CN1269051A - 停堆冷却泵涡流检测系统 - Google Patents

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Abstract

一种在中循环操作期间检测在核动力装置的一个停堆冷却系统排水泵(32)中的空气涡流和由科里奥利效应涡流产生的空化成穴现象的系统和方法,其中核动力装置包括一个水平热管段(18),热管段(18)有一个排水管(28),它从主管的下部区域连接到一个排水泵(33),并且包括把便携夹紧式超声流量计的传感器(42)固定到排水管(28)上,用于测量和检测在流量计超声信号中由流动和空洞产生的干扰,并且提供一个远距离报警器,它是由所说的干扰信号触发的。

Description

停堆冷却泵涡流检测系统
发明的领域
本发明涉及检测核动力装置的停堆冷却系统的排水泵中的空气涡流和科里奥利效应的由涡流产生的空化成穴作用的系统和方法。
发明的背景
在压水反应堆(PWR)型的核动力装置中，基本上是硼和水的冷却剂液体穿过核反应堆和一个或多个蒸汽发生器之间的闭合循环回路连续地输送。
在动力产生期间，加压的冷却剂吸收由发生在反应堆中的热核反应释放的热量。加热的冷却剂然后流过形象地称之为循环回路的“热管段”的一个主管。热管段向蒸汽发生器传递热的冷却剂。
在蒸汽发生器中，冷却剂流体穿过一个热交换器进行循环。热交换器冷却所说的冷却剂流体，并且利用自冷却剂排出的热量产生蒸汽。最后利用所说的蒸汽驱动汽轮机并且发电。
在循环的冷却剂由热交换器冷却后，一台循环泵借助一个“吸入管段”自该蒸汽发生器排走冷却剂，并且经过一个“冷管段”和入口使冷却剂返回到反应堆。冷却剂然后在反应堆中重新加热，这个循环重复进行。
冷却剂通过一个或多个回路的这种循环对于核动力装置的运行是至关重要的。这种循环不仅向利用能量产生蒸汽驱动汽轮机的蒸汽发生器输送热能，而且循环的冷却剂还要用于防止反应堆中的反应堆堆芯过热。
包括蒸汽发生器在内的核动力装置的系统需要定期维护。具体来说，必须检查流体循环系统，看其是否有潜在的隐患；并且必须可自蒸汽发生器上装、拆喷咀阀门，以便可在干燥的环境下进行检查和维护。
为了装拆喷咀阀门，必须自蒸汽发生器上抽走冷却剂流体。这就要求降低在主循环回路中的液位高度，因而降低了热管段或主管中的液位高度。在称之为“停堆”的这样一种维护周期期间，冷却剂要由来自反应堆堆芯的衰变热量继续加热，但冷却剂还要由一台替换的热交换器和辅助循环系统(称之为“停堆冷却系统”)进行冷却。
为了降低停堆的反应堆系统中的冷却剂或水的液位高度以便可以在已降低了液位高度的水的上方的系统部分进行维护操作，必须对水的液位高度进行控制，并将其保持在最小液位高度和流速，以便可继续提供充分的堆芯冷却。这个最小的液位高度大约在反应堆冷却系统主循环管路(热管段)的中间，因此通常称之为“中循环”。
在中循环操作期间，冷却水穿过该系统循环以冷却堆芯。一般来说，要有一个或多个排水管，它们与一个或多个主回路管或管段的下部区域连通，从而可以从堆芯抽走已加热的水供停堆冷却系统中的替换热交换器冷却，并且随后使冷却的水重新循环到反应堆的入口并因而可抵达堆芯。
在中循环操作期间，如果水的液位高度下降的太多，或者如果排水流速太高，那么，就有可能出现科里奥利效应涡流。这样一种涡流是不希望出现的，因为这种涡流限制了冷却剂流从该系统排走的速率，并且这种涡流最终还可能导致排水泵中的空化成穴现象。这两种结果都和继续冷却堆芯有关。
避免出现涡流的目前采用的方法是试图保持水的液位高度尽可能地高和/或减小流速，这就在需要降低水的液位高度以便进行维护服务和需要保持高水位和足够的速率以便得到安全的堆芯冷却之间产生了矛盾。
使用中的中循环测量系统涉及检测水升高和由此产生的涡流状态推断。待审查的美国专利申请系列号No.08/783978(和本申请是同一授让人，申请日为1997年1月15日)公开的是通过在主管或热管段附近插入一个涡流破坏装置来减小泵的空化成穴现象的一个系统。
在核动力装置中，更多的注意力集中在停堆冷却系统的可靠性上，尤其是在反应堆冷却系统的中循环水位操作期间更是如此。在一个典型的压水反应堆(PWR)的核蒸汽供应系统中，例如为了装、拆蒸汽发生器的喷咀阀门而进行的中循环操作，可能是一个极其困难的操作过程。事实上，水位容差一般约为正的或负的1英寸(±1″)。核动力装置的操作人员必须手动地控制这个水位。当前所用的仪器测量的只是平均反应堆冷却系统(RCS)水位和停堆冷却泵流。
RCS水位测量精度受到所用仪器的技术和工艺参数的变化(如温度、压力、硼酸浓度)的限制。停堆冷却泵流测量报警只发生在空气已经吸入泵内之后，因此不可能用来避免空气涡流。
发明的概述
本发明用于核动力装置的停堆冷却系统，其中的一个主管或热管段的下部区域设有一个排水管和一个泵，用于循环一部分热管段流体，使其通过一个辅助热交换器并且返回到反应堆的入口。还有旁路热交换器以排放水，从而产生适当的用于中循环的水的液位高度(未示出)。在任何情况下，排水泵既要排放循环水使其达到在蒸汽发生器中要进行维护服务的期望液位高度，同时又要使冷却剂重复循环到反应堆堆芯，成为停堆冷却系统的一部分。因此，它的有效性能是强制性的要求。
在热管段排水管中由科里奥利效应涡流引起的泵的空化成穴现象是因为降低了排水管的流速并且使达到期望的液位高度的过程变慢从而损失了效率。还有，泵的空化成穴现象还威胁到泵在停堆冷却系统中充分地重复循环冷却剂的能力。因此，泵的有效性能是强制性的要求。
本发明的独特之处在于：它直接检测停堆冷却系统管道中由可能导致停堆冷却完全失效的涡流吸入的空气。使用一个附加的核动力装置仪器系统向核动力装置的操作人员发出警告：反应堆冷却系统处在危险的低水位状态，因此可及时采取校正动作。
新颖的系统和方法利用当前市场上可以得到的便携夹紧式超声流量计检测空气涡流。装配这些仪器是为了检测空气涡流并且向操作人员提供本地的报警和远距离的报警。通过测量流动空洞来检测空气涡流，所说的流动空洞将干扰流量计超声信号。报警是由每一个这样的干扰触发的。
当前使用的水的液位高度测量的精度取决于工艺参数随温度、压力、和硼酸浓度的变化。因此，在目前的系统中，用于报警目的的停堆冷却泵的当前测量只发生在空气已吸入泵中之后。因此，不可能利用这一测量来避开空气涡流。通过使用本发明的系统进行当前水的液位高度和泵流的测量，核动力装置的操作人员就有了全面改进的涡流避开系统，该系统可避开有潜在危险的核动力装置情况，并且还可避开随后彻底地按常规的仔细检查和书面工作。
附图简述
图1是具有两个蒸汽发生器的一个核动力装置的立体示意图，其中设置一个停堆冷却系统和排水口，为清楚起见只结合一个蒸汽发生器进行说明。
图2是图1的热管段和排水管的放大的局部示意图，是在本发明的空气涡流和科里奥利效应涡流产生的空化成穴现象检测系统及报警器已经接好并投入使用之后。
优选实施例的详细描述
图1所示的是加入了本发明的一个核动力装置。标号10概括地表示压水反应堆型的核动力装置，其中的水穿过分别位于反应堆12和两个蒸汽发生器14和16中的每一个之间的一个闭合循环回路连续地输送。
来自于反应堆12的水冷却剂流过主管或热管段18抵达蒸汽发生器14和16，每个热交换器都有相似的管路。
为了进行说明，对于蒸汽发生器16，冷却系统循环泵20使已在蒸汽发生器中冷却的水进行循环，所说的水穿过吸入管段22并经冷管段24和入口26返回到反应堆12。
停堆冷却系统排水管28和基本上水平的主管或热管段18的下部区域交叉贯通。在主管18的这个下部区域有一个涡流30。
从主管18向排水管28的流动形成了涡流30，涡流30在排水泵33中产生了空化成穴现象，而排水泵33和主管18是直接液体连通的，在这里排水管28和主管18的下部区域是交叉贯通的。这个涡流30通过产生空洞和空穴32抑制排水管28和排水泵33中的流速。排水泵33通过导管28′向其下游方向的辅助热交换器34排放，以完成停堆冷却系统水冷却功能。
当出于安全方面的原因需要辅助热交换器的容量时，排水管部分28″中的阀36把水从热交换器34引向排水口38，或引向连到主管的冷管段24的一部分管40，以便可以通过反应堆12的入口26重新循环，从而在停堆周期期间或在紧急情况中冷却堆芯。
在图2中表示的是位于主管18和排水管22的交会处的一个放大的涡流30。图中用标号31表示在主管18中的用于中循环的冷却剂的典型液位高度。从涡流30夹带的空气在排水管28和泵33中产生空洞和空穴32。
一个便携夹紧式超声流量计40具有传感器(换能器42)，用带条或链44将其固定到排水管28。换能器电缆46引向流量计40，流量计40有安装在其中的本地报警器48，并且有安装在控制室的远距离报警器50，这有助于调节和控制中循环操作冷却剂流的液位高度31。
优选的便携夹紧式流量计是一个Controlotron系统1010 DP，可从Controlotron，155 Plant Avenue，Hauppauge，NY 11788得到。这种流量计在小册子1010DP-1中有具体规定，在这里附上它的一个复印件，并认为这个复印件是这里公开的一部分。

Claims (5)

1、一种在中循环操作期间检测在核动力装置的一个停堆冷却系统排水泵中的空气涡流和由科里奥利效应涡流产生的空化成穴现象的系统，包括：
一个主管，将冷却剂从核反应堆传送到蒸汽发生器，所说的主管基本上是水平的，并且具有一个上部区域和一个下部区域；
一个排水管，它连接在主管的下部区域，传送冷却剂从主管的下部区域到一个排水泵；
一个便携夹紧式超声流量计，它的传感器固定到位于主管和排水泵之间的排水管上，用于测量和检测在流量计信号中的由流动和空洞产生的干扰；和
一个报警器，它是由所说的干扰信号触发的。
2、权利要求1的系统，其特征在于：报警器远离流量计，通过在主管内进行冷却剂液位高度的维护，从而可准确地进行中循环操作。
3、权利要求1的系统，其特征在于：便携夹紧式超声流量计是一种在市场上可以得到的产品。
4、一种检测在中循环期间核动力装置的停堆冷却系统的排水泵中的空气涡流和由科里奥利效应涡流产生的空化成穴现象的方法，所说的核动力装置包括传送冷却剂从核反应堆到蒸汽发生器的一个主管，所说的主管基本上是水平的并且具有上部区域和下部区域，一个排水管连接在主管的下部区域以传送冷却剂从下部区域到一排水泵，该方法包括如下步骤：
把一个便携夹紧式超声流量计的传感器固定到位于所说主管和排水泵之间的排水管上；
测量和检测在流量计超声信号中由流动和空洞产生的干扰；和
提供由这种干扰信号触发的报警器。
5、权利要求4的方法，其特征在于：还包括如下步骤：响应于所说的报警器调节主管内中循环操作的冷却剂流动的液位高度。
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