[1]Изобретение относится к ядерной энергетике и позволяет осуществлять контроль кипения и плотности теплоносителя в разных состояниях реактора.
[2]Известно техническое решение:
[3]RU 2032235, МПК 6 G21C 17/038. Способ контроля кипения натрия в активной зоне ядерного реактора.
[4]Сущность изобретения: измеряют импульсные акустические сигналы в трех точках, расположенных на периферии активной зоны выше головок тепловыделяющих сборок симметрично относительно ее центра. Проводят дискриминацию измеренных импульсов по амплитуде от фоновых акустических шумов. По наличию импульсов с точек контроля за промежуток времени t=l/V, где l - максимальное расстояние между датчиками; V - скорость акустического сигнала в натрии, судят о закипании натрия. Проводят сопоставление измеренных временных интервалов между импульсами с табличными значениями для каждой тепловыделяющей сборки и определяют место закипания натрия.
[5]Указанное решение предназначено для обнаружения кипения натрия в качестве теплоносителя, не учитывает особенности обнаружения кипения теплоносителя - воды в реакторах типа ВВЭР и не позволяет, соответственно, уточнить реальные условия теплосъема в конкретной активной зоне, более точно определить проектные пределы более напряженных активных зон для реакторов типа ВВЭР.
[6]Также известно решение:
[7]RU (11) 2063653, МПК 6 G21C 17/00. Детектор кипения теплоносителя на поверхности твэла в активной зоне ядерного реактора.
[8]Детектор кипения является детектором прямого заряда, в котором в качестве эмиттера электронов использован сердечник твэла, а в качестве коллектора электронов, изолированные секции, размещенные вокруг твэла. Одна из секций коллектора электронов непосредственно примыкает к оболочке твэла, а между другими секциями и оболочкой имеется зазор, внутри которого находится слой теплоносителя, факт кипения которого или его плотность устанавливаются.
[9]Однако известное решение также не позволяет применить его в реакторах ВВЭР, для которых не допускается помещать на стенки твэла посторонние элементы или вводить элементы в межтвэльное пространство из-за ухудшения теплосъема, что, соответственно, не позволяет своевременно обнаружить кипение теплоносителя в активной зоне реактора и оперативно обеспечить предотвращение ухудшения теплообмена, уточнить реальные условия теплосъема в конкретной активной зоне, более точно определить проектные пределы более напряженных активных зон. Наиболее близким к заявленному является решение: SU 865024 А1, МПК 5 G21C 17/038.
[10]Устройство для диагностики кипения теплоносителя в активной зоне ядерного реактора, содержащее детектор нейтронов, полосовой фильтр, блок сравнения, средства диагностики кипения, блок нелинейного преобразования, блок дифференцирования, первый и второй блоки определения дисперсии сигнала, блок деления.
[11]В указанном решении предложен только канал с элементами обработки сигнала, но не указан способ обнаружения кипения теплоносителя в активной зоне реактора. Предложенный в заявке канал отличается от предлагаемого тем, что требуется только заявленное разрешение регистрации изменения нейтронного потока до 0,001% при номинальной мощности реактора в заданной полосе частот. При этом можно применять любой известный метод обработки переменной части сигнала детектора нейтронов. Также предложенный канал отличается тем, что он измеряет и постоянную составляющую сигнала, пропорциональную нейтронному потоку, значение которой требует предложенный способ.
[12]При длительном кипении теплоносителя в активной зоне ядерного реактора происходит формирование отложений, что приводит к существенному ухудшению теплообмена. Кроме этого при кипении, в порах оболочки ТВЭЛ накапливаются активные примеси (литий, хлор, фтор), которые усиливают скорость коррозии сплава циркония с 1% ниобия. Контроль момента возникновения кипения теплоносителя позволит уточнить реальные условия теплосъема в конкретной активной зоне и точнее определять проектные пределы более напряженных активных зон.
[13]То есть в известном решении не обеспечены в должной мере своевременное обнаружение кипения теплоносителя в активной зоне реактора, предотвращение ухудшения теплообмена, накопление активных примесей (литий, хлор, фтор), усиливающих скорость коррозии сплава циркония с 1% ниобия, уточнение реальных условий теплосъема в конкретной активной зоне, более точное определение проектных пределов более напряженных активных зон.
[14]Таким образом, технической задачей предложенного решения является своевременное обнаружение кипения теплоносителя в активной зоне реактора, предотвращение ухудшения теплообмена, накопления активных примесей (литий, хлор, фтор), усиливающих скорость коррозии сплава циркония с 1% ниобия, уточнение реальных условий теплосъема в конкретной активной зоне, более точное определение проектных пределов более напряженных активных зон для реакторов типа ВВЭР.
[15]Решение указанной технической задачи обеспечивает использование предлагаемой совокупности существенных признаков.
[16]Способ обнаружения кипения теплоносителя в активной зоне реактора ВВЭР, включающий оценку флуктуации нейтронного потока, обработку и выделение сигналов детекторов с заданными параметрами, причем флуктуации нейтронного потока, обработку и выделение сигналов детекторов с заданными параметрами оценивают по высоте контролируемой тепловыделяющей сборки (ТВС) с учетом соответствующих компенсаций, рассчитанных по показаниям всех сборок ДН по отношению к флуктуациям нейтронного потока на входе в эту ТВС, флуктуации нейтронного потока дополнительно регистрируют, собранными в определенном порядке по высоте ТВС и равномерно распределенными в активной зоне реактора, составляющими измерительный канал, датчиками, причем при регистрации флуктуации нейтронного потока обеспечивают разрешение не более 0,001% при номинальной мощности реактора, при этом для выделения сигнала в месте расположения чувствительной части детектора компенсируют паразитные сигналы и подавляют сигналы, связанные с промышленными наводками, заданные параметры обрабатываемых сигналов устанавливают в частотном диапазоне от 0,1 Гц до 8 Гц и передают обработанные сигналы в вычислительный комплекс для их дальнейшей обработки, обеспечивающей выявление наличия кипения теплоносителя.
[17]Канал обнаружения кипения теплоносителя в активной зоне реактора ВВЭР, включающий детекторы нейтронов, полосовой фильтр для выделения частотного диапазона, характерного для диагностики кипения, блоки обработки сигнала, причем детекторы нейтронов выполнены в виде датчиков прямой зарядки с чувствительным элементом из родия, равномерно распределены по высоте контролируемой тепловыделяющей сборки (ТВС) и на входе в эту ТВС, причем параметры обрабатываемых сигналов установлены в частотном диапазоне от 0.1 Гц до 8 Гц, блоки обработки сигнала снабжены средствами регистрации постоянной составляющей сигнала детектора, пропорциональной нейтронному потоку и средствами регистрации переменной составляющей пропорциональной изменению нейтронного потока, имеющими разрешение не более 0,001% при номинальной мощности реактора, средствами компенсации паразитных сигналов для выделения сигнала в месте расположения чувствительной части детектора, средствами подавления сигналов, связанных с промышленными наводками, средствами преобразования аналогового сигнала в цифровой код для передачи сигнала в вычислительный комплекс для анализа.
[18]Предлагаемое техническое решение основано на оценке изменения относительной чувствительности флуктуации нейтронного потока по высоте контролируемой тепловыделяющей сборки (ТВС) к флуктуациям параметров теплоносителя, с учетом соответствующих компенсаций, рассчитанных по показаниям всех сборок ДН. Флуктуации нейтронного потока по высоте контролируемой ТВС оцениваются по отношению к флуктуациям нейтронного потока на входе в эту ТВС. При возникновении кипения теплоносителя существенно меняется относительная чувствительность флуктуации нейтронного потока в области парообразования к флуктуациям параметров теплоносителя. Превышение относительного значения флуктуации нейтронного потока заданного предела определяет парообразование в контролируемой ТВС. Флуктуации нейтронного потока регистрируются датчиками нейтронов (ДН), способными регистрировать флуктуации нейтронного потока в диапазоне частот примерно до 8 Гц. Датчики должны быть расположены в определенном порядке по высоте ТВС в сборке датчиков. Сборки датчиков должны быть по возможности равномерно распределены в активной зоне реактора. Штатное расположение датчиков нейтронов в активной зоне ВВЭР подходит для этого способа обнаружения кипения теплоносителя.
[19]За счет различных факторов таких как:
[20]- вращения лопаток главных циркуляционных насосов (ГЦН);
[21]- различной температуры петель теплоносителя холодных ниток 1-го контура;
[22]- неоднородности перемешивания теплоносителя в нижней камере смешения;
[23]- акустических волн и т.п.,
[24]в теплоносителе всегда есть флуктуации свойств теплоносителя. Эти флуктуации приводят к флуктуации плотности теплоносителя в активной зоне и, за счет этого, к флуктуации нейтронного потока в ТВС. Флуктуации нейтронного потока зависят от флуктуации плотности теплоносителя за счет изменения замедляющих свойств теплоносителя.
[25]Величины флуктуации нейтронного потока зависят от:
[26]- величины нейтронного потока;
[28]- чувствительности и выгорания датчика нейтронов; соотношения колебаний и величин амплитуды разных параметров теплоносителя (расход, температура, давление) и т.д. Амплитуда флуктуации нейтронного потока пропорциональна средней величине нейтронного потока. Флуктуации нейтронного потока определяются переменной составляющей тока ДН, а средняя величина нейтронного потока определяется основной составляющей тока ДН. В качестве оценочного параметра флуктуации теплоносителя выбрано значение среднеквадратичного отклонения переменной составляющей тока ДН, приведенное к усредненному току ДН. Все значения определяются на интервале анализа.
[29]Амплитуда флуктуаций нейтронного потока, без кипения теплоносителя изменяется по высоте ТВС. Это изменение зависит от соотношения амплитуд, фаз колебаний температуры, давления и расхода теплоносителя. Эти соотношения не имеют существенных различий на входе во все ТВС активной зоны в анализируемом диапазоне частот. Так как оценивается относительная чувствительность нейтронного потока по высоте тепловыделяющей сборки к нижней части ТВС, то постоянно вводится соответствующая компенсация, рассчитанная по показаниям всех сборок ДН.
[30]При возникновении парообразования относительная чувствительность нейтронного потока по высоте тепловыделяющей сборки к нижней части ТВС существенно меняется. Флюктуации параметров теплоносителя и вызванные ими деформации аксиального профиля энерговыделения приводят к высотному дрейфу границ начала и окончания парообразования, что приводит к росту нелинейности изменения плотности теплоносителя с наступлением кипения. Амплитуда колебаний плотности теплоносителя, вызванных флюктуациями его параметров, при парообразовании существенно возрастает, в результате чего чувствительность нейтронного потока, регистрируемого датчиком, к флюктуациям параметров теплоносителя увеличивается.
[31]Таким образом, локальное увеличение относительной чувствительности шума нейтронного потока к флюктуациям параметров теплоносителя служит сигналом наличия кипения теплоносителя.
[32]Для осуществления указанного способа обнаружения кипения теплоносителя подходит измерительный канал, включающий детекторы нейтронов, измерительную аппаратуру и средства предварительной обработки сигнала.
[33]В предлагаемом измерительном канале в качестве детекторов могут использоваться датчики прямой зарядки с чувствительным элементом из родия (ДПЗ), применяемые в штатных системах контроля активной зоны.
[34]Канал должен обеспечивать регистрацию постоянной составляющей сигнала детектора, пропорциональной нейтронному потоку, и регистрацию переменной составляющей, пропорциональной изменению нейтронного потока до 0,001% при номинальной мощности реактора. Измерительный канал должен обеспечивать компенсацию паразитных сигналов для выделения сигнала в месте расположения чувствительной части детектора. В измерительном канале должны подавляться сигналы, связанные с промышленными наводками. Для выделения частотного диапазона, характерного для диагностики кипения, измерительный канал должен содержать полосовой фильтр. Для передачи сигнала в вычислительный комплекс для анализа канал должен обеспечить преобразование аналогового сигнала в цифровой код.
[35]Следует отметить, что приведенная в качестве примера на Фиг.1 структура измерительного канала, поясняет конкретное решение, но, при обеспечении необходимых характеристик, может иметь структуру, отличающуюся от приведенной графики.
[36]Предложенное решение поясняется графически.
[37]На Фиг.1 представлена схема измерительного канала (канал обнаружения кипения теплоносителя в активной зоне реактора ВВЭР).
[38]На Фиг.2 представлена иллюстрация метода диагностики кипения теплоносителя.
[39]На представленных чертежах (Фиг.1, Фиг.2) позициями обозначены:
[40]1 - детекторы нейтронов;
[41]2 - дифференциальный усилитель;
[42]3 - аналого-цифровой преобразователь постоянной компоненты сигнала;
[43]4 - фильтр высоких частот;
[44]5 - усилитель сигнала;
[45]6 - режекторный фильтр;
[46]7 - усилитель сигнала;
[47]8 - полосовой фильтр;
[48]9 - усилитель сигнала;
[49]10 - аналого-цифровой преобразователь переменной компоненты сигнала;
[50]11 - блоки обработки сигнала;
[51]12 - значения динамических пределов, рассчитанных для каждого обработанного сигнала детектора, на момент анализа состояния активной зоны;
[52]13 - момент превышения динамических пределов;
[53]14 - значения анализируемых величин, полученных с помощью обработки переменой и постоянной составляющих сигналов детекторов (для ТВ С-2 два набора значений);
[54]15 - значения кривой аппроксимации анализируемых величин в местах расположения ДПЗ;
[55]16 - значения анализируемых величин на входе в ТВС, относительно которых оценивается относительная чувствительность;
[56]17 - допустимые пределы анализируемых величин на входе в ТВС, рассчитанные на момент анализа состояния активной зоны.
[57]Также на Фиг.2 показаны:
[58]ТВС-1, ТВС-2 - условные обозначения различных графиков.
[59]В соответствии с предложенным решением
[60]детекторы нейтронов 1 выполнены в виде датчиков прямой зарядки с чувствительным элементом из родия и равномерно распределены по высоте контролируемой тепловыделяющей сборки,
[61]дифференциальный усилитель 2 сигнала детектора обеспечивает компенсацию паразитных сигналов и усиление сигнала,
[62]аналого-цифровой преобразователь 3 обеспечивает обработку постоянной составляющей сигнала детектора, которая пропорциональна нейтронному потоку, фильтр высоких частот 4 служит для удаления постоянной составляющей сигнала детектора,
[63]подавление сигналов, связанных с промышленными наводками, обеспечивает режекторный фильтр 6,
[64]полосовой фильтр 8 предназначен для выделения частотного диапазона, характерного для диагностики кипения и дополнительного подавления промышленных наводок,
[65]дополнительный аналого-цифровой преобразователь 10 обеспечивает обработку переменной составляющей сигнала детектора,
[66]блоки обработки сигнала 11 образуют вычислительный комплекс внутри реакторной шумовой диагностики - ВКВРШД, принимающий данные реакторной установки, оцифрованные значения постоянной и переменной составляющих сигналов детекторов для анализа и диагностики кипения.
[67]При этом, как указывалось ранее, канал обработки переменной составляющей сигнала, пропорционального изменению нейтронного потока, имеет разрешение не более 0,001%, при номинальной мощности реактора.
