Способ отбора и разбавления пробы жидкой радиоактивной среды и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области технологии обращения с высокорадиоактивными растворами и может быть использована, например, в составе комплекса средств управления проектными и запроектными авариями на АЭС для получения дополнительной информации о характере повреждения активной зоны реактора по результатам радиохимического и химического анализа в лабораторных условиях состава отобранных образцов водных сред из технологических линий и оборудования энергоблока. Для обеспечения представительности пробы по расширенному перечню радионуклидного и химического состава водной среды, растворенных газов и твердофазных частиц с оценкой их гранулометрического состава в способе посредством предлагаемого устройства выполняют проливку тракта, дегазацию пробы, направление дегазированной пробы в основной трубопровод для ее разбавления в автоматическом режиме с заданной кратностью разбавления с последующим отбором разбавленной пробы и отмывкой тракта. Перед проливкой основного трубопровода выполняют охлаждение исходной среды и снижение давления до атмосферного. Одновременно с дегазацией пробы проводят ее очистку от взвешенных частиц. Проливку основного трубопровода осуществляют до установления равновесных условий пробоотбора, определяемых по стабилизации мощности дозы, измеряемой на выходе тракта. Основной трубопровод содержит калиброванные участки расчетного объема, обеспечивающие необходимую кратность разбавления пробы. Пробу разбавляют заданным объемом разбавителя путем вытеснения ее из выбранного калиброванного участка в смесительную камеру. Выбор калиброванного участка, а также процесс окончания отмывки выполняют при стабилизации мощности дозы, измеряемой на выходе тракта. Для оценки действительной кратности разбавления пробы периодически выполняют калибровку указанного тракта. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Группа изобретений относится к области технологии обращения с высокорадиоактивными растворами и может быть использована, например, в составе комплекса средств управления проектными и запроектными авариями на АЭС для получения дополнительной информации о характере повреждения активной зоны реактора по результатам радиохимического и химического анализа в лабораторных условиях состава отобранных образцов водных сред из технологических линий и оборудования энергоблока.

Известны способ и устройство для получения жидкой пробы по патенту RU №2179756 (опубл. 20.02.2002), предназначенные для получения жидкой пробы из защитной противоаварийной оболочки реактора атомной электростанции с помощью пробоотборного сосуда. В соответствии с решением с помощью импульса давления от внешнего источника в пробоотборном сосуде образуют газовую подушку в пространстве газовой подушки. Газовую подушку используют для транспортировки части находящейся в пробоотборном сосуде жидкости из защитной противоаварийной оболочки реактора. Данное решение может быть использовано как при нормальных условиях эксплуатации, так и в условиях аварий и, по мнению авторов, позволяет без ухудшения прочности и герметичности защитной противоаварийной оболочки получать извне представительные жидкие пробы находящейся в оболочке жидкости. Однако выполнение операций отбора и конечного разбавления проводится с непосредственным участием оператора, что снижает безопасность и, кроме того, решение может быть применимо в ограниченном числе точек отбора исходных образцов среды.

Известен способ отбора и разведения порций радиоактивного раствора и устройство для его осуществления, которые могут быть использованы при подготовке разведенных порций (образцов) радиоактивных растворов в условиях тяжелых боксов или защитных камер в целях анализа состава этих растворов (патент RU №2488801, опубл. 27.07.2013). Способ основан на отборе малой порции радиоактивного раствора в тонкую трубку с наконечником и дозировании жидкости-растворителя во вторую тонкую трубку во время проведения процедуры разведения. Процедуры отбора порции радиоактивного раствора и его разведения проводят одновременно, откачивая из первой тонкой трубки разведенный раствор с заданным расходом и подавая во вторую тонкую трубку жидкость-растворитель с расходом, пропорционально меньшим заданного расхода. При этом коэффициент пропорциональности равен разности единицы и величины, обратной коэффициенту разведения. Для реализации способа предлагаются два варианта устройства. По первому варианту устройство включает первую тонкую трубку с наконечником и связанную с ней буферную емкость, вторую тонкую трубку и связанный с ней дозатор жидкости-растворителя, а также блок регистрации и управления. В устройство введены два микрошприца, снабженных прецизионными приводами поршня на основе шагового двигателя, два управляемых коммутатора потоков, расходная емкость жидкости-растворителя, снабженная линиями подачи жидкости-растворителя, и линия выдачи разведенного раствора. В другом варианте устройства связанная с первой тонкой трубкой буферная емкость установлена на весах, и устройство также снабжено вторыми весами с установленной на них расходной емкостью жидкости-растворителя и двумя микронасосами. Способ и реализующие его устройства позволяют совместить операции отбора порции концентрированного раствора и ее разведения, что обеспечивает повышение удобства эксплуатации устройства и упрощение процедуры подготовки пробы для анализа. Основными недостатками рассмотренного способа и устройства являются:

- ограниченная область использования способа из-за невозможности проведения операций отбора исходных образцов и их разведения в аварийных условиях технологического объекта, когда наблюдаются повышенные значения температуры (более 100°С) и давления, значительно превышающего атмосферное (до значений более 17 МПа). Кроме того, известное решение может быть использовано на производстве с технологически заданными условиями эксплуатации оборудования при неизменном, как правило, радионуклидном составе жидких технологических сред, не предполагающем наличие в них радиоактивных компонентов в виде газов и взвешенных частиц. Помимо этого, в устройстве использованы активные побудители расхода (насосы, приводы микрошприцов на основе шаговых двигателей и т.п.), что ограничивает его применение при тяжелых авариях объектов атомной энергетики с потерей их электроснабжения;

- неопределенная представительность пробы, связанная с невозможностью определить в оперативном режиме потери радионуклидов по тракту разведения исходного образца, а также выбрать эффективное значение необходимой кратности разведения из-за отсутствия контроля уровня мощности дозы от исходного образца разбавляемой среды.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является решение, предлагаемое ООО «Техноаналит» - «Модуль отбора и разбавления проб системы аварийного и поставарийного пробоотбора теплоносителя реактора» (TA-booklet-nuklear-161010.indd, опубл. 12.10.2016). Способ и устройство по данному решению предназначены для отбора проб жидкости и газа из технологических систем реактора, в том числе, теплоносителя, как в эксплуатационном режиме, так и в аварийном и поставарийном состоянии энергоблока.

В соответствии со способом отбора и разбавления пробы жидкой радиоактивной среды выполняют проливку гидравлического тракта, который содержит трубопровод ввода исходной среды с расширительным баком и основной трубопровод. Затем удаляют выделяющийся из жидкой пробы газ и направляют дегазированную пробу в основной трубопровод для ее разбавления в автоматическом режиме с заданной кратностью разбавления с последующим отбором разбавленной пробы. После каждого проведения операции отбора и разбавления пробы проводят отмывку тракта. Способ предусматривает дистанционное управление и дистанционное отображение данных (расхода, температуры охлаждающей жидкости и пробы).

Для реализации данного способа использовано устройство для отбора и разбавления в заданном соотношении пробы жидкой радиоактивной среды, которое содержит гидравлический тракт отбора и разбавления пробы с трубопроводом ввода исходной среды, автоматические клапаны и теплообменник, размещенные на указанном трубопроводе. В состав устройства входит расширительный бак и линия отвода газов, которая связывает расширительный бак с блоком дегазации. Помимо этого, расширительный бак оборудован линией слива избытка пробы и имеет связь со смесительной камерой, при этом указанная связь представлена основным трубопроводом гидравлического тракта. Устройство содержит также бак для разбавителя.

Недостатки решения - это прежде всего неопределенная представительность жидкой пробы по составу истинно растворенных радионуклидов-реперов, по которому оценивается степень разгерметизации топлива. Этот недостаток связан с отсутствием средств, которые позволяют оценить наличие в анализируемой жидкой среде взвешенных частиц топливной композиции и минимизировать их влияние на представительность жидкой пробы по радионуклидному и химическому составу. Обязательность таких средств в системах аварийного пробоотбора предусматривается, например, Требованием 71 стандарта безопасности МАГАТЭ №SSR-2/l, а в требованиях к техническому оснащению АЭС Швейцарии указывается, что в системе аварийного отбора проб из систем и оборудования АЭС должно быть исключено образование отложений в пробоотборных линиях (Шарафутдинов Р.Б., Харитонова Н.Л. Зарубежный опыт нормативного регулирования и проектных решений по аварийному отбору проб на АЭС // Ядерная и радиационная безопасность. - №4 (66), 2012. - с. 3-7). Еще одной возможной причиной недостаточной представительности пробы является отсутствие средств контроля динамики установления в пробоотборных линиях равновесных условий отбора, которые обеспечивают представительность исходных образцов по радионуклидному и химическому составу. Следует также отметить высокую вероятность грубых ошибок радиохимического и химического анализа состава исходной пробы вследствие неопределенной представительности и значимости действительной погрешности разбавления образца предлагаемого для разбавления микрообъема 0,023 см³ и отсутствия средств прямого измерительного контроля мощности дозы, создаваемой образцом. Помимо этого, отбор разбавленной пробы выполняют из смесительной камеры с использованием экранированного радиозащитного шприца, т.е. операции отбора и конечного разбавления выполняются с непосредственным участием оператора.

Проблема, решаемая созданием заявляемого технического решения, заключается в разработке способа и реализующего способ устройства, которые при нормальных условиях эксплуатации и в сложных условиях, имеющих место при тяжелых авариях в ядерных установках, позволят значительно повысить безопасность операций отбора и разведения проб при их выполнении в режиме дистанционного автоматического управления без непосредственного контакта оператора с исходным образцом среды, а также повысить представительность и информативность пробы по контролируемым характеристикам состава среды, что даст возможность с более высокой точностью и надежностью получать информацию о характере повреждения активной зоны реактора.

Указанный технический результат достигается в способе отбора и разбавления пробы жидкой радиоактивной среды с использованием гидравлического тракта, включающего трубопровод ввода исходной среды с расширительным баком и основной трубопровод. При осуществлении способа выполняют проливку тракта, дегазацию пробы, направление дегазированной пробы в основной трубопровод для ее разбавления в автоматическом режиме с заданной кратностью разбавления с последующим отбором разбавленной пробы и отмывкой тракта, согласно заявляемому решению перед проливкой основного трубопровода выполняют охлаждение исходной среды и снижение давления до атмосферного. Одновременно с дегазацией пробы проводят очистку пробы от взвешенных частиц. Проливку основного трубопровода осуществляют до установления равновесных условий пробоотбора, определяемых по стабилизации мощности дозы, измеряемой на выходе тракта. Основной трубопровод выполняют в виде калиброванных участков расчетного объема, обеспечивающих необходимую кратность разбавления пробы, а пробу разбавляют путем вытеснения ее из выбранного калиброванного участка заданным объемом разбавителя в смесительную камеру. При этом выбор калиброванного участка, а также процесс окончания отмывки выполняют при условии стабилизации мощности дозы, измеряемой на выходе тракта. Для оценки действительной кратности разбавления пробы периодически выполняют калибровку указанного тракта.

Применительно к данному описанию термин «равновесные условия» понимают, как означающий то, что при проливке тракта отбора проб обеспечивается насыщение поверхности конструкционных материалов компонентами, присутствующими в пробе, в соответствии с их коэффициентом распределения между жидкой и твердой фазой, являющимся физико-химической и термодинамической константой в заданных условиях реализации пробоотбора или отмывки тракта.

Возможны дополнительные варианты выполнения способа, в которых целесообразно, чтобы:

- снижение давления исходной среды и очистку пробы от взвешенных частиц осуществляли путем гидроциклонирования, для чего выход трубопровода ввода исходной среды присоединяли по касательной к внутренней поверхности расширительного бака, который выполняли в виде цилиндра с донной частью конической формы;

- слив избытка отбираемой пробы из расширительного бака и проливку основного трубопровода средой, очищенной от растворенных газов и взвешенных частиц, обеспечивали, используя естественный перепад гидростатического давления жидкости между ее уровнем в расширительном баке и выходом линий слива из бака и основного трубопровода, соответственно;

- в качестве разбавителя использовали, например, воду высокой чистоты, при этом бак для разбавителя подключали посредством автоматического клапана к основному трубопроводу;

- для калибровки использовали калибровочный раствор, который направляли из бака с калибровочным раствором, подключенного посредством автоматического клапана к основному трубопроводу.

Для решения вышеозначенной проблемы необходимо также разработать устройство для отбора и разведения в заданном соотношении проб жидкой радиоактивной среды, с помощью которого можно реализовать заявляемый способ и посредством определенных конструктивных решений обеспечить технический результат:

- повысить безопасность операций отбора и разбавления пробы за счет их выполнения в автоматическом режиме по заданной циклограмме с исключением радиационной нагрузки на оператора и выхода радионуклидов в рабочие помещения и окружающую среду;

- повысить информативность и обеспечить представительность пробы по расширенному перечню контролируемых показателей состава, а именно, радионуклидного и химического состава водной среды, растворенных газов и твердофазных частиц с оценкой их гранулометрического состояния, что позволит достоверно определить характер разрушения зоны;

- обеспечить возможность реализации полного объема функций при ограничениях или полной потере электроснабжения технологического объекта контроля.

Согласно заявляемому техническому решению, устройство для отбора и разведения пробы жидкой радиоактивной среды содержит систему автоматического управления, гидравлический тракт отбора и разбавления проб с трубопроводом ввода исходной среды, автоматические клапаны и теплообменник, размещенные на указанном трубопроводе, расширительный бак, линию отвода газов, связывающую упомянутый расширительный бак с блоком дегазации, средства отбора жидкой пробы и бак для разбавителя. Расширительный бак оборудован линией слива избытка пробы и имеет связь со смесительной камерой, размещенной в пробоотборном шлюзе, при этом указанная связь представлена основным трубопроводом упомянутого тракта. В соответствии с заявляемым техническим решением трубопровод ввода исходной среды представлен в виде независимых трубопроводов ввода среды с высокими и низкими параметрами, при этом каждый из упомянутых трубопроводов снабжен автоматическим клапаном ввода среды и регулятором расхода и давления «после себя», и каждый указанный регулятор установлен на своем трубопроводе после теплообменника, а теплообменник выполнен пассивным. Устройство снабжено сосудом-сборником взвешенных частиц, связанным посредством запорного клапана с расширительным баком, а бак для разбавителя выполнен в виде сосуда постоянного уровня. В устройстве средства отбора жидкой пробы размещены на основном трубопроводе и выполнены в виде калиброванных участков расчетного объема для разведения пробы с заданной кратностью разбавления, которые встроены в него по ходу жидкости в трубопроводе в последовательности от меньшего объема к большему. Внутри участка большего объема размещен датчик мощности дозы, а основной трубопровод имеет автоматические клапаны, которые расположены на основном трубопроводе так, чтобы обеспечить возможность подключения к нему заданного калиброванного участка. Кроме этого устройство снабжено баком с калибровочным раствором, при этом выходы бака с калибровочным раствором и бака для разбавителя через соответствующие автоматические клапаны ввода связаны основным трубопроводом с входом участком меньшего объема, выход каждого калиброванного участка посредством соответствующей линии отбора пробы с установленным на ней автоматическим клапаном соединен со смесительной камерой, размещенной в пробоотборном шлюзе. В указанном шлюзе установлен датчик мощности дозы разбавленной пробы, а автоматические клапаны и регуляторы расхода и давления управляющими связями подключены к системе автоматического управления.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:

- расширительный бак был выполнен в виде цилиндра с донной частью конической формы и имел вертикальный трубопровод с клапаном для смыва осажденных взвесей в сосуд-сборник взвешенных частиц;

- расширительный бак содержал пробоотборный зонд для отбора очищенной от растворенных газов и взвешенных частиц жидкой пробы, при этом зонд был установлен ниже уровня разделения водной и газовой фаз и имел в верхней части косой срез, обеспечивающий минимизацию захвата выделяющихся газов потоком жидкой среды;

- блок дегазации был выполнен в виде блока сорбентов, селективных по отношению к летучим формам радиоизотопов йода и инертным радиоактивным газам, с предвключенным влагоотделителем и дополнительно содержал коллимированный гамма-спектрометрический датчик;

- бак для разбавителя содержал встроенный в него уровнемер, подключенный управляющей связью к системе автоматического управления и обеспечивающий формирование сигнала о заполнении бака заданным объемом разбавителя, при этом в качестве разбавителя может быть использована вода высокой чистоты;

- для обеспечения возможности бесперебойной работы в условиях аварии с ограничением электроснабжения устройство содержало блок независимого электропитания оборудования.

Следует отметить также, что возможные варианты конструктивного выполнения калиброванных участков понятны для специалиста в области дозиметрических измерений. В зависимости от требуемой кратности разбавления калиброванный участок может быть сконструирован и реализован различным способом, например, участок большего объема может быть выполнен в виде полой цилиндрической спирали, размещенной в радиационно-защитном корпусе, а датчик мощности дозы располагают, при этом, внутри спирали.

Основные преимущества заявляемого технического решения заключаются в следующем:

- выполнение трубопровода ввода исходной среды в виде независимых трубопроводов ввода сред с высокими и низкими параметрами предоставляет возможность автоматического отбора проб с различными параметрами: до температуры 150°С при давлении до 2,0 МПа и до температуры 365°С при давлении до 17,6 МПа соответственно;

- предварительное охлаждение исходной среды и снижение давления до атмосферного с использованием «пассивного» теплообменника, регуляторов расхода и давления «после себя» с их выходом в расширительный бак, находящийся под атмосферным давлением, позволяет обеспечить перед проливкой основного трубопровода эффективную дегазацию исходной пробы с исключением выхода радиоактивных газов в рабочие помещения, безопасность оперативного персонала и эксплуатации устройства при выполнении полного объема функций по его назначению;

- в отличие от решения-прототипа, выполнение теплообменника пассивным дает возможность реализации полного объема функций установки при потере электроснабжения, например, при аварии энергоблока АЭС с исключением возможности подачи охлаждающей воды от штатных систем водоснабжения;

- использование в предлагаемом устройстве регуляторов расхода и давления «после себя» позволяет обеспечить в расширительном баке разделение водной и газовой фаз, а также отделение взвешенных частиц и подачу очищенной жидкой пробы на разбавление в основной трубопровод за счет естественных физических процессов, без применения активных побудителей расхода и фильтрующих элементов;

- в решении по прототипу разбавление жидкой пробы в рабочих условиях обеспечивается после выполнения последовательного ряда операций отбора с использованием промежуточных сосудов (баллонов), средств их вакуумирования и нагрева, отбором микрообъемов исходного образца с использованием различных средств пробоотбора: клапаном разбавления (до 0,023 см³ по нижнему пределу), радиозащитным шприцом или подключением пробоотборного баллона к линиям отбора с использованием иглы. Применение таких средств является существенным недостатком, поскольку при отборе микрообъемов проб повышается неопределенность конечной оценки их представительности и точности разбавления исходного образца, кроме того снижается отказоустойчивость схемы разбавления в целом при отборе проб, в которых присутствуют взвешенные частицы с размером, превышающим условное проходное сечение проточных элементов средств пробоотбора;

- в отличие от решения-прототипа, где выбор кратности разбавления выполняется «по фактическим данным радиационного контроля с учетом расчетных ожидаемых максимальных значений объемной активности», применение в предлагаемом решении датчика мощности дозы, установленного на выходе основного трубопровода (внутри участка большего объема), позволяет обеспечить в заданной геометрии источника излучения непрерывный измерительный контроль динамики изменения радиационных характеристик водных сред при выполнении операций их отбора с целью получения эффективной оценки представительности и автоматического выбора оптимальной кратности разбавления отбираемого образца, что значимо повышает достоверность и точность результатов радиохимического и химического контроля состава анализируемых сред в заданных технологических условиях;

- в предлагаемом решении использование встроенных в основной трубопровод калиброванных участков позволяет не только автоматизировать и упростить процесс выбора определенной (заданной) кратности разбавления, но также обеспечивает возможность реализации пассивной схемы разбавления за счет естественного перепада гидростатического давления среды между баком для разбавителя и смесительной камерой, установленной в проотборном шлюзе, при этом вытеснение образца осуществляется не менее чем 10-кратным объемом разбавителя по отношению к объему выбранного калиброванного участка, что гарантирует сохранение представительности разбавляемой пробы и минимизирует требования к радиационной защите трубопроводов в отличие от решений по прототипу, где применяют промежуточные сосуды, средства их вакуумирования, дозирующие клапаны и устройства шприцевания;

- наличие датчика мощности дозы, установленного в пробоотборном шлюзе, позволит после завершения каждой операции пробоотбора по результатам дистанционного измерения радиационных характеристик разбавленного образца принять обоснованное решение по оптимизации схемы его транспортировки в лабораторию, по порядку обращения при проведении анализов и хранения в соответствии с правилами радиационной безопасности при работе с открытыми радиоактивными источниками;

- процедуры калибровки и включенные для этого в состав установки средства также дополнительно решают вопрос регулярной оценки качества обеспечения представительности пробы и действительного значения кратности разбавления с использованием стандартных растворов при техническом обслуживании установки с заданной периодичностью или установленным межкалибровочным интервалом для подтверждения ее функциональной готовности и метрологической пригодности в режиме ожидания при нормальной эксплуатации энергоблока.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего решения иллюстрируются чертежами, которые представляют пример реализации изобретения.

На фиг. 1 представлена схема устройства, посредством которого реализован способ отбора и разбавления пробы, а на фиг. 2 изображена выполненная в логарифмическом масштабе диаграмма сравнения заданного (КРзд) и действительного (КРд) значений кратности разбавления 1:10/1:100 и 1:1000, оцененного по экспериментальным данным испытаний устройства.

На фиг. 1 позициями обозначены:

1, 3 - клапаны ввода среды с высокими и низкими теплогидравлическими параметрами, соответственно;

2, 4 - регуляторы расхода и давления среды с высокими и низкими теплогидравлическими параметрами, соответственно;

5 - клапан слива избытка отбираемой пробы из расширительного бака;

6 - расширительный бак;

7 - зонд отбора подготовленной на разбавление пробы;

8-11, 17 - запорные клапаны;

12 - датчик уровня охлаждающей среды в баке теплообменника;

13 - датчик температуры охлаждающей среды в баке теплообменника;

14-15 - датчики температуры отбираемой среды на входе и выходе теплообменника, соответственно;

16 - датчик давления отбираемой среды на выходе теплообменника;

18 - блок селективных сорбентов для удаления радиоактивных газов;

19 - отделитель капельной влаги из удаляемой газовой фазы;

20 - датчик мощности дозы от дегазированной и освобожденной от взвесей исходной пробы;

21 - сосуд-сборник взвешенных частиц, осажденных из исходной пробы;

22, 23, 24 - калиброванные участки расчетного объема;

25 - бак для разбавителя (сосуд постоянного уровня с водой высокой чистоты, используемой в качестве разбавителя);

26 - уровнемер разбавителя в сосуде постоянного уровня;

27 - клапан ввода воды высокой чистоты в основной трубопровод;

28-30 - клапаны отбора пробы;

31 - смесительная камера;

32 - датчик мощности дозы разбавленной пробы;

33 - пробоотборный шлюз;

34, 35 - клапаны ввода воды высокой чистоты/дезактивирующего раствора для отмывки тракта после отбора пробы среды с высокими параметрами;

36 - обратный клапан для защиты тракта ввода воды высокой чистоты/ дезактивирующего раствора в режимах отбора пробы среды с высокими параметрами;

37, 38 - клапаны ввода дезактивирующего раствора/воды высокой чистоты для отмывки тракта после отбора пробы среды с низкими параметрами;

39 - обратный клапан для защиты тракта ввода воды высокой чистоты в режимах отбора пробы среды с низкими параметрами;

40 - бак с калибровочным раствором;

41 - клапан ввода калибровочного раствора в основной трубопровод;

42 - теплообменник.

Сущность технического решения показана на примере реализации способа на устройстве для отбора и разбавления пробы.

При инициализации режима отбора и разбавления проб из выбранной оператором точки контроля технологического объекта (например, энергоблока АЭС) автоматически открываются клапан 1 и регулятор 2 для ввода в устройство среды с высокими теплогидравлическими параметрами или клапан 3 и регулятор 4 для ввода в устройство среды с низкими теплогидравлическими параметрами. Одновременно, при закрытых клапанах 27, 28-30 и 41, открывается клапан 5 слива избытка отбираемой пробы из расширительного бака 6 и клапаны 8, 9, 10, 11 для проливки пробой основного трубопровода гидравлического тракта. При этом на экране монитора (на фиг. не показан) отображаются состояние указанной группы клапанов, значение датчика уровня 12 и датчика температуры 13 охлаждающей среды в баке теплообменника 42, датчика 14 отбираемой среды на входе и датчика 15 на выходе из теплообменника, а также датчика 16 давления среды на выходе регуляторов давления «за собой» перед ее подачей в расширительный бак 6. В опытном образце устройства теплообменник 42 выполнен пассивным с объемом охладителя в баке теплообменника, достаточным для охлаждения не менее 5 отбираемых подряд проб водных сред с максимальной температурой и расходом при заданных проектом длине линий от точки отбора до ввода в теплообменник, что дает возможность реализации полного объема функций устройства при аварии, ограничивающей подачу охлаждающей воды от штатных систем водоснабжения объекта. Удаление выделяющихся из жидкой пробы газов осуществляется через блок селективных сорбентов 18 с предвключенным отделителем капельной влаги 19. Взвешенные в отбираемой среде частицы за счет потери напора осаждаются в донной части расширительного бака 6. При стабилизации мощности дозы, измеряемой на выходе из основного трубопровода датчиком 20, клапаны 1 или 3 ввода среды закрываются. Одновременно закрываются клапаны 8-11 по основному трубопроводу.

По результатам оценки диапазона стабилизированной мощности дозы, регистрируемой датчиком 20 (что говорит об установлении равновесных условий), инициализируется операция вытеснения пробы из одного из участков расчетного объема 22, 23 или 24. При этом датчик 20 установлен в участке 24 основного трубопровода, а участок 24 выполнен в виде полой цилиндрической спирали, размещаемой в радиационно-защитном корпусе. Датчик 20 установлен внутри спирали и предназначен для определения момента выхода значения контролируемой мощности дозы на стационарное значение. Момент выхода определяется по известным статистическим моделям, программно реализованным в блоке дистанционного автоматического управления (на фиг. не показан). Вытеснение проводится водой высокой чистоты из бака 25, в котором перед началом операции вытеснения по сигналу встроенного уровнемера 26 выполняется контроль соответствия объема разбавителя заданному значению. Например, для обеспечения кратности разбавления, задаваемой участком 22, открываются клапан 27 и клапан 28, и проба выбранного объема вытесняется для разбавления в смесительную камеру 31 самотеком вследствие разности уровней разбавителя в сосуде 25 и слива разбавленной пробы в смесительную камеру 31. Обеспечение более низких кратностей разбавления достигается аналогичным образом: выбором линии вытеснения образца необходимого объема с открытием клапанов 29 или 30 для участков расчетного объема 23 или 24, соответственно. При этом расчетный объем участков 23 и 24 отвечает сумме объемов предвключенных участков основного трубопровода, учитываемых при расчете заданной кратности разбавления для каждого из участков 23 и 24. По окончании операции подготовки пробы на анализ на пульте оператора формируется сигнал о возможности извлечения смесительной камеры 31 с разбавленной пробой по результатам оценки мощности дозы датчиком 32, установленным в биологически защищенном шлюзе 33 с камерой 31.

По окончании отбора разбавленного образца с пульта оператора инициализируется режим отмывки тракта водой высокой чистоты от внешних баков запаса. В указанном режиме открываются клапана 5 и 8-11 для слива отмывочной среды в емкости для сбора радиоактивных отходов или спецканализацию. Подача воды высокой чистоты для отмывки линий и оборудования тракта отбора проб с высокими параметрами осуществляется самотеком при открытии клапанов 34, 35 и обратного клапана 36, обеспечивающего защиту тракта ввода воды высокой чистоты от гидроударов при реализации режима отбора проб сред с высокими теплогидравлическими параметрами. Отмывка линий отбора проб с низкими теплогидравлическими параметрами реализуется при открытых клапанах 34, 38 и обратном клапане 39. Режим отмывки может быть прекращен по выводимым на экран монитора (на фиг. не показан) данным оценки мощности дозы от отмывочных растворов, регистрируемой датчиком 20. По окончании режима отмывки осадок из донной части расширительного бака 6 может быть смыт содержащимся в нем объемом воды высокой чистоты через клапан 17 в извлекаемый сосуд 21, обеспеченный достаточной радиационной защитой, с целью передачи осадка для оценки гранулометрического, радионуклидного и химического состава взвесей.

При необходимости, с пульта оператора может быть инициализирован режим отмывки гидравлического тракта дезактивирующими растворами из внешнего бака запаса (на фиг. не показан) при открывании клапанов 37, 35 и обратного клапана 36 или клапанов 37, 38 и обратного клапана 39 для линий отбора проб сред с высоким и низкими параметрами соответственно.

Режим калибровки тракта для оценки действительной точности разведения пробы для анализа при инициализации с пульта оператора обеспечивает закрытие клапана 8, проливку тракта калибровочным раствором из бака 40 через клапан 41. Схема отбора и разбавления калибровочного образца для анализа аналогична соответствующим операциям при отборе и разбавлении проб технологических сред.

На фиг. 2 видно, что предлагаемое техническое решение при контролируемой представительности проб водных сред в аварийных условиях АЭС обеспечивает разбавление отбираемых проб с высокой точностью (не более ±10%) по отношению к заданному значению кратности разбавления.

Таким образом, применение заявляемого способа позволит, по сравнению с прототипом, повысить эффективность и надежность технологии отбора пробы, реализовать контролируемые условия обеспечения представительности пробы и метрологическую оценку точности заданной кратности разбавления при подготовке пробы для анализа. Устройство, предлагаемое для реализации заявляемого способа, позволяет также повысить информативность отбираемых проб по расширенному кругу показателей состава контролируемых сред, общепромышленную и радиационную безопасность и экологичность операций пробоотбора, технологичность и удобство схемы управления техническими средствами в полном объеме процедур отбора, подготовки и разбавления проб водных сред, что и определяет преимущество заявляемого технического решения по сравнению с прототипом.

Эффективность принятых решений подтверждена результатами испытаний опытного образца устройства в составе испытательного комплекса, моделирующего эксплуатационные условия АЭС с ВВЭР по параметрам водных сред.

1. Способ отбора и разбавления пробы жидкой радиоактивной среды с использованием гидравлического тракта, содержащего трубопровод ввода исходной среды с расширительным баком и основной трубопровод, путем проливки тракта, дегазации пробы, направлением пробы в основной трубопровод для разбавления в автоматическом режиме с заданной кратностью разбавления с последующим отбором разбавленной пробы и отмывкой тракта, отличающийся тем, что перед проливкой основного трубопровода выполняют охлаждение исходной среды и снижение давления до атмосферного, одновременно с дегазацией пробы проводят очистку пробы от взвешенных частиц, проливку основного трубопровода осуществляют до установления равновесных условий, определяемых по мощности дозы, измеряемой на выходе тракта; основной трубопровод выполняют в виде калиброванных участков расчетного объема, обеспечивающих необходимую кратность разбавления пробы, при этом пробу разбавляют путем ее вытеснения из выбранного калиброванного участка заданным объемом разбавителя в смесительную камеру, причем выбор калиброванного участка, а также процесс окончания отмывки выполняют при условии стабилизации мощности дозы, измеряемой на выходе тракта, кроме того, периодически выполняют калибровку указанного тракта для оценки действительного значения коэффициента разбавления пробы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что снижение давления исходной среды и очистку пробы от взвешенных частиц осуществляют путем гидроциклонирования, для чего выход трубопровода ввода исходной среды присоединяют по касательной к внутренней поверхности расширительного бака, который выполняют в виде цилиндра с донной частью конической формы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно выполняют слив избытка отбираемой пробы из расширительного бака, при этом слив избытка пробы и проливку основного трубопровода средой, очищенной от растворенных газов и взвешенных частиц, обеспечивают, используя естественный перепад гидростатического давления жидкости между ее уровнем в расширительном баке и линией слива и основным трубопроводом соответственно.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве разбавителя используют, например, воду высокой чистоты, при этом бак для разбавителя подключают посредством автоматического клапана к основному трубопроводу.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для калибровки используют калибровочный раствор, который направляют из бака с калибровочным раствором, подключенного посредством автоматического клапана к основному трубопроводу.

6. Устройство для отбора и разбавления пробы жидкой радиоактивной среды, содержащее систему автоматического управления, гидравлический тракт отбора и разбавления пробы с трубопроводом ввода исходной среды, автоматические клапаны и теплообменник, размещенные на указанном трубопроводе, расширительный бак, линию отвода газов, связывающую упомянутый расширительный бак с блоком дегазации, средства отбора жидкой пробы и бак для разбавителя, расширительный бак оборудован линией слива избытка пробы и имеет связь со смесительной камерой, размещенной в пробоотборном шлюзе, при этом указанная связь представлена основным трубопроводом упомянутого тракта, отличающееся тем, что трубопровод ввода исходной среды представлен в виде независимых трубопроводов ввода среды с высокими и низкими параметрами, при этом каждый из упомянутых трубопроводов снабжен автоматическим клапаном ввода среды и регулятором расхода и давления «после себя» и каждый указанный регулятор установлен на своем трубопроводе после теплообменника, при этом теплообменник выполнен пассивным; устройство снабжено сосудом-сборником взвешенных частиц, связанным посредством запорного клапана с расширительным баком, а бак для разбавителя выполнен в виде сосуда постоянного уровня; средства отбора жидкой пробы размещены на основном трубопроводе и выполнены в виде калиброванных участков расчетного объема для разведения пробы с заданной кратностью разбавления, встроенных в трубопровод по ходу жидкости в последовательности от меньшего объема к большему, причем внутри участка большего объема размещен датчик мощности дозы, кроме того, основной трубопровод имеет автоматические клапаны, которые расположены так, чтобы обеспечить возможность подключения к нему заданного калиброванного участка; кроме этого устройство снабжено баком с калибровочным раствором, при этом выходы бака с калибровочным раствором и бака для разбавителя через соответствующие автоматические клапаны ввода связаны основным трубопроводом с входом участка меньшего объема, выход каждого калиброванного участка посредством соответствующей линии отбора пробы с установленным на ней автоматическим клапаном соединен со смесительной камерой, размещенной в пробоотборном шлюзе, причем в указанном шлюзе установлен датчик мощности дозы разбавленной пробы, а автоматические клапаны, а также регуляторы расхода и давления управляющими связями подключены к системе автоматического управления.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что расширительный бак выполнен в виде цилиндра с донной частью конической формы и имеет вертикальный трубопровод с клапаном для смыва осажденных взвесей в сосуд-сборник взвешенных частиц.

8. Устройство по п. 6 или 7, отличающееся тем, что расширительный бак содержит пробоотборный зонд для отбора очищенной от растворенных газов и взвешенных частиц жидкой пробы, при этом зонд установлен ниже уровня разделения водной и газовой фаз и имеет в верхней части косой срез, обеспечивающий минимизацию захвата выделяющихся газов потоком жидкой среды.

9. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что блок дегазации представляет собой блок селективных по отношению к летучим формам радиоизотопов йода и инертным радиоактивным газам сорбентов с предвключенным влагоотделителем и может дополнительно содержать коллимированный гамма-спектрометрический датчик.

10. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что бак для разбавителя содержит встроенный в него уровнемер, подключенный управляющей связью к системе автоматического управления и обеспечивающий формирование сигнала о заполнении бака заданным объемом разбавителя, при этом в качестве разбавителя может быть использована вода высокой чистоты.

11. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что содержит блок независимого электропитания оборудования, обеспечивающий возможность бесперебойной работы в условиях аварии с ограничением электроснабжения.