Способ контроля атмосферы внутри защитного контейнера реакторной установки

 

Использование: для контроля атмосферы внутри защитного контейнера реакторной установки. Сущность изобретения: производят отбор пробы из защитного контейнера реакторной установки. Затем газовую смесь через измерительный трубопровод пропускают через измерительный участок и в заключение выбрасывают. Концентрацию газа снижают перед измерительным участком в разжижающей установке, причем разжижающий газ берут из источника, находящегося вне защитного контейнера. Давление разжижающего газа перед вводом его в разжижающую установку приводят в соответствие с давлением в защитном контейнере. При аварии используют участок измерения, предусмотренный для нормального режима работы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу контроля атмосферы внутри защитного контейнера реакторной установки, причем внутри контейнера предусмотрен отбор проб из газовой смеси через измерительный трубопровод, проведение ее по участку измерения и, в заключение, выброс.

Атмосфера в защитном контейнере ядерной силовой установки состоит, как правило, из воздуха, водяного пара, водорода, CO₂, инертных газов, йода и аэрозолей. При нормальном режиме работы установки эта смесь, имеющая радиоактивность примерно 10³ Бк/м³, из защитного контейнера через вентилятор отводится прямо в трубку. В случае малой аварийной утечки в первичной системе, при которой радиоактивность составляет 10³ - 10⁸ Бк/м³, газ также через вентиляционную установку отводится прямо в трубу. При более серьезных авариях, например, с расплавлением топливных элементов, радиоактивность может подняться выше 10¹⁴ Бк/м³. Вентиляционная установка при серьезных авариях запирается, после чего давление в контейнере возрастает. Для устранения слишком высокого давления защитный контейнер имеет стравливание давления через фильтровую установку (например, сухой фильтр, мокрый фильтр), в котором радиоактивность, например, по йоду и аэрозолям снижается по меньшей мере в тысячу раз. Ниже по потоку после фильтра при этом определяют радиоактивность газов на участке измерения.

Вследствие остаточной очень высокой радиоактивности в примыкающем ведущем в трубу трубопроводе чистого газа в аварийных ситуациях используемая для работы в нормальном режиме измерительная аппаратура, такая, как балансировочные фильтры и монитор аэрозоля, не могут использоваться, так как их диапазон измерений оказывается перекрытым, а управление балансировочными фильтрами было бы не обеспечено. Поэтому применяются обычно специальные приборы для аварийных ситуаций, с более высоким по радиоактивности диапазоном измерений и дорогой экранировкой, а также сложные устройства для управления балансировочными фильтрами.

В аварийном случае также нужно контролировать атмосферу и внутри защитного контейнера, до тех пор, пока не пришлось сбрасывать давление, чтобы получить сведения о нарастании и ожидаемом уровне радиоактивности. Также и в этом случае радиоактивность пробы газа слишком высока для применяемых в нормальном режиме приборов оценки.

Известно решение, согласно которому при контроле атмосферы внутри защитного контейнера реакторной установки производят отбор пробы, пропускают пробу через участок измерения и в заключении выбрасывают, при этом при аварии используют тот же участок измерения, что и для нормального режима работы. Недостатком данного известного решения является то, что в нем не производят измерения радиоактивности пробы газа.

Задачей настоящего изобретения является измерение радиоактивности газовой пробы с возможностью даже в аварийной ситуации, сопровождающейся выбросом радиоактивности, работать с использованием имеющихся измерительных приборов и аппаратов.

По изобретению это достигается за счет того, что концентрацию радиоактивности газа перед участком измерения снижают в разжижающей установке.

Преимущества изобретения заключаются среди прочего в отказе от ранее необходимых тяжелых экранов для всего участка измерения. Также экранировка для транспортировки подлежащих обмерам балансировочных фильтров отпадает, за счет чего снижается опасность для обслуживающего персонала.

На фиг. изображен пример исполнения изобретения в части выхода газа ядерного реактора на воде под давлением. Там показано: фиг. 1 упрощенная схема выхода газа из реакторной установки; фиг. 2 принципиальная схема ступени разжижения.

Показаны лишь элементы, существенные для понимания изобретения. Не изображены, например, весь первичный и вторичный контур реактора. Направление потока рабочих тел показано стрелками.

На фиг. 1 показан защитный контейнер 1 реактора. Трубопровод сброса давления, далее в своей первой части называемый трубопроводом 2 сырого газа, ведет от защитного контейнера к фильтровой установке 3. В трубопроводе сырого газа в двух параллельных ветвях расположены регулирующая арматура 25 и разрывная мембрана 26, для сброса давления при отдаленном его нарастании. В трубопроводе сырого газа находится также не изображенная система определения расхода. Находящаяся впереди фильтровая установка работает по принципу влажного фильтра, что, само собой разумеется, не является обязательным. Насадки Вентури 27 используются для распыления воды, которая очищает газ. После этого очищенные газы проходят водоотделитель 28. Газы поступают дальше во вторую часть трубопровода сброса давления, далее называемую трубопроводом 4 чистого газа, который ведет в трубу 5.

В трубопроводе 4 чистого газа расположена станция 6 отбора проб, из которой непрерывно отбирается проба газа через трубопровод 7 отбора. В качестве примера можно привести, что при общем количестве отходящего газа 20000 м³/час ответвляют примерно 10 м³/час. Эта проба газа посредством электрического или другого обогрева тела 24 обогревается предпочтительно по всей длине трубопровода 7 отбора для предотвращения выпадения конденсата.

Из трубопровода отбора частичный поток подводится к разжижающей установке 8. Она выполнена многоступенчатой и работает с определенным объемным расходом свободного от частиц сжатого воздуха. Этот воздух поступает от компрессора 11, перед которым установлен йодный фильтр и аэрозольный фильтр 12. Из нескольких ступеней разжижения в принципе обогреваются лишь обе первые ступени, так как даже при подаче на вход чистого пара по трубопроводу 4 чистого газа температура ниже точки росы после второй ступени уже невозможна.

Ниже по потоку разжижающей установки 8, которая еще будет описана ниже, поток с пробой по измерительному трубопроводу 13 поступает на собственно участок 14 измерения, который используется и при нормальной работе всей установки. Перед измерительным участком 14 измерительный трубопровод 13 через трехходовой клапан соединен с измерительным трубопроводом, используемым при нормальном режиме работы всей установки. Он ведет к отходящему газу, который всегда контролируется, забираемому из трубы 5 с помощью "граблей" 61 для заборы пробы.

Изображенный с сильным упрощением измерительный участок 14 состоит из комбинации элементов 15 аэрозольного и йодного балансировочных фильтров для прерывистого измерения. Для квазипрерывистого измерения служат аэрозольный монитор 16, йодный монитор 36 и монитор инертных газов 37. Каждый из трех мониторов оборудован детектором 38 излучения. Этим простым измерением оценивается относительная радиоактивность аэрозолей. Она, кроме того, определяет периодичность смены балансировочных фильтров.

При нормальной работе обычно проводятся выборочные измерения посредством элементов 15 раз в неделю. В аварийном случае, напротив, предусмотрено, что измерение производится каждые 4 часа. Для этого демонтируются балансировочные фильтры, приносятся в отдельное помещение и там посредством спектрометров оценивается количество специфических нуклидов.

Перед измерением промывают измерительный участок 14, чтобы вызванную компонентами инертных газов радиоактивность фильтров снизить до незначительной величины, чтобы она не искажала результатов измерения. Для этого измерительный трубопровод 13 посредством крана 34 закрывают, а трубопровод 17 промывочного воздуха открывают посредством крана 35. Посредством насоса 19 засасывают атмосферный воздух, и он попадает через йодный и аэрозольный фильтр 18 в измерительный участок. Выталкивается промывочный воздух в обратный трубопровод 9. Само собой понятно, что его можно выпустить прямо в трубу 5.

В начале измерения закрывают трубопровод 17 промывочного воздуха краном 15, а измерительный трубопровод 13 открывают краном 34. Посредством того же насоса 19 засасывается подлежащая замерам смесь. Так как этот насос рассчитан на больший расход промывочного воздуха, в случае измерения для целей регулирования засасывается и атмосферный воздух. Перед насосом по потоку для этой цели предусмотрен в ответвлении регулировочный клапан 20 с включенным перед ним аэрозольным фильтром 21.

Перед входом в часть измерительного участка с аэрозольным монитором в трубопроводе с балансировочными фильтрами установлен расходомер 22. Им измеряется расход через аэрозольный и йодный фильтры и интегрируется по времени запыления. Таким образом определяются величины концентрации радиоактивности. Чтобы вывести скорость выхода радиоактивности, коррелируют концентрацию с измерением расхода.

Хотя, как упоминалось выше, расход измеряется также в трубопроводе сырого газа, корреляция с ним могла бы привести к ошибочным результатам. Потому что при сбросе давления как раз в начальной фазе расходы в трубопроводе сырого газа и трубопроводе чистого газа могут быть очень различными. Это, например, может определяться конденсацией паровой фазы в еще холодной водяной завесе фильтровой установки 3. В результате расход измеряют еще раз в точке 23 трубопровода 4 чистого газа. Это может быть измерение с помощью насадки Вентури, или определяется измерением давления и температуры. Результат объединяется с измерением величин концентрации, чтобы определить скорость вывода радиоактивности.

Для описанного выше измерения концентрации радиоактивности внутри защитного контейнера 1 используются следующие части установки: в защитном контейнере расположена многоступенчатая разжижающая установка 40. Отбор пробы показан стрелкой 41. Подготовленная проба газа подается в трубопровод 42, ведущий к измерительному участку 14. Разжижающий газ, здесь сжатый воздух или азот, хранится в находящемся снаружи защитного контейнера баллоне 43 и через подводящий трубопровод 44 вводится в разжижающую установку.

В этом подводящем трубопроводе 44 кроме запорного крана 45 находится также редукторный клапан 46. Так как при аварийной ситуации в защитном контейнере могут возникнуть давления 1-7 бар, давление разжижающего газа в подводящем трубопроводе должно соответственно быть согласовано с этим. На исполнительный орган редукторного клапана поэтому подается давление с датчиков в подводящем трубопроводе 47 и в защитном контейнере 48.

Подводящий трубопровод 44 оборудован обогревателем 49, чтобы разжижающий воздух нагреть до уровня, по меньшей мере приблизительно равного температуре в защитном контейнере 1.

Далее в подводящем трубопроводе 44 и измерительном трубопроводе 42 предусмотрены исполнительные органы 50, 51. Они, как правило, находятся в свободном месте между защитным контейнером и внешней, не изображенной, бетонной оболочкой. Они сконструированы для удовлетворения требованиям класса безопасности 2 и именуются в двойном количестве задублированы.

В начале измерения нужно иметь в виду то, что исполнительные органы 50 в подводящем трубопроводе 44 открывались бы до дополнительных органов 51 в измерительном трубопроводе 42; в конце процесса измерения следует позаботиться о том, чтобы исполнительные органы в подводящем трубопроводе закрывались до закрытия их в измерительном трубопроводе. Этими мероприятиями предотвращают попадание смеси со слишком высокой радиоактивностью через разжижающую установку 40 в измерительный трубопровод 42, а оттуда в атмосферу.

Показанная на фиг. 2 ступень разжижения, которая используется в разжижающих установках как 8, так и 40, работает следующим образом: заготовленный сжатый воздух обтекает по кольцевой щели 29 всасывающее сопло 30 для подлежащего разжижению газа или смеси газов. За счет возникающего при этом пониженного давления засасывается аэрозоль с определенным объемным расходом и в смесительной камере 31 смешивается с чистым воздухом. Если повысить объемный расход чистого воздуха, в том отношении возрастает скорость потока в кольцевой щели. За этот счет возрастает вакуум во всасывающем сопле, за счет чего объемный расход разовой смеси также увеличивается. Оба объемных расхода таким образом связаны через пониженное давление, и их отношение остается постоянным также при различных входных давлениях.

В разжижающей установке 8 стремятся к разжижению в отношении 1 10⁴, тогда как в разжижающей установке 40 производят разжижение в отношении 1 10^6-7. При этом выгодно разжижение производить в нескольких ступенях, что уменьшает расход чистого разжижающего воздуха. Из взятой из трубопровода 7 пробы из защитного контейнера 1, лишь часть отбирается из смесительной камеры 31 и подводится к следующей ступени. Этот отбор частиц расхода производится отсасывающим соплом 32. При этом следует заботиться, чтобы этот отбор производился в изокинетических условиях. Они имеют место тогда, когда в месте отсасывания скорость потока в сопле 32 равна скорости потока в канале потока. Посредством различного диаметра можно различные объемные расходы отсоса согласовать с различными суммарными объемными расходами. Это важно для последней ступени. Предположим для примера, что из всего количества для дальнейшего разжижения используется лишь 0,3 м³/час. После разжижения к измерительной аппаратуре подводится таким образом примерно 3 м³/час. Остающийся по изокинетическому отбору части расхода остаточный воздух в количестве 16,2 м³/час для всех 6 предусмотренных в примере ступеней разжижения (на фиг. 1 изображено лишь по 4 ступени) течет в разжижающей установке 8 через штуцер отходящего воздуха 33 наружу в трубопровод возврата 9 (фиг. 1). В этом трубопроводе возврата остаточный воздух пробы и воздух из штуцера 33 отходящего воздуха насосом 10 подается обратно в трубопровод чистого газа. При таком возврате следует обращать внимание на то, что в смесительной камере ступени разжижения не возникает противодавления, которое могло бы повлиять на степень разжижения. В разжижающей установке 40 остаточный воздух возвращается обратно в защитный контейнер 1, как это показано стрелками.

За счет разжижения радиоактивность выделяемых веществ снижают до уровня, обычного для нормальной работы. Обращение и оценка измерительной аппаратуры таким образом и в аварийных условиях остается обычной.

На отсасывающем сопле 32 последней ступени в разжижающей установке 8 подключен измерительный трубопровод 13, а на разжижающей установке 40 - измерительный трубопровод 42 (фиг. 1), которые ведут к собственно измерительному участку 14.

Чтобы в случае аварии как воздух в трубе, так и воздух в защитном контейнере 1 можно было бы измерять независимо друг от друга, измерительный участок 14 оборудован добавочным балансировочным фильтром 59 и расходомером 62.

Аэрозольный и йодный балансирующий фильтр 59 оборудован перепускным трубопроводом 55, предусмотренным для запуска в действие. Измеряемые величины расходомера 62, а при необходимости и не показанных температурных датчиков и датчиков давления, которые находятся в том же измерительном трубопроводе, что и расходомер, служат в качестве управляющих параметров для связанных с ними регуляторов 56, 57 в перепускном трубопроводе 55 и позади балансировочного фильтра 59. Для запуска измерения при открытом перепускном трубопроводе 55 система отбора проб работает в течение нескольких минут. Это обеспечивает, что вся система промывается примерно воздухом пробы. После процесса запуска, в котором регулируется отбираемый объемный расход, с перепускного трубопровода 55 переходят на трубопровод к балансировочному фильтру 59. При всех этих процессах исполнительные органы 50 и 51 открыты.

В случае аварии отбор проб производится прерывисто по потребности. В начале собственно измерения промывочный трубопровод 53 перекрывается вентилем 52. Разжиженная проба газа после проведения регулирования расхода проводится через аэрозольные и йодные фильтры. Как и в описанном выше способе измеряют расход и интегрируют по времени запыления. Измерение ведется при газовых расходах 1 и 3 м³/час. Время запыления может составлять от одной до нескольких минут. Запыленный после измерения фильтр 59 может быть обмерян используемыми при нормальном режиме детекторами, например, германиевыми детекторами в лаборатории.

Ниже по потоку от балансировочных фильтров добавочно предусмотрено место измерения для определения содержания инертных газов. Это может быть газовым баллоном или так называемой "газовой мышью".

После измерения измерительный участок 14 промывают. Для этого используют имеющийся не только для этого газ под давлением из баллона 43. В подводящем трубопроводе и измерительном трубопроводе запорный кран 45 и исполнительный орган 51 закрыты. Разжижающий газ при открытом редукторном клапане 52 через промывочный трубопровод 53 подается в измерительный участок 14. Так как для измерения требуются только балансировочные фильтры 59, для промывочных и измерительных целей запорным органом 54 может быть закрыт и трубопровод, ведущий к мониторам 36-38. Промывочная среда выбрасывается в обратный трубопровод 9, но, конечно, можно и прямо в трубу 5. Понятно, что измерительный участок также и в этом случае может промываться средствами промывки по вышеописанному способу.

Формула изобретения

1. Способ контроля атмосферы внутри защитного контейнера 1 реакторной установки посредством предусмотренного для нормального режима работы участка измерения, причем в защитном контейнере 1 предусмотрен отбор проб, отличающийся тем, что из отбора проб 41 в случае аварии после блокировки обычной вентиляционной установки и до ввода в действие обычного сброса давления газовую смесь пропускают по измерительному трубопроводу 42 через участок 14 измерения и в заключение выбрасывают, при этом в разжижающей установке 40, помещенной в защитный контейнер, снижают концентрацию радиоактивности газа перед участком 14 измерения, причем разжижающий газ берут из источника 43, находящегося вне защитного контейнера, и перед вводом в разжижающую установку его давление приводят в соответствие с давлением в защитном контейнере.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разжиженный газ перед вводом в разжиженную установку 40 подогревается с помощью нагревателя 49.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разжижение производится в нескольких ступенях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2