздуха с радиаторами, охлаждаемыми холодной стороной элементов Пельтье, вследствие чего температура воздуха снижается и достигает значения ниже точки росы, что приводит к его конденсации на элементах радиаторов и стенках камеры охлаждения воздуха. Конденсат собирается в нижней части емкости для сбора конденсата, а затем при достижении определенного объема (уровня) конденсат автоматически переводится в измерительную камеру модуля измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости. Осушенный воздух с меньшей относительной влажностью и меньшими по размерам взвешенными каплями влаги по сравнению с соответствующими параметрами воздуха, поступающего в осушитель из контролируемого помещения, подается из верхней части емкости для сбора конденсата в камеру нагрева воздуха, в которой он дополнительно подогревается радиаторами, «снимающими» тепло с нагревающейся поверхности элементов Пельтье. Здесь осушенный воздух нагревается до температуры выше температуры окружающей среды и точки росы, что предотвращает выпадение конденсата в трубопроводе воздушной среды, на фильтре и в устройстве для измерения объемной активности аэрозолей. Подогретый таким образом осушенный воздух поступает через сухой фильтр в устройство для измерения объемной активности аэрозолей, в результате чего повышается эффективность и достоверность измерений объемной активности контролируемой воздушной среды
Ниже сущность полезной модели поясняется более подробно со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, на которых изображено следующее:
фиг.1 представляет схематически продольное сечение осушителя влажного воздуха;
фиг.2 представляет схематически систему обнаружения течи теплоносителя путем контроля аэрозольной активности.
Позиции на чертежах означают:
1 - камера охлаждения воздуха; 2 - камера нагрева воздуха; 3 - радиаторы; 4 - элементы теплосъема; 5 - элементы теплоотдачи; 6 - элементы Пельтье; 7 - емкость для сбора конденсата; 8 - объем для сбора конденсата; 9 - датчики уровня конденсата; 10 - объем для осушенного воздуха; 11 - отбойная пластина; 12 - трубопровод для отвода осушенного воздуха; 13 - датчики контроля температуры осушенного воздуха; 14 - трубопровод воздушной среды; 15 - трубопровод для отвода конденсата; 16 - осушитель влажного воздуха; 17 - модуль измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости; 18 - устройство для измерения объемной активности аэрозолей; 19 - фильтродержатель; 20 - запорная арматура в виде ручных клапанов; 21 - запорная арматура в виде электромагнитных клапанов; 22 - расходомер; 23 - трубопровод подачи химически обессоленной воды (ХОВ); 24 - трубопровод разряжения; 25 - трубопровод контролируемой среды; 26 - трубопровод сброса конденсата в спецканализацию; 27 - трубопровод сжатого воздуха; 28 - байпас; 29 - ротаметр.
Осушитель влажного воздуха, схематически показанный на фиг.1, и система обнаружения течи теплоносителя путем контроля аэрозольной активности, схематически показанная на фиг.2, являются только примерами предлагаемой полезной модели.
Осушитель 16 влажного воздуха, схематическое продольное сечение которого изображено на фиг.1, представляет собой частный случай выполнения заявляемой полезной модели и включает камеру 1 охлаждения воздуха и камеру 2 нагрева воздуха, которые выполнены с цилиндрическими боковыми поверхностями. Камера 1 охлаждения воздуха размещена внутри камеры 2 нагрева воздуха таким образом, что геометрические оси их цилиндрических поверхностей совпадают. На внутренней поверхности камеры 1 охлаждения воздуха установлены радиаторы 3, ориентированные элементами 4 теплосъема внутрь камеры 1 охлаждения воздуха. Между камерой 1 охлаждения воздуха и камерой 2 нагрева воздуха размещены элементы Пельтье 6, причем элементы Пельтье 6 размещены таким образом, что их охлаждающаяся поверхность контактирует с внешней поверхностью камеры 1 охлаждения воздуха, а нагревающаяся поверхность элементов Пельтье 6 контактирует с внешней поверхностью камеры 2 нагрева воздуха. На внутренней поверхности камеры 2 нагрева воздуха установлены радиаторы 3, ориентированные элементами 5 теплоотдачи внутрь камеры 2 нагрева воздуха. Под камерой 1 охлаждения воздуха предусмотрена емкость 7 для сбора конденсата, функционально разделенная на объем 8 для сбора конденсата, в котором предусмотрены датчики 9 уровня конденсата и объем 10 для осушенного воздуха, в котором предусмотрены датчики 13 контроля температуры осушенного воздуха. Объем 10 для осушенного воздуха отделен от радиаторов 3 камеры 1 охлаждения воздуха отбойной пластиной 11 и соединен с камерой 2 нагрева воздуха трубопроводом 12 для отвода осушенного воздуха. В нижней части емкости 7 для сбора конденсата предусмотрен трубопровод 15 для отвода конденсата.
Система обнаружения течи теплоносителя путем контроля аэрозольной активности, схематически изображенная на фиг.2, представляет собой частный случай реализации заявляемой полезной модели и включает осушитель 16 влажного воздуха, выполненный в соответствии с одним из частных решений по заявляемой полезной модели. Осушитель 16 соединен с трубопроводом 25 контролируемой среды, на котором предусмотрены запорная арматура 20, 21 и расходомер 22. Осушитель 16 соединен трубопроводом 14 воздушной среды с устройством 18 для измерения объемной активности аэрозолей, которое соединено с трубопроводом 24 разряжения, и трубопроводом 15 для отвода конденсата - с модулем 17 измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости. Модуль 17 измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости соединен с трубопроводом 26 сброса конденсата в спецканализацию. На трубопроводе 24 разряжения после устройства 18 для измерения объемной активности аэрозолей установлен расходомер 22. Трубопровод 25 контролируемой среды, на котором установлены запорная арматура 20, фильтродержатель 19 и ротаметр 29 соединен с трубопроводом разряжения 24. Трубопровод 14 воздушной среды соединен с трубопроводом 24 разряжения посредством байпаса 28. На трубопроводе 14 воздушной среды предусмотрена запорная арматура 21, обеспечивающая блокировку устройства 18 для измерения объемной активности аэрозолей. Модуль 17 измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости размещен в защитном свинцовом корпусе. В системе предусмотрен трубопровод 27 сжатого воздуха, обеспечивающий подачу сжатого воздуха в модуль 17 измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости. Трубопровод 27 сжатого воздуха снабжен запорной арматурой 20. В системе предусмотрен трубопровод 23 подачи химически обессоленной воды в модуль 17 измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости. Трубопровод 23 подачи химически обессоленной воды снабжен запорной арматурой 20, 21.
Осушитель влажного воздуха работает следующим образом. Контролируемая воздушная среда по трубопроводу 25 контролируемой среды поступает в камеру 1 охлаждения воздуха осушителя 16, охлаждается ниже точки росы с образованием капель конденсата на элементах 4 теплосъема радиаторов 3 и стенках камеры 1. Конденсат стекает в объем 8 емкости 7 для сбора конденсата, накопленный конденсат по трубопроводу 15 перетекает в измерительную камеру модуля 17. Осушенный воздух по трубопроводу 12 отводится в камеру 2 нагрева воздуха, в которой воздух подогревается за счет тепла излучаемого элементами 5 теплоотдачи радиаторов 3. Подогретый воздух по трубопроводу 14 воздушной среды через открытый клапан 21 поступает в устройство 18 для измерения объемной активности аэрозолей.
Система обнаружения течи теплоносителя путем контроля аэрозольной активности работает следующим образом. При помощи пробоотборников (на фиг. не показаны) осуществляют воздухозабор из контролируемых помещений. Отбираемый воздух поступает по трубопроводу 25 контролируемой среды в фильтродержатель 19 и в осушитель 16 влажного воздуха, где охлаждается ниже точки росы с образованием и осаждением капель воды на элементах 4 теплосъема радиаторов 3 камеры 1 охлаждения воздуха. Капли воды собираются в емкость 7 для сбора конденсата. В процессе накопления конденсата осушенный воздух подогревается и по трубопроводу 14 воздушной среды через открытый клапан 21 поступает в устройство 18 для измерения объемной активности аэрозолей. После проведения измерений контролируемый воздух выводится через трубопровод 24 разряжения. При накоплении в емкости 7 необходимого количества конденсата датчики 9 уровня конденсата выдают команду на закрытие клапанов 21 на трубопроводе 14 воздушной среды и открытие клапана 21 на трубопроводе 15 для отвода конденсата. Накопленный конденсат по трубопроводу 15 перетекает в измерительную камеру модуля 17, где производится измерение объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости с помощью, например, спектрометрического устройства детектирования на основе кристалла NaI(Tl), а избыток конденсата по трубопроводу 26 сброса конденсата в спецканализацию сбрасывается в дренажную линию. Во избежание попадания капельной влаги в устройство 18 при превышении порогового значения скорости накопления конденсата перекрывается подача воздушной среды в устройство 18, и воздушная среда отводится через байпас 28. В этой ситуации производятся только измерения активности аэрозолей, растворенных в воде (в конденсате), с помощью модуля 17. При нормализации процесса накопления конденсата возобновляются подача воздуха через устройство 18 и измерение аэрозолей, осажденных на фильтре устройства 18. После окончания измерений осуществляется промывка измерительной камеры модуля 17 химически обессоленной водой и просушка измерительной камеры модуля 17 сжатым воздухом.
Опытным путем установлено, что при отсутствии течи при заданном алгоритме работы системы скорость накопления конденсата составляет от 1,5 до 6,0 мл/час в зависимости от характеристик помещения. При скорости поступления конденсата больше или равной 350 мл/час (пороговое значение), что соответствует минимально идентифицируемой течи 100 л/час (исходные данные, определенные техническим заданием АЭС), измерения производятся в модуле 17 измерения объемной активности гамма-излучающих радионуклидов в жидкости. При уменьшении скорости накопления конденсата ниже порогового значения возобновляется подача воздуха в устройство 18 для измерения объемной активности аэрозолей и осуществляется измерение активности аэрозолей, осажденных на фильтре устройства 18. Результаты измерений, поступающие с устройств 17 и 18, обрабатываются в универсальном блоке управления устройствами измерения активности (на фиг. не показан), который обеспечивает:
- реализацию алгоритмов пробооотбора и измерения объемной активности аэрозолей;
- сбор измерительной и диагностической информации, поступающей с устройства 18 и модуля 17, и локальное представление полученной информации;
- работу устройства 18 и модуля 17 в ручном и автоматическом режимах;
- автономную работу устройства 18 и модуля 17;
- диагностику устройства 18 и модуля 17;
- передачу результатов диагностики оборудования и результатов измерений к автоматизированному рабочему месту системы;
- получение команд управления устройством 18 и модулем 17 от автоматизированного рабочего места (на фиг. не показано). Автоматизированное рабочее место обеспечивает:
- представление информации и организацию пользовательского интерфейса с оператором;
- ведение базы данных системы;
- получение оперативной информации о результатах измерений, информации о событиях, обобщенной диагностической информации от блока управления устройствами измерения;
- представление информации о результатах измерения в виде таблиц, графиков, численных значений на видеокадрах;
- представление информации о событиях в виде текстовых сообщений и протоколов;
- цветовую и звуковую сигнализацию событий;
- представление обобщенной диагностической информации;
- формирование команд для управления исполнительными механизмами по запросу оператора;
- хранение информации;
- выдачу информации о результатах измерений, информации о событиях, справочной информации по запросу;
- реализацию расчетных алгоритмов обработки информации о результатах измерений;
- контроль целостности информации, находящейся в базе данных;
- возможность репликации информации находящейся в базе данных и др.
Описанная и иллюстрируемая система обнаружения течи теплоносителя путем контроля аэрозольной активности в помещениях АЭС и осушитель влажного воздуха являются только примерами выполнения технических решений, практические детали могут широко варьироваться в пределах заявленной полезной модели. Конструкции измерительных устройств, трубопроводов и иных устройств и приспособлений, предусмотренных в системе обнаружения течи теплоносителя, могут быть полностью общепринятыми.