Способ контроля целостности каналов водографитового ядерного реактора

 

Использование: при эксплуатации атомных станций с реакторами типа РБМК для повышения точности, быстродействия и надежности определения относительной величины нарушения целостности каналов, состояния зазоров между каналами и графитовой кладкой, местоположения контролируемых каналов с выявленными отклонениями от режима нормальной эксплуатации. Сущность изобретения: одновременно для всех контролируемых каналов измеряют суммарную интенсивность распадов продуктов активации газа, интенсивность распадов продуктов активации газовой фракции и величину, характеризующую концентрацию продуктов коррозии в газе, определяют по измеренным параметрам их отношения и отношения их средних величин и по полученным данным оценивают состояние каналов. 10 ил.

Изобретение относится к технике эксплуатации атомных станций с реакторами типа РБМК и предназначено для контроля целостности технологических каналов и состояния зазоров между технологическими каналами и графитовой кладкой.

Известен способ контроля целостности технологических каналов (ТК), основанный на измерении параметров газа (температуры, влажности) в импульсных (измерительных) трубках, в которые он попадает после прохода через газовые тракты ТК (зазоры между технологическими каналами и графитовой кладкой) [1].

Основой данного способа является то, что он основан на концепции "течь перед разрушением", которая дает возможность определять наличие течи в канале по повышенной температуре и влажности газа. В то же время из-за взаимосвязи газовых трактов соседних ТК между собой через неплотности в графитовой кладке возможно повышение температуры и влажности газа одновременно сразу в нескольких газовых трактах ТК, что затрудняет поиск и локализацию ТК с течью.

Предлагаемый способ контроля целостности каналов водографитового ядерного реактора позволяет снять этот недостаток, так как в основу его положен принцип разделения газа, контролируемого в импульсных трубках, на фракции: на газообразную и на фракцию твердых частиц, наличие которой в газе обусловлено, в случае образования течи в ТК, выбросами в газ продуктов коррозии (в виде микрочастиц, образующихся, например, в результате разрушения стенок ТК и графитовой кладки в месте течи из ТК), - и оценки соотношения этих фракций как для одного ТК, так и для всех контролируемых ТК в целом. В этом случае, например, увеличение соотношения фракций в сторону фракции твердых частиц в газовом тракте ТК будет указывать на наличие разрушений в данном ТК, тогда как в соседних ТК это соотношение будет меньше за счет фильтрации газа в графитовой кладке. Одновременно предлагаемый способ позволяет осуществить при контроле целостности ТК новую концепцию - концепцию контроля за процессом выноса радиоактивных твердых частиц с внешней поверхности ТК перед появлением течи через него, а именно определить начало процесса "растрескивания" канала перед течью, то есть способ позволяет за счет оценки числа твердых частиц в газе (продуктов коррозии) определить на ранней стадии (до начала течи через канал) наличие процесса коррозии. Анализ же соотношений фракций позволяет оценить состояние зазора между каналом и графитовой кладкой.

Сопоставительный анализ данного технического решения с прототипом позволил выявить отличительные признаки, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию изобретения "Новизна".

При поиске аналогов и прототипа не обнаружены технические решения, сходные с отличительными признаками изобретения, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию изобретения "изобретательский уровень".

Суть предлагаемого способа контроля целостности каналов водографитового ядерного реактора заключается в следующем.

Предлагаемый способ контроля целостности каналов водографитового ядерного реактора основан на измерении радиоактивности газа, применяемого для обдувки трактов каналов и графитовой кладки. Основные цели, которые ставятся при этом: повышение точности, быстродействия и надежности определения относительной величины нарушения целостности каналов, состояния зазоров между каналами и графитовой кладкой и, соответственно, местоположения контролируемых каналов с выявленными отклонениями от режима нормальной эксплуатации. Для достижения этих целей производят одновременное измерение следующих величин (для каждого из контролируемых ТК): f_Σi - суммарная интенсивность распадов продуктов активации газа для i-го ТК; f_ai - интенсивность распадов продуктов коррозии для i-го ТК; f_gi - интенсивность распадов продуктов активации газовой фракции для i-го ТК; f_Nai - величина, характеризующая концентрацию продуктов коррозии в газе для i-го ТК.

Необходимо отметить взаимосвязи между этими параметрами, которые будут полезны при дальнейшем рассмотрении способа: - f_gi - величина интенсивности распадов продуктов активации газовой фракции определятся как f_gi = f_Σi-f_ai; (1) - a f_Nai - величина, характеризующая концентрацию продуктов коррозии в газе, определяется как f_Nai = F(f_ai), (2) где F - функция преобразования интенсивности распадов продуктов коррозии в число твердых частиц.

Наряду с измерениями указанных величин одновременно вычисляют их средние значения для всех контролируемых ТК по соотношениям:
- среднее значение суммарной интенсивности распадов продуктов активации газа определяется как

где M - число контролируемых ТК;
- среднее значение интенсивности распадов продуктов активации газовой фракции определяется как

- среднее значение величины, характеризующей концентрацию продуктов коррозии в газе

При этом о состоянии ТК и зазора судят по следующим соотношениям:
1. При следующих соотношениях величин
f_Σср ≈ f_Σi
f_gcp ≈ f_gi
f_Nacp ≈ f_Nai
и их отношений
f_Σi/f_Σср≈1 (6)
f_gi/f_gcp≈1
f_Nai/f_Nacp≈1
f_gcp/f_Σср≈f_gi/f_Σi
f_Nacp/f_Σср≈f_Nai/f_Σi
f_Nacp/f_gcp≈f_Nai/f_gi
можно судить о нормальном состоянии i-го ТК.

2. При следующих соотношениях величин
f_Σср>f_Σi
f_gcp≈f_gi
f_Nacp>f_Nai
и их отношений
f_Σi/f_Σср<1 (7)
f_gi/f_gcp≈1
f_Nai/f_Nacp<1
gcp/f_Σср<f/f_Σi
f_Nacp/f_Σср<f/f_Σi
f_Nacp/f_gcp≈f_Nai/f_gi
также можно судить о нормальном ("некорродированном") состоянии i-го ТК с уменьшенным значением примесей твердых частиц в газе с большим, по сравнению со средним, значением газового зазора.

3. При следующих соотношениях величин
f_Σcp<fi
f_gcp>f_gi
g_Nacp<f
и их отношений
f_Σi/f_Σcp>1 (8)
f_gi/f_gcp<1
Nai/f_Nacp>1
f_gcp/f_Σср>f_gi/f_Σi
f_Nacp/f_Σср<f/f_Σi
f_Nacp/f_gcp<f/f_gi
можно судить о наличии процесса "коррозии" у i-го ТК с одновременно уменьшенным, по сравнению со средним, значением газового зазора.

4. При следующих соотношениях величин
f_Σcp>f_Σi
f_gcp>f_gi
f_Nacp>f_Nai
и при
f_Σi/f_Σcp<1 (9)
f_gi/f_gcp<1
Nai/f_Nacp<1
gcp/f_Σср>f_gi/f_Σi
f_Nacp/f_Σср<f/f_Σi
f_Nacp/f_gcp<f/f_gi
также можно судить о наличии процесса "коррозии" у i-го ТК с одновременно еще более уменьшенным, по сравнению с п. 3, значением газового зазора.

5. При следующих соотношениях величин
f_Σcp<fi
f_gcp>f_gi
f_Nacp<f
и при
f_Σi/f_Σcp>1 (10)
f_gi/f_Nacp<1
Nai/f_Nacp>1
f_gcp/f_Σср<f/f_Σi
f_Nacp/f_Σср>f_Nai/f_Σi
f_Nacp/f_gcp<f/f_gi
можно судить о наличии течи в i-м ТК.

6. При следующих соотношениях величин
f_Σcp<fi
f_gcp>f_gi
f_Nacp<f
и при
f_Σi/f_Σcp>1 (11)
f_gi/f_Nacp<1
Nai/f_Nacp>1
f_gcp/f_Σср<f/f_Σi
f_Nacp/f_Σср>f_Nai/f_Σi
f_Nacp/f_gcp<f/f_gi
можно судить о наличии течи в i-м ТК с одновременным выносом твердой фракции.

Сущность предлагаемого способа контроля целостности каналов водографитового ядерного реактора можно раскрыть на примере устройства, реализующего данный способ. Блок-схема устройства контроля целостности каналов (для одного из контролируемых каналов) приведена на фиг. 1, где приняты следующие обозначения:
1 (блок N 1) - Детектор γ-излучения, предназначенный для измерения суммарной интенсивности распадов продуктов активации газа f_Σi.
2 (блок N 2) - Блок вычисления среднего значения суммарной интенсивности распадов продуктов активации газа f_Σср в соответствии с соотношением (3).

3 (блок N 3) - Блок вычисления отклонений Δf_Σi текущей величины суммарной интенсивности распадов продуктов активации газа f_Σi дл i-го контролируемого канала от среднего значения f_Σср, то есть
Δf_Σi = f_Σср-f_Σi. (12)
4 (блок N 4) - Блок временной задержки с временем задержки, равным τ, осуществляющий сдвиг f_Σi на время τ, то есть f_Σi_→f_Σi(τ).
5 (блок N 5) - Блок вычитания, определяющий разность Δf_1τ между суммарной интенсивностью распадов продуктов активации газа и ее значением, задержанным на время τ, и определяемую по соотношению
Δf_1τ = f_Σi-f_Σi(τ). (13)
6 (блок N 6) - Блок временной задержки с временем задержки, равным τ, осуществляющий сдвиг Δf_1τ на время τ, то есть Δf_1τ_→Δf_2τ.
7 (блок N 7) - Схема совпадений, осуществляющая определение интенсивности распадов продуктов коррозии (твердой фракции) для i-го ТК f_ai в соответствии с преобразованием
f_ai = Δf_1τ∩Δf_2τ, (14)
где ∩ - знак логического умножения.

8 (блок N 8) - Формирователь последовательности импульсов, частота следования которых f_Nai пропорциональна концентрации твердых частиц (продуктов коррозии) N_ai в газе для i-го ТК.

9 (блок N 9) - Блок вычитания, определяющий разность между суммарной интенсивностью распадов продуктов активации газа _Σi и интенсивностью распадов продуктов коррозии f_ai, то есть определяющий интенсивность распадов продуктов активации газовой составляющей f_gi в соответствии с соотношением (1)
10 (блок N 10) - Блок вычисления среднего значения интенсивности распадов продуктов активации газовой фракции _gcp в соответствии с соотношением (4).

11 (блок N 11) - Блок вычисления отклонений Δf_gi текущей величины интенсивности распадов продуктов активации газовой составляющей f_gi для i-го контролируемого канала от среднего значения f_gcp по соотношению
Δf_gi = f_gcp-f_gi. (15)
12 (блок N 12) - Блок вычисления среднего значения частоты следования импульсов f_Nacp, пропорциональной средней концентрации твердых частиц (продуктов коррозии) в газе N_acp, в соответствии с соотношением (5).

13 (блок N 13) - Блок вычисления отклонений Δf_Nai текущего значения частоты следования импульсов, пропорциональной концентрации твердых частиц (продуктов коррозии) в газе f_Nai, от ее среднего значения f_Nacp по соотношению
Δf_Nai= f_Nacp-f_Nai. (16)
14 (блок N 14) - Вычислительное устройство, анализирующее состояние ТК и зазоров в соответствии с соотношениями (6)-(11).

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с блока 1 (устройство имеет М блоков 1 - по числу контролируемых технологических каналов) в виде частоты следования импульсов (в дальнейшем - просто частоты), пропорциональный суммарной интенсивности распадов продуктов активации газа f_Σi, поступает на вход N 1 блока 2, на вход N 1 блока 3, на вход N 1 блока 4 и на вход N 1 блока 5. Остальные входы блока 2, который имеет М входов - по числу блоков 1, подсоединены к их выходам, а выход блока 2 связан со входом N 2 блока 3 (устройство имеет М блоков 3 - по числу контролируемых каналов). Блок 2 производит определение среднего значения частоты импульсов f_Σcp, пропорциональной суммарной интенсивности γ-распадов продуктов активации газа.

При нормальном режиме эксплуатации канала частоты импульсов, поступающие на входы N 1 и N 2 блока 3 и пропорциональные суммарной интенсивности γ-распадов продуктов активации газа в i-м контролируемом канале f_Σi и их среднему значению по всем контролируемым каналам соответсттенно f_Σcp, будут практически близки друг к другу (фиг. 2-1) или их отличие друг от друга будет находиться в пределах установленного коридора допусков. В этом режиме мы имеем сигнал на выходе N 1 блока 3, что показано на фиг. 2-1, свидетельствующий о нормальном режиме эксплуатации канала.

На фиг. 2-2 приведены временные диаграммы для режима работы канала, когда суммарная интенсивность γ-распадов продуктов активации газа в контролируемом канале f_Σi превышает их среднее значение f_Σcp. В этом случае мы имеем устойчивый сигнал на выходе N 2 блока 3, что показано на фиг. 2-2, который свидетельствует о нарушении в режиме эксплуатации канала. Эти нарушения могут быть вызваны или процессом "растрескивания" канала и, соответственно, выносом с его поверхности радиоактивных твердых микрочастиц (имеется в виду процесс "растрескивания" канала перед образованием течи через него), или непосредственно течью через канал с выносом в газовый контур канала радиоактивных теплоносителя и продуктов коррозии.

На фиг. 2-3 приведены временные диаграммы для режима работы канала, когда суммарная интенсивность γ-распадов продуктов активации газа f_Σi в i-м контролируемом канале ниже их среднего значения f_Σcp. В этом случае мы имеем устойчивый сигнал на выходе N 3 блока 3, что показано на фиг. 2-3, который свидетельствует о нарушении в режиме эксплуатации канала. Эти нарушения могут быть вызваны сужением зазора между стенками канала и графитовой кладкой.

Таким образом, работа блоков 1-3 по анализу суммарной интенсивности γ-распадов продуктов активации газа f_Σi в i-м контролируемом канале по сравнению с их средним значением f_Σcp уже позволяет определить нарушения в режиме эксплуатации канала.

Теперь рассмотрим работу блоков 4-9, позволяющих выделить из суммарной интенсивности γ-распадов продуктов активации газа f_Σi в i-м контролируемом канале следующие составляющие :
f_gi - величину интенсивности γ-распадов продуктов активации газовой фракции,
f_ai - величину интенсивности γ-распадов продуктов коррозии,
а также определить частоту следования импульсов f_Naii, пропорциональную концентрации твердых частиц (продуктов коррозии) N_ai в газе.

При нормальном режиме эксплуатации канала (фиг. 3-1) частоты импульсов, поступающие на входы N 1 и N 2 блока 5 и пропорциональные суммарной интенсивности γ-распадов продуктов активации газа f_Σi в контролируемом канале и этому же значению f_Σi(τ)., только задержанному на время τ, соответственно, будут практически близки друг к другу (или их отличие друг от друга будет находиться в пределах установленного коридора допусков). В этом случае при отсутствии в сигналах поступающих на входы N 1 и N 2 блока 5 частотных сгустков (пачек импульсов), обусловленных
наличием в газе радиоактивных твердых частиц, на выходах блоков 5, 6 и 7 будет нулевая (или флуктуирующая около нуля) частота следования импульсов.

При появлении в сигналах, поступающих на входы N 1 и N 2 блока 5 частотных сгустков (пачек импульсов), обусловленных наличием в газе радиоактивных твердых частиц, за счет их сдвига во времени на время τ (фиг. 3-2), с помощью блоков 5, 6, 7 происходит выделение интенсивностей радиоактивного распада продуктов активации твердых частиц в виде частотных сгустков (пачек импульсов) _ai, которые блоком 8 преобразуются в одиночные импульсы. Частота импульсов на выходе блока 8 f_Nai, таким образом, будет пропорциональна концентрации твердых частиц в газе N_ai.

Выход блока 7, на котором мы имеем частотные сгустки (пачки импульсов), обусловленные наличием в газе твердых частиц, кроме входа блока 8 связан со входом N 1 блока 9, вход N 2 которого подключен к выходу временной задержки (блок N 4). В результате на выходе блока 9 мы имеем частоту импульсов, равную разности между сигналами входов N 2 и N 1 блока 9 соответственно, которая прямо пропорциональна интенсивности γ-распадов продуктов активации газовой фракции f_gi.

В результате при отсутствии в газе твердых частиц частоты импульсов сигналы, поступающие на входы N 1 и N 2 блока 11 и пропорциональные интенсивности γ-распадов продуктов активации газовой фракции f_gi в контролируемом канале и их среднему значению f_gcp, вычисляемому блоком 10 по всем контролируемым каналам, соответственно, будут практически близки друг к другу (фиг. 4-1) или их отличие друг от друга будет находиться в пределах установленного коридора допусков. В этом режиме мы имеем сигнал на выходе N 1 блока 11, что показано на фиг. 4-1, который свидетельствует о нормальном состоянии канала.

При наличии в газе твердых частиц частоты импульсов, поступающие на входы N 1 и N 2 блока 9, за счет блоков 5, 6 и 7 синхронизованы во времени, что позволяет выделить на его выходе интенсивность распадов газовой составляющей f_gi в чистом виде. В результате сигналы, поступающие на входы N 1 и N 2 блока 11 и пропорциональные интенсивности γ-распадов продуктов активации газа в контролируемом канале f_gi и их среднем значению f_gcp, соответственно, будут практически близки друг к другу (фиг. 4-2) или их отличие друг от друга будет находиться в пределах установленного коридора допусков. В этом случае мы имеем сигнал на выходе N 1 блока 11, что показано на фиг. 4-2, который свидетельствует о нормальном состоянии канала.

Естественно, что рассмотренные режимы, диаграммы которых представлены на фиг. 4.1 и 4.2, характеризуют отсутствие течи в канале.

При наличии течи в канале (фиг. 4-3) интенсивность распадов его газовой составляющей f_gi значительно выше средней f_gcp и, в этом случае, мы имеем устойчивый сигнал на выходе N 2 блока 11. Совпадение во времени сигнала на выходе N 2 блока 11 с сигналом на выходе N 2 блока 3 будет свидетельствовать о наличии устойчивой течи в канале.

И, в случае сужения зазора, интенсивность распадов газовой составляющей данного контролируемого канала f_gi будет ниже среднего значения f_gcp, что подтвердится появлением устойчивого сигнала на выходе N 3 блока 11 (фиг. 4-4). Совпадение во времени сигнала на выходе N 3 блока 11 с сигналом на выходе N 3 блока 3 будет подтверждать наличие сужения зазора между каналом и графитовой кладкой.

Наконец, блоки 8, 12 и 13 осуществляют анализ сигналов, пропорциональных концентрациям твердых частиц в газе.

Так, на фиг. 5-1 представлены временные диаграммы, характеризующие работу этих блоков в режиме, когда средняя частота f_Nacp, вычисленная блоком 12 по всем контролируемым каналам, и частота f_Nai в данном контролируемом канале практически одинаковы. В этом режиме мы имеем устойчивый сигнал на выходе N 1 блока 13, который свидетельствует о практически "бескоррозионном" режиме эксплуатации канала. Совпадение во времени сигнала на выходе N 1 блока 13 с сигналами на выходе N 1 блока 3 и выходе N 1 блока 11 свидетельствует о нормальном режиме эксплуатации канала.

Фиг. 5-2 характеризует режим работы канала с концентрацией твердых частиц в газе, превышающей среднее значение, то есть при f_Nai, большем f_Nacp. В этом режиме мы имеем сигнал на выходе N 2 блока 13, который свидетельствует о "коррозионном" режиме эксплуатации канала. Совпадение во времени сигнала на выходе N 2 блока 13 с сигналом на выходе N 2 блока 3 свидетельствует о "коррозионном" режиме эксплуатации канала. И, наконец, совпадение во времени сигнала на выходе N 2 блока 13 с сигналами на выходе N 2 блока 3 и выходе N 2 блока 11 свидетельствует не только о "коррозионном" режиме эксплуатации канала, но и о наличии течи в нем.

Фиг. 5-3 характеризует режим работы канала с концентрацией твердых частиц в газе, имеющей значение ниже среднего. В этом режиме мы имеем устойчивый сигнал на выходе N 3 блока 13, который свидетельствует о наличии сужения зазора между каналом и графитовой кладкой. Совпадение во времени сигнала на выходе N 3 блока 13 с сигналами на выходе N 3 блока 3 и выходе N 3 блока 11 подтверждает наличие сужения зазора между каналом и графитовой кладкой.

Более детальный анализ состояния контролируемого канала осуществляется блоком 14 с использованием соотношений (6)-(11), которые позволяют по отношениям величин f_Σi/f_Σcp; f_gi/f_gcp; f_Nai/f_Nacp; f_gcp/f_Σcp;f_Nacp/f_Σcp; f_Nacp/f_gcp; f_gi/f_Σi; f_Nai/f_Σi и f_Nai/f_gi учесть как неравномерности энерговыделения по ТК, так и разницу в интегральных флюенсах нейтронов по ТК, то есть более точно восстановить состояние ТК и зазора независимо от абсолютного значения активностей. С этой целью выводы блоков 1, 8 и 9 также связаны с соответствующими входами блока 14.

Литература
1. Конструирование ядерных реакторов: Учеб. пособие для вузов/И.Я. Емельянов, В.И. Михан, В.И. Солонин; Под. общ. ред. акад. Н.А. Доллежаля. - М.: Энергоиздат, 1982. - С. 224.

Формула изобретения

Способ контроля целостности каналов водографитового ядерного реактора, основанный на измерении радиоактивности газа, применяемого для обдувки трактов каналов и графитовой кладки, отличающийся тем, что одновременно измеряют для каждого i-го канала суммарную интенсивность распадов продуктов активации газа, интенсивность распадов продуктов активации газовой фракции и величину, характеризующую концентрацию продуктов коррозии в газе, определяют по измеренным величинам отношение интенсивности распадов продуктов активации газовой фракции для i-го канала к суммарной интенсивности распадов продуктов активации газа для i-го канала и отношение их средних величин, отношение величины, характеризующей концентрацию продуктов коррозии в газе для i-го канала, к суммарной интенсивности распадов продуктов активации газа для i-го канала и отношение их средних величин, отношение величины, характеризующей концентрацию продуктов коррозии в газе для i-го канала, к интенсивности распадов продуктов активации газовой фракции для i-го канала и отношение их средних величин, и по отклонениям значений отношений интенсивности распадов продуктов активации газовой фракции для i-го канала к суммарной интенсивности распадов продуктов активации газа для i-го канала, величины, характеризующей концентрацию продуктов коррозии в газе для i-го канала, к суммарной интенсивности распадов продуктов активации газа для i-го канала, величины, характеризующей концентрацию продуктов коррозии в газе для i-го канала, к интенсивности распадов продуктов активации газовой фракции для i-го канала от соответствующих значений отношений их средних величин оценивают состояние каналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 01.07.2005

Извещение опубликовано: 10.06.2006        БИ: 16/2006

---