CN103928068B - 定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的系统及方法 - Google Patents

定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于核电厂反应堆一回路压力边界完整性监测技术领域，具体涉及一种定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的系统及方法。该系统包括取样回路、F‑18微粒探测装置、微尘和碘过滤器、惰性气体探测装置、控制和测量装置、抽气泵；取样回路从安全壳取样，依次连接有F‑18微粒探测装置、微尘和碘过滤器、惰性气体探测装置、抽气泵；控制和测量装置分别采集取样回路的温度和压力信号、F‑18微粒探测装置的测量信号、F‑18微粒探测装置与微尘和碘过滤器之间管路的流量信号、惰性气体探测装置的测量信号。本发明通过测量安全壳大气中气溶胶颗粒物F‑18衰变的β+射线湮没产生的0.511MeV特定能量γ射线进行定量测量核电厂反应堆一回路冷却剂泄漏率。

Description

定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的系统及方法
技术领域
本发明属于核电厂反应堆一回路压力边界完整性监测技术领域，具体涉及一种定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的系统及方法。
背景技术
压水堆核电厂反应堆一回路压力边界的完整性是确保核电站安全运行的重要条件之一。反应堆冷却剂压力边界泄漏监测系统的准则和方法主要有：（1）必须对一回路压力边界的完整性设置连续监测仪表；（2）对一回路压力边界的泄漏监测至少采用二种独立的不同监测方法；（3）监测方法中必须包括一种及以上辐射监测的方法；（4）探测下限应达到在1h内能探测到3.8L/min（1gpm）的泄漏率，甚至在20%运行功率水平下。
目前国内外用于运行核电厂反应堆一回路压力边界泄漏监测的放射性测量方法主要有：监测安全壳大气中放射性气溶胶、碘-131、惰性气体放射性活度浓度，监测安全壳大气中N-13/F-18气体放射性活度浓度，监测主蒸汽管道中N-16放射性活度浓度，监测安全壳大气中以气溶胶颗粒物形式存在的F-18放射性活度浓度，以及监测蒸汽发生器排污水中放射性活度浓度。在上述放射性测量方法中：
（1）监测安全壳大气中放射性气溶胶、碘-131、惰性气体放射性活度浓度和监测蒸汽发生器排污水放射性活度浓度这两种方法，由于放射性源项不能准确确定，监测设备不具备对某个特定能量的射线进行甄别测量，因此不能用于定量测量泄漏率；
（2）监测主蒸汽管道中N-16放射性活度浓度仅能测量蒸汽发生器传热管一次侧向二次侧的泄漏，不能测量一回路冷却剂在安全壳内的泄漏；
（3）监测安全壳大气中N-13/F-18气体放射性活度浓度，虽然可以定量地评价一回路冷却剂的泄漏率，但该监测方法的探测下限不够低，报警阈值不能满足法规要求的1小时内测量出3.8L/min（1gpm）泄漏率的监测要求（非能动压水堆核电厂要求在1小时内测量出1.9L/min泄漏率的限值以支持先漏后破分析）；
（4）监测安全壳大气中以气溶胶颗粒物形式存在的F-18放射性活度浓度除了具有N-13/F-18气体监测方法优点外，由于被测放射性是以气溶胶颗粒物形式存在，所以可以用微粒采集器对样品进行浓缩。浓缩的结果等效于提高了被测样品的体积，大大地改进（提高）了仪表的可探测下限，从而可以满足法规和标准对于一回路冷却剂压力边界泄漏率的测量要求。目前国内外仅有的一种F-18微粒监测仪是通过测量F-18微粒β射线来定量计算一回路冷却剂泄漏率。核电厂一回路冷却剂中除了含有F-18外，还有许多一回路管道腐蚀产物，这些腐蚀产物大多具有β放射性。由于放射性核素的β谱为连续谱，且F-18在一回路冷却剂中的份额很低，因此，这种通过测量β射线的方法非常容易形成对F-18测量的干扰，降低测量准确度，造成测量误报警，影响核电厂的正常运行。
因此，如何提高一回路冷却剂泄漏率定量测量的准确度和响应时间是主要技术难点，且监测系统还要求有很强的异常情况处理能力（报警）和纠错能力。这些要求都对一回路冷却剂压力边界泄漏率的定量测量方法和装置设计提出了挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的系统及方法，以克服现有技术存在的上述不足。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的系统，该系统包括取样回路、F-18微粒探测装置、微尘和碘过滤器、惰性气体探测装置、控制和测量装置、抽气泵；取样回路从安全壳取样，依次连接有F-18微粒探测装置、微尘和碘过滤器、惰性气体探测装置、抽气泵；控制和测量装置分别采集取样回路的温度和压力信号、F-18微粒探测装置的测量信号、F-18微粒探测装置与微尘和碘过滤器之间管路的流量信号、惰性气体探测装置的测量信号。
所述F-18微粒探测装置包括微粒采集器和微粒探测器。
所述的取样回路通过抽气泵从安全壳中的内循环风机处采集空气样品并将其传输给F-18微粒探测装置中的微粒采集器，微粒采集器采集空气样品中F-18微粒，F-18微粒衰变的β+射线发生湮没效应产生0.511MeV的特定能量γ射线，微粒探测器将0.511MeV的γ射线转换成电信号后输出至控制和测量装置；经过微粒采集器的空气样品输送给微尘和碘过滤器，微尘和碘过滤器将空气样品中的微尘和碘过滤后输送给惰性气体探测装置，惰性气体探测装置把空气样品中的惰性气体β射线均转换成电信号后输出至控制和测量装置，得到惰性气体的放射性活度浓度；经过惰性气体探测装置测量后的空气样品返回至安全壳中；控制和测量装置根据接收到的0.511MeV的γ射线电信号和F-18微粒探测装置与微尘和碘过滤器之间管路的流量信号，得到F-18微粒放射性活度浓度X，按照取样点处F-18微粒放射性活度浓度X与一回路冷却剂泄漏率Y成线性关系Y＝kX+b可以定量得到一回路冷却剂泄漏率Y，其中0.001≤k≤0.5，0.01≤b≤5；控制和测量装置根据采集到的取样回路的温度和压力信号可以计算标准状态下的放射性活度浓度。
所述控制和测量装置将采集后的信号处理后转换成标准信号通过接线箱传输给相关仪控系统。
所述抽气泵与安全壳之间设置有带阀门的快速接头，用于手动取样。
取样回路通过抽气泵从安全壳中的内循环风机处采集空气样品并将其传输给F-18微粒探测装置中的微粒采集器，微粒采集器采集空气样品中F-18微粒，F-18微粒衰变的β+射线发生湮没效应产生0.511MeV的特定能量γ射线，微粒探测器将0.511MeV的γ射线转换成电信号后输出至控制和测量装置；经过微粒采集器的空气样品输送给微尘和碘过滤器，微尘和碘过滤器将空气样品中的微尘和碘过滤后输送给惰性气体探测装置，惰性气体探测装置把空气样品中的惰性气体β射线均转换成电信号后输出至控制和测量装置，得到惰性气体的放射性活度浓度；经过惰性气体探测装置测量后的空气样品返回至安全壳中；控制和测量装置根据接收到的0.511MeV的γ射线电信号和F-18微粒探测装置与微尘和碘过滤器之间管路的流量信号，得到F-18微粒放射性活度浓度X，按照取样点处F-18微粒放射性活度浓度X与一回路冷却剂泄漏率Y成线性关系Y＝kX+b可以定量得到一回路冷却剂泄漏率Y，其中0.001≤k≤0.5，0.01≤b≤5；控制和测量装置根据采集到的取样回路的温度和压力信号可以计算标准状态下的放射性活度浓度。
所述控制和测量装置将采集后的信号处理后转换成标准信号通过接线箱传输给相关仪控系统。
所述抽气泵与安全壳之间设置有带阀门的快速接头，用于手动取样。
本发明所取得的有益效果为：
本发明提出了一种通过测量安全壳大气中气溶胶颗粒物F-18衰变的β+射线湮没产生的0.511MeV特定能量γ射线进行定量测量核电厂反应堆一回路冷却剂泄漏率的系统及方法，具有测量准确度高、探测下限低、灵敏度高、响应时间快、误报警概率低、测量受放射性本底干扰小以及能够定量测量一回路冷却剂泄漏等优点，为核电厂反应堆一回路冷却剂压力边界泄漏率定量测量提供了较高质量的测量数据，保证了核电厂的安全可靠运行。本发明可用于国内大型先进压水堆核电站中一回路压力边界完整性泄漏率的监测，满足在100%功率运行工况下1小时内测量出1.9L/min泄漏率限值的要求，符合法规标准和先进压水堆核电厂规格书的要求，填补了国内空白。在20%功率以上运行工况，可以测量一回路冷却剂的泄漏率。在20%功率以下运行工况，由于一回路冷却剂中F-18核素的产额非常低，通过惰性气体探测装置定性评价一回路压力边界的泄漏情况。
附图说明
图1为本发明所述定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的系统结构图；
图中：1、安全壳；2、取样回路；3、F-18微粒探测装置；4、惰性气体探测装置；5、惰性气体探测装置；6、控制和测量装置；7、接线箱；8、抽气泵；9、带阀门的快速接头；A、微粒采集器；B、微粒探测器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明所述定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的系统包括取样回路2、F-18微粒探测装置3、微尘和碘过滤器4、惰性气体探测装置5、控制和测量装置6、接线箱7、抽气泵8以及带阀门的快速接头9；取样回路2从安全壳1取样，依次连接有F-18微粒探测装置3、微尘和碘过滤器4、惰性气体探测装置5、抽气泵8以及带阀门的快速接头9；控制和测量装置6分别采集取样回路2的温度和压力信号、F-18微粒探测装置3的测量信号、F-18微粒探测装置3与微尘和碘过滤器4之间管路的流量信号、惰性气体探测装置5的测量信号；控制和测量装置6将采集后的信号处理后转换成标准信号通过接线箱7传输给相关仪控系统；F-18微粒探测装置3包括微粒采集器A和微粒探测器B。
取样回路2通过抽气泵8从安全壳1中的内循环风机处采集空气样品并将其传输给F-18微粒探测装置3中的微粒采集器A，微粒采集器A采集空气样品中F-18微粒，F-18微粒衰变的β+射线发生湮没效应产生0.511MeV的特定能量γ射线，微粒探测器B将0.511MeV的γ射线转换成电信号后输出至控制和测量装置6；经过微粒采集器A的空气样品输送给微尘和碘过滤器4，微尘和碘过滤器4将空气样品中的微尘和碘过滤后输送给惰性气体探测装置5，惰性气体探测装置5把空气样品中的惰性气体β射线均转换成电信号后输出至控制和测量装置6，得到惰性气体的放射性活度浓度；经过惰性气体探测装置5测量后的空气样品返回至安全壳1中；带阀门的快速接头9用于手动取样，样品送实验室进行分析；控制和测量装置6根据接收到的0.511MeV的γ射线电信号和F-18微粒探测装置3与微尘和碘过滤器4之间管路的流量信号，得到F-18微粒放射性活度浓度X，按照取样点处F-18微粒放射性活度浓度X与一回路冷却剂泄漏率Y成线性关系Y＝kX+b可以定量得到一回路冷却剂泄漏率Y，其中0.001≤k≤0.5，0.01≤b≤5；控制和测量装置6根据采集到的取样回路2的温度和压力信号可以计算标准状态下的放射性活度浓度。

Claims (6)

1.一种定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的系统，其特征在于：该系统包括取样回路(2)、F-18微粒探测装置(3)、微尘和碘过滤器(4)、惰性气体探测装置(5)、控制和测量装置(6)、抽气泵(8)；取样回路(2)从安全壳(1)取样，依次连接有F-18微粒探测装置(3)、微尘和碘过滤器(4)、惰性气体探测装置(5)、抽气泵(8)；控制和测量装置(6)分别采集取样回路(2)的温度和压力信号、F-18微粒探测装置(3)的测量信号、F-18微粒探测装置(3)与微尘和碘过滤器(4)之间管路的流量信号、惰性气体探测装置(5)的测量信号；所述F-18微粒探测装置(3)包括微粒采集器(A)和微粒探测器(B)；所述的取样回路(2)通过抽气泵(8)从安全壳(1)中的内循环风机处采集空气样品并将其传输给F-18微粒探测装置(3)中的微粒采集器(A)，微粒采集器(A)采集空气样品中F-18微粒，F-18微粒衰变的β+射线发生湮没效应产生0.511MeV的特定能量γ射线，微粒探测器(B)将0.511MeV的γ射线转换成电信号后输出至控制和测量装置(6)；经过微粒采集器(A)的空气样品输送给微尘和碘过滤器(4)，微尘和碘过滤器(4)将空气样品中的微尘和碘过滤后输送给惰性气体探测装置(5)，惰性气体探测装置(5)把空气样品中的惰性气体β射线均转换成电信号后输出至控制和测量装置(6)，得到惰性气体的放射性活度浓度；经过惰性气体探测装置(5)测量后的空气样品返回至安全壳(1)中；控制和测量装置(6)根据接收到的0.511MeV的γ射线电信号和F-18微粒探测装置(3)与微尘和碘过滤器(4)之间管路的流量信号，得到F-18微粒放射性活度浓度X，按照取样点处F-18微粒放射性活度浓度X与一回路冷却剂泄漏率Y成线性关系Y＝kX+b可以定量得到一回路冷却剂泄漏率Y，其中0.001≤k≤0.5，0.01≤b≤5；控制和测量装置(6)根据采集到的取样回路(2)的温度和压力信号可以计算标准状态下的放射性活度浓度。
2.根据权利要求1所述的定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的系统，其特征在于：所述控制和测量装置(6)将采集后的信号处理后转换成标准信号通过接线箱(7)传输给相关仪控系统。
3.根据权利要求1所述的定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的系统，其特征在于：所述抽气泵(8)与安全壳(1)之间设置有带阀门的快速接头(9)，用于手动取样。
4.一种定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的方法，其特征在于：取样回路(2)通过抽气泵(8)从安全壳(1)中的内循环风机处采集空气样品并将其传输给F-18微粒探测装置(3)中的微粒采集器(A)，微粒采集器(A)采集空气样品中F-18微粒，F-18微粒衰变的β+射线发生湮没效应产生0.511MeV的特定能量γ射线，微粒探测器(B)将0.511MeV的γ射线转换成电信号后输出至控制和测量装置(6)；经过微粒采集器(A)的空气样品输送给微尘和碘过滤器(4)，微尘和碘过滤器(4)将空气样品中的微尘和碘过滤后输送给惰性气体探测装置(5)，惰性气体探测装置(5)把空气样品中的惰性气体β射线均转换成电信号后输出至控制和测量装置(6)，得到惰性气体的放射性活度浓度；经过惰性气体探测装置(5)测量后的空气样品返回至安全壳(1)中；控制和测量装置(6)根据接收到的0.511MeV的γ射线电信号和F-18微粒探测装置(3)与微尘和碘过滤器(4)之间管路的流量信号，得到F-18微粒放射性活度浓度X，按照取样点处F-18微粒放射性活度浓度X与一回路冷却剂泄漏率Y成线性关系Y＝kX+b可以定量得到一回路冷却剂泄漏率Y，其中0.001≤k≤0.5，0.01≤b≤5；控制和测量装置(6)根据采集到的取样回路(2)的温度和压力信号可以计算标准状态下的放射性活度浓度。
5.根据权利要求4所述的定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的方法，其特征在于：所述控制和测量装置(6)将采集后的信号处理后转换成标准信号通过接线箱(7)传输给相关仪控系统。
6.根据权利要求4所述的定量测量压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的方法，其特征在于：所述抽气泵(8)与安全壳(1)之间设置有带阀门的快速接头(9)，用于手动取样。
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