Способ и устройство для получения проб из атмосферы в герметично закрытом резервуаре, в частности из резервуара аварийной защиты реактора ядерной электростанции

 

Изобретение относится к способам и устройствам для получения пробы из атмосферы в герметично закрытом резервуаре, в частности из резервуара аварийной защиты реактора ядерной электростанции. Сущность изобретения: пробы заполняют пробоотборный сосуд, причем растворимые и/или конденсирующиеся в транспортирующей жидкости компоненты пробы вместе с транспортирующей жидкостью выводят из резервуара. Пробу сразу же после ее входа в пробоотборный сосуд направляют через сопло Вентури, в сопле Вентури пробу смешивают со служащей в качестве моющей жидкости транспортирующей жидкостью и после этого газообразные компоненты пробы вместе с моющей жидкостью путем внезапного понижения давления выводят из пробоотборного сосуда. 2 с. и 23 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для получения пробы из атмосферы в герметично закрытом резервуаре, в частности из резервуара аварийной защиты реактора ядерной электростанции, причем пробу заполняют в пробоотборный сосуд, причем растворимые и/или конденсирующиеся в транспортирующей жидкости (текучей среде) компоненты пробы вместе с транспортирующей жидкостью и газообразными компонентами пробы выводят из резервуара. Подобный способ и подходящее для его осуществления устройство уже известны из DE-A-3932712.

Герметичные резервуары часто служат для заключения установок, в которых преобразуют вещества, которые не должны попадать в окружающую резервуар среду. Эти резервуары, называемые также защитными оболочками (Containments), во время нормальной эксплуатации окруженной установки обычно являются доступными для хождения и позволяют при этом производить без проблем контроль находящейся в них атмосферы. При появлении неисправностей однако эти резервуары в соответствии с их назначением герметично закрываются, так что получение снаружи представительных проб атмосферы связано с трудностями.

При отборе проб большое значение имеют различные состояния атмосферы такие, как "сухое" и "влажное", а также поведение газо- или парообразных веществ и находящихся в воздухе твердых и жидких аэрозолей. В частности, такие эффекты, как отложения конденсирующихся паров или грубых (больше 1 мкм) аэрозолей в направлении потока перед устройством сбора проб, могут иметь следствием существенно ошибочную оценку состава и радиоактивного заражения атмосферы.

В случае названного вначале устройства по ходу петли трубопровода предусмотрены включенные друг за другом пробоотборные арматуры, каждая из которых выполнена управляемой через пневматическую или гидравлическую линию. При этом для петли трубопровода требуется два проникновения через стенку резервуара и дополнительно по одному для каждой пневматической или гидравлической линии. Так как прочность и герметичность резервуара при этом не должны ухудшаться, это требует не незначительных затрат. Далее механически активные пробоотборные арматуры должны оставаться работоспособными также в аварийных условиях и позднее при температурах выше 500^oC и при экстремальных лучевых нагрузках выше 10 кГр/ч, так что должны выполняться экстремальные требования к материалам, в частности, для подвижных частей.

В основе изобретения поэтому лежит задача обеспечения возможности получения снаружи без ухудшения прочности и герметичности резервуара представительных проб находящейся в нем атмосферы, причем результат измерения должен надежно избегать вносящих ошибки отложений компонентов проб и причем отбор проб должен быть выполнимым с помощью рассчитанных на аварийные условия, предпочтительно механически пассивных элементов.

Эта задача решается согласно изобретению посредством способа, при котором пробу сразу после ее поступления в пробоотборный сосуд направляют через сопло Вентури, при котором далее пробу в сопле Вентури смешивают со служащей в качестве моющей жидкости транспортирующей жидкостью и при котором затем газообразные компоненты пробы вместе с моющей жидкостью выводят из пробоотборного сосуда, инициируя это за счет внезапного снижения давления.

Согласно целесообразной форме выполнения изобретения входной канал, через который протекает проба перед достижением сопла Вентури, перед выведением пробы промывают находящейся в пробоотборном сосуде моющей жидкостью.

Дальше целесообразная форма выполнения изобретения заключается в том, что поддерживают скорость течения пробы в сопле или в соплах Вентури несколько ниже, предпочтительно на 10-30% ниже, критической скорости в сопле, до тех пор пока не наступает никакая конденсация пробы в моющей жидкости, и что увеличивают скорость течения до критической скорости в сопле, как только проба по меньшей мере частично конденсируется в моющей жидкости.

Другие предпочтительные формы выполнения способа согласно изобретению указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Особенно целесообразное устройство для получения пробы из атмосферы в герметично замкнутом резервуаре, в частности для осуществления способа согласно одному или нескольким пунктам 1 -12 формулы изобретения, имеет согласно изобретению в пробоотборном сосуде над его дном погружаемое в моющую жидкость сопло Вентури, которое содержит заполняемый моющей жидкостью максимально практически до половины пробоотборный сосуд и отличается впадающим ниже сопла Вентури в пробоотборный сосуд входным каналом.

Дальнейшее целесообразное развитие этого устройства заключается в том, что объем моющей жидкости несколько больше, чем объем служащего для впуска пробы входного канала между его свободным концом и дном пробоотборного сосуда. Дальнейшее целесообразное развитие изобретения заключается в том, что сопло Вентури представлено служащим в качестве распределителя потока элементом насадки и множеством сопл в дне пробоотборного сосуда, причем входное отверстие входного канала на его свободном конце во время нормального использования резервуара закрыто предохранительной мембраной.

Дальнейшие предпочтительные формы выполнения соответствующего изобретению устройства указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Соответствующий изобретению способ и соответствующее изобретению устройство являются особенно предпочтительными, так как они позволяют получить неискаженные пробы атмосферы в герметически замкнутом резервуаре и требуют для этого всего один единственный ввод одной трубы через стенку резервуара. За счет этого отрицательное воздействие на прочность и герметичность является практически исключенным. Это справедливо еще и тогда, когда при прямом отборе моющей жидкости через стенку резервуара проведена вторая труба.

На фиг. 1 показана схема для осуществления способа в резервуаре аварийной защиты реактора ядерной электростанции; на фиг. 2 4 представлены различные формы выполнения соответствующих пробоотборных сосудов.

Резервуар 1 аварийной защиты реактора не представленной более подробно ядерной электростанции охватывает представленную в виде выреза железобетонную структуру 2 и по меньшей мере один не представленный напорный резервуар ядерного реактора. Железобетонная структура 2 несет не представленный более подробно пробоотборный сосуд 3. Этот сосуд соединен через выходящий непосредственно из области его дна 4 трубопровод заполнения и опорожнения 5 и выходящий из его купола 6 газопровод 7 с инжектором 8. Этот инжектора свою очередь, соединен с пронизывающим стенку резервуара 1 аварийной защиты реактора в вводе 9 трубопроводом 10 с устройством сортировки и отсасывания пробы 11. Устройство сортировки пробы 11 служит одновременно для управления пробоотборным сосудом 3 и управления устройством заполнения и разбавления пробы 12. Разница давлений между атмосферой в резервуаре и внутренним пространством пробоотборного сосуда составляет до 5000 гПа.

Входной канал 26, пробоотборный сосуд 3 со всеми своими вставками, трубопровод заполнения и опорожнения 5, газопровод 7, инжектор 8, а также выходящий из него трубопровод 10 выполнены в основном из радиационно стойкого материала, например из специальной высококачественной стали.

Между вводом 9 и устройством сортировки и отсасывания пробы 11 в трубопровод 10 встроены два включенных друг за другом управляемых вентиля 13 и 14. В трубопроводе 10 может быть предусмотрен, кроме того ограничивающий его пропускную способность, не представленный на фигурах дроссель и сорбционный фильтр для органойода.

Устройство заполнения и разбавления пробы 12 через подводящий трубопровод 15 и отводящий трубопровод 16 соединено с устройством сортировки пробы 11 и содержит насос подачи пробы 17, распределитель 18, а также соединительную арматуру 19 для множества сосудов транспортировки проб 20. В сосудах транспортировки проб 20 пробы направляются в исследовательскую лабораторию для точной оценки. Пробы перед их оценкой разделяют на газообразные компоненты и содержащую остальные компоненты моющую жидкость 25, после чего производят отсос проб через работающий при этом в области скорости Лаваля дроссель 34, а также водоотделитель 36 в резервуар пониженного давления 32. Там производят затем определение радиоактивности атмосферы защитной оболочки и/или ее состава посредством газохроматографии и γ/β -измерения. Радиоактивности могут измеряться также непрерывно в частичном потоке отходящего газа и в контуре моющей жидкости. Возврат радиоактивного газа и жидкости производят не показанным образом предпочтительно через пробоотборный сосуд 3 в резервуар 1.

В устройстве сортировки и отсасывания пробы 11 расположены сепаратор 31, например, выполненный в виде центробежного отделителя, и сборник для отделения моющей жидкости, а также быстро открывающийся вентиль 30. В резервуаре отсасывания и хранения 32 через насос 33 создается необходимое для отсасывания пониженное давление меньше, чем 500 гПа и хранится отсосанная моющая жидкость 25. Дроссель 34 в режиме отбора пробы преимущественно работает с критическим разрежением, так что во всем диапазоне эксплуатации устройства получения пробы от максимального, примерно 10000 гПа, до нормального атмосферного давления отбирается постоянный объемный поток и дополнительные органы регулирования пропускной способности не требуются.

Через устройство сопутствующего нагрева труб 35 возникший перед дросселем 34 конденсат снова испаряется и направляется в виде пара через дроссель 34. Установка уровня наполнения и температурного режима системы производится через не представленные подключения для таких сред, как деионат, пар и азот. В видоизмененном варианте в систему встроен собственный (не представленный на фигурах) испаритель.

Моющая жидкость 25 в пробоотборном сосуде 3 является варьируемой, например, относительно водородного показателя (pH) от кислого значения до щелочного, так что элементарный йод и органойод задерживаются селективно. Задерживание органойода поэтому возможно также в расположенном снаружи сорбционном фильтре 36. За счет изменения значения pH и последующего измерения можно далее измерять газовый состав относительно CO₂, CO и т. д. а также с моющей жидкостью или без нее и концентрацию H₂ Пробоотборный сосуд 3 на своей поверхности выполнен электролитически полированным или покрытым тефлоном и по своей конструкции выполнен так, что отложения в значительной степени исключаются. Интервалы времени измерения могут гибко согласовываться с видом неисправности и другими явлениями в резервуаре 1. Моющую жидкость 25 после отсасывания из пробоотборного сосуда 3 разбавляют до тех пор, пока радиоактивность пробы будет меньше, чем 10⁹ беккерель/м³.

При формах выполнения в виде двухтрубной системы трубопровод заполнения и опорожнения 5 может быть введен в сепаратор 31 в устройстве сортировки 11 так, что достигается непрерывный измерительный режим и/или минимизация моющей жидкости 25 в газопроводе 7.

Названный ранее принцип работы может быть реализован также при расположении пробоотборного сосуда 3 непосредственно после вентилей 13 и 14, включая действие обратной промывки в приточном трубопроводе при сохранении в значительной степени преимуществ способа, а также использован в качестве системы отбора проб и измерений в системах отработанного воздуха.

При расположениях множества пробоотборников отбор газа можно производить через один пробоотборник, а непрерывную обратную прокачку через другой пробоотборник.

С помощью не представленного на фигурах соответствующего, питаемого, например, от батарей снабжения электротехники и управляющей техники системы отбора проб функционирование обеспечивается также в случае отключения тока.

Фиг. 2 и 3 показывают пробоотборный сосуд 3 с сужающейся вниз, конической нижней частью 21, которой в примере выполнения согласно фиг. 2 охвачено сопло Вентури 22, а в примере выполнения согласно фиг. 3 служащий в качестве распределителя потока элемент насадки, а также множество сопл 24 в дне 4. Эта нижняя часть 21 заполнена транспортирующей жидкостью 25, служащей одновременно в качестве моющей жидкости. В дно 4 в нижнюю часть 21 впадает трубопровод заполнения и опорожнения 5. Купол 6 заполнен газом.

Скорость течения пробы в сопле Вентури 22, 24, 37 лежит незначи- тельно, предпочтительно на 10-30% ниже критической скорости в сопле до тех пор, пока в моющей жидкости 25 не наступает конденсация пробы. Скорость течения увеличивают до критической скорости в сопле, как только проба по меньшей мере частично конденсируется в моющей жидкости 25, причем пробоотборный сосуд 3 работает при условиях давления и температуры, господствующих в сосуде 1. Газообразные компоненты пробы и транспортирующей жидкости могут при этом химически реагировать друг с другом.

В случае примеров выполнения согласно фиг. 2 и 3 часть 21 охвачена входным каналом 26, нижний конец которого питает сопло Вентури 22 или соответственно сопло 24. Его верхний конец лежит примерно на высоте перехода от части 21 в цилиндрическую часть пробоотборного сосуда 3. Верхний конец входного канала 26 в нормальном режиме работы резервуара 1 аварийной защиты ядерного реактора герметично закрыт предохранительной мембраной 27.

В случае примера выполнения согласно фиг. 4 газопровод 7 пронизывает пробоотборный сосуд 3 через всю его высоту до дна 4, он является открытым вниз. Непосредственно над дном 4 предусмотрены щелеобразные отверстия 29 в газопроводе 7, так что нижний конец газопровода 7 в пробоотборном сосуде 3 сам служит в качестве сопла Вентури 37 Входной канал 26 в нижнюю часть пробоотборного сосуда 3 при такой форме выполнения отпадает. Но зато для вентиляции и разгрузки давления пробоотборного сосуда 3 непосредственно на его верхней части предусмотрена предохранительная мембрана 27.

В любом случае в пробоотборном сосуде 3 над его дном 4 преду- смотрено погружающееся в моющую жидкость сопло Вентури 22, 24, 37. При этом объем моющей жидкости 25 максимально равен примерно половине объема пробоотборного сосуда 3, что примерно составляет 2 3 л, и при этом входной канал 26 впадает в пробоотборный сосуд 3 ниже сопла Вентури 22, 24, 37.

Способ для получения проб из атмосферы в резервуаре 1 аварийной защиты реактора начинается путем заполнения пробоотборного сосуда 3 через трубопровод 10 и трубопровод заполнения и опорожнения 5 транспортирующей жидкостью 25. Температура моющей жидкости 25 к началу отбора пробы незначительно ниже, чем температура атмосферы в резервуаре 1. В конце процесса заполнения приводится к срабатыванию предохранительная мембрана 27 и транспортирующая жидкость достигает уровня заполнения 28. После этого понижают давление в трубопроводе 10, так что проба атмосферы из резервуара 1 аварийной защиты реактора втекает в пробоотборный сосуд 3. Скорость течения пробы является постоянной за счет дросселирования в сопле Вентури 22, 24, 40 и/или в предусмотренном снаружи резервуара 1 дросселе 34. При этом проба в сопле Вентури 22 (фиг. 2) или в распределителе потока 23 (фиг. 3), или в сопле Вентури 37 из газопровода 7 и отверстий 29 (фиг. 4) смешивается со служащей в качестве моющей жидкости транспортирующей жидкостью 25.

Для начала получения пробы пробоотборный сосуд 3 может нагружаться также повышенным давлением, например, путем ввода азота до тех пор, пока не разрушится предохранительная мембрана 27 на свободном конце входного канала 26.

При смешивании пробы с транспортирующей жидкостью 25 часть пробы переходит в раствор, часть конденсируется в транспортирующей жидкости 25, а остаток остается газообразным и собирается в куполе 6 или остается распределенным в транспортирующей жидкости 25 в виде малых пузырьков. За счет неактивной добавки йода и вариации значения pH моющей жидкости 25 в моющей жидкости 25 задерживался также элементарный органический йод, CO, CO₂ и другой газ из пробы.

При применении пробоотборных сосудов 3 согласно фиг. 2 и 3 входной канал 26 до вытяжки транспортирующей жидкости 25 промывается ею за счет того, что она однократно или многократно нагнетается при изменении давления в трубопроводе 10 и в пробоотборном сосуде 3 до высоты предохранительной мембраны 27. При этом изменяется высота уровня заполнения 28 моющей жидкости 25, в частности, во входном канале 26 за счет изменений давления в транспортирующей жидкости, причем моющая жидкость 25 после втекания пробы по меньшей мере один раз поднимается до высоты входного отверстия на свободном конце входного канала 26 для пробы.

Содержащую часть пробы транспортирующую жидкость 25 вместе с находящейся в куполе 6 газовой смесью после достаточной промывки входного канала 26 путем внезапного понижения давления в трубопроводе 10 выводят наружу вплоть до устройства сортировки пробы 11.

Предписанная промывка является излишней при форме выполнения пробоотборного сосуда 3 согласно фиг. 4, так что при этой форме выполнения внезапное понижение давления для транспортировки пробы в устройство сортировки пробы II происходит непосредственно после задействования нижнего конца газопровода 7 в качестве сопла Вентури.

В любом случае через трубопровод 10 смесь из несущего газа, газо- образных компонентов пробы и содержащей также компоненты пробы транспортирующей жидкости транспортируют в устройство сортировки пробы 11. Эту смесь, если это необходимо, обогащают в устройстве сортировки пробы 11 и затем через устройство заполнения пробы 12 заполняют в сосуды транспортировки пробы 20.

При применении способа согласно изобретению вследствие очень короткого и обратно промытого входного канала 26 или путем отсутствия входного канала обеспечивается то, что практически все компоненты пробы содержатся в ранее названной смеси и вследствие этого являются регистрируемыми при оценке проб.

Формула изобретения

1. Способ для получения пробы из атмосферы в герметично замкнутом резервуаре (1), в частности из резервуара аварийной защиты реактора ядерной электростанции, причем пробу заполняют в пробоотборный сосуд (3), причем растворимые и/или конденсируемые в транспортирующей жидкости (25) компоненты пробы вместе с транспортирующей жидкостью (25) выводят из резервуара (1), отличающийся тем, что пробу сразу же после ее поступления в пробоотборный сосуд (3) пропускают через сопло Вентури (22, 24, 37), пробу в сопле Вентури (22, 24, 37) смешивают со служащей в качестве моющей жидкости транспортирующей жидкостью (25) и после этого газообразные компоненты пробы вместе с моющей жидкостью (25) выводят из пробоотборного сосуда (3), инициируя это путем снижения давления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что входной канал (26), через который проходит проба до достижения сопла Вентури (22, 24, 37), перед оценкой пробы промывают находящейся в пробоотборном сосуде (3) моющей жидкостью (25).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что скорость течения пробы в сопле Вентури (22, 24, 37) лежит несколько, предпочтительно на 10 30% ниже критической скорости в сопле до тех пор, пока в моющей жидкости (25) не возникает конденсация пробы, и скорость течения пробы поднимают до критической скорости в сопле, как только проба по меньшей мере частично конденсируется в моющей жидкости (25), причем пробоотборный сосуд (3) эксплуатируют при условиях давления и температуры, господствующих в резервуаре (1).

4. Способ по одному из пп.1 3, отличающийся тем, что газообразные компоненты пробы и транспортирующей жидкости химически реагируют друг с другом.

5. Способ по одному из пп.1 4, отличающийся тем, что высоту уровня заполнения (28) моющей жидкости (25), в частности, во входном канале (26) изменяют путем изменений давления в транспортирующей жидкости, причем моющую жидкость (25) после втекания пробы по меньшей мере однократно поднимают до высоты входного отверстия на свободном конце входного канала (26) для пробы.

6. Способ по одному из пп.1 5, отличающийся тем, что разность давлений между атмосферой в резервуаре (1) и внутренним пространством пробоотборного сосуда (3) составляет величину до 500 гПа.

7. Способ по одному из пп.1 6, отличающийся тем, что температура моющей жидкости (25) к началу отбора пробы несколько ниже, чем температура атмосферы в резервуаре (1).

8. Способ по одному из пп.1 7, отличающийся тем, что путем неактивных йодных добавок и вариации значения pH моющей жидкости (25) в моющей жидкости (25) задерживают также элементарный органический йод, CO, CO₂ и другой газ из пробы.

9. Способ по одному из пп.1 8, отличающийся тем, что после отсасывания из пробоотборного сосуда (3) разбавляют моющую жидкость (25), пока радиоактивность пробы будет меньше 10⁹ беккерель/м³.

10. Способ по одному из пп.1 9, отличающийся тем, что пробу перед ее оценкой разделяют на газообразные компоненты и на содержащую остальные компоненты моющую жидкость (25) и что отсасывание проб производят через работающий при этом в области скорости Лаваля дроссель (34), а также через отделитель воды (36) в резервуар пониженного давления (32).

11. Способ по одному из пп.1 10, отличающийся тем, что каждую отдельную пробу для транспортировки распределяют на множество транспортных резервуаров (20).

12. Способ по одному из пп.1 11, отличающийся тем, что для начала получения пробы пробоотборный сосуд (3) нагружают повышенным давлением, например путем ввода азота до тех пор, пока не разрушится предохранительная мембрана (27) на свободном конце входного канала (26).

13. Устройство для получения проб из атмосферы в герметично замкнутом резервуаре (1), например из резервуара аварийной защиты реактора ядерной электростанции, в частности для осуществления способа по одному или нескольким пп. 1 12 формулы изобретения, отличающееся тем, что в пробоотборном сосуде (3) над его дном (4) предусмотрено погружаемое в моющую жидкость (25) сопло Вентури (22, 24, 37), объем моющей жидкости (25) максимально практически равен половине объема пробоотборного сосуда (3) и входной канал (26) впадает в пробоотборный сосуд (3) ниже сопла Вентури (22, 24, 37).

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что объем моющей жидкости (25) несколько больше, чем объем служащего для впуска проб входного канала (26) между его свободным концом и дном пробоотборного сосуда (3).

15. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что сопло Вентури (22) представлено служащим в качестве распределителя потока (23) элементом насадки и множеством сопл (24) в дне (4) пробоотборного сосуда (3).

16. Устройство по одному из пп.13 15, отличающееся тем, что входное отверстие входного канала (26) на его свободном конце во время нормального использования резервуара (1) закрыто предохранительной мембраной (27).

17. Устройство по одному из пп.13 16, отличающееся тем, что пробоотборный сосуд (3) содержит на своем дне (4) трубопровод заполнения и опорожнения (5) для моющей жидкости (25), а своем куполе (6) подключение для газопровода (7).

18. Устройство по одному из пп.13 17, отличающееся тем, что трубопровод заполнения и опорожнения (5) рядом с пробоотборным сосудом (3) проходит наверх и сбоку выше купола (6) через инжектор (8) соединен с газопроводом (7).

19. Устройство по одному из пп.13 16, отличающееся тем, что пробоотборный сосуд (3) расположен внутри резервуара (1), в частности резервуара аварийной защиты реактора.

20. Устройство по одному из пп.13 19, отличающееся тем, что в выходящем из инжектора (8), ведущем наружу через внешнюю стенку резервуара (1) трубопроводе (10) предусмотрен ограничивающий его пропускную способность дроссель.

21. Устройство по одному из пп.13 20, отличающееся тем, что в трубопровод (10) включен сорбционный фильтр для органойода.

22. Устройство по одному из пп.13 21, отличающееся тем, что все соприкасающиеся с пробой поверхности, в частности, во входном канале (26) полированы или снабжены тефлоновым покрытием.

23. Устройство по одному из пп.13 22, отличающееся тем, что входной канал (26), пробоотборный сосуд (3) со всеми своими вставками, трубопровод заполнения и опорожнения (5), газопровод (7) инжектор (8), а также исходящий от него трубопровод (10) выполнены в основном из радиационностойкого материала, например из высококачественной стали.

24. Устройство по одному из пп.13 23, отличающееся тем, что объем заполнения пробоотборного сосуда (3) моющей жидкостью (25) равен примерно 2 - 3 л.

25. Устройство по одному из пп.13 24, отличающееся тем, что скорость течения пробы путем дросселирования в сопле Вентури (22, 24, 37) и/или в предусмотренном вне резервуара (1) дросселе (34) является постоянной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4