CS250102B1

CS250102B1 - Apparatus for indicating the penetration of water into liquid sodium in a vessel, pipe or steam generator

Info

Publication number: CS250102B1
Application number: CS846949A
Authority: CS
Inventors: Jiri Cervinka; Josef Banovec
Original assignee: Jiri Cervinka; Josef Banovec
Priority date: 1984-09-17
Filing date: 1984-09-17
Publication date: 1987-04-16

Abstract

Zařízení používající se k indikaci průniku vody do sodíku v nádobě, potrubí nebo parním generátoru sestává z řídicího bloku, prvního a druhého analyzátoru a alespoň jednoho teploměrného čidla, kdy toto teploměrné čidlo, první kovová membrána prvního analyzátoru a druhá kovová membrá na druhého analyzátoru jsou ve styku s kapalným sodíkem umístěným v jedné a téže nádobě, nebo ve stejném sodíkovém potrubí. První analyzátor se přitom skládá z prvního vakuoměru vymezeného první kovovou membránou a prvním ventilem a druhý analyzátor sestává z druhého vakuomě ru vymezeného druhou kovovou membránou a druhým ventilem, přičemž oba dálkově ovládané ventily, obě iontové vývěvy i oba vakuoměry, jsou spolu s teploměrným čidlem napojeny vodiči na řídicí blok. Zaří zení je možno použít u parních generátorů s rychlými sodíkovými reaktory.The device used to indicate the penetration of water into sodium in a vessel, pipe or steam generator consists of a control block, first and second analyzers and at least one temperature sensor, where this temperature sensor, the first metal membrane of the first analyzer and the second metal membrane on the second analyzer are in contact with liquid sodium located in one and the same vessel, or in the same sodium pipe. The first analyzer consists of a first vacuum gauge defined by the first metal membrane and the first valve and the second analyzer consists of a second vacuum gauge defined by the second metal membrane and the second valve, wherein both remotely controlled valves, both ion pumps and both vacuum gauges, are connected together with the temperature sensor by wires to the control block. The device can be used in steam generators with fast sodium reactors.

Description

Vynález se týká zařízení k indikaci průniku vody do kapalného sodíku v nádobě, potrubí či parním generátoru, ze současné kalibrace analyzátorů vodíku v kapalném sodíku a ze současného zkoušení správné funkce těchto analyzátorů.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for detecting the ingress of water into liquid sodium in a vessel, pipeline or steam generator, from the simultaneous calibration of hydrogen analyzers in liquid sodium and from the simultaneous testing of the correct function of these analyzers.

Pronikání vody, případně vodní páry, do kapalného sodíku použitého jako nosiče tepla v parním generátoru jaderné elektrárny s rychlým sodíkovým reaktorem je počátkem havarijního stavu. Toto pronikání musí být včas a spolehlivě zjištěno, aby mohla být postižená část parního generátoru, tj. sekce, větev apod., včas odstavena z provozu. V opačném případě může dojít k havárii, jejíž následkem je zničení části parního generátoru a ohrožení zdraví pracovníků jaderné elektrárny. Jedním ze základních prostředků ke zjištění pronikání vody či páry v parním generátoru do sodíku jsou v současné době analyzátory vodíku v kapalném sodíku, založené na difúzi vodíku ze sodíku tenkostěnnou kovovou membránou, zhotovenou nejčastěji z niklu, někdy též z čistého železa, do vysokovakuového prostoru, odkud je vodík odsáván a kvantitativně měřen iontovou vývěnou. O úspěšné činnosti analyzátoru při provozní aplikaci rozhoduje především jeho spolehlivý a bezporuchový provoz, jednoznačnost výstupních Informací a správnost a citlivost měření.The penetration of water or water vapor into liquid sodium used as heat carrier in a steam generator of a nuclear power plant with a fast sodium reactor is the beginning of an emergency state. This penetration must be detected in a timely and reliable manner so that the affected part of the steam generator, ie section, branch, etc., can be taken out of operation in good time. Otherwise, an accident may occur resulting in the destruction of a part of the steam generator and endangering the health of nuclear power plant workers. One of the basic means of detecting the penetration of water or steam in a steam generator into sodium is currently hydrogen analyzers in liquid sodium, based on the diffusion of hydrogen from sodium through a thin-walled metal membrane, mostly made of nickel, sometimes pure iron, into a high vacuum space. where hydrogen is extracted and quantitatively measured by an ion pump. The successful operation of the analyzer in the operational application is determined mainly by its reliable and trouble-free operation, the clarity of the output information and the accuracy and sensitivity of the measurement.

Nevýhodami těchto analyzátorů na současném stupni vývoje jsou tyto skutečnosti: za provozu na parním generátoru nelze bez přerušení měření testovat správnou funkci a provést ověřovací kalibraci analyzátoru a lze jen velmi obtížně a zdlouhavě za provozu zjišťovat, zda jeho jednotlivé části správně pracují a zda v jeho výstupním signálu nejsou zachyceny náhodné poruchy a šumy. Kromě toho výsledky měření tohoto analyzátoru jsou značně závislé na teplotě kapalného sodíku a teplotě difúzní membrány, na difúzních vlastnostech membrány, na jejím korozním stavu, případně na stavu jejího nasycení různými látkami, dále na čerpací rychlosti iontové vývěvy a na její čerpací charakteristice, která se tzv. „aktivací elektrod“ mění, dále na vakuových vlastnostech celého zařízení a jeho tzv. „vakuové historii“. Všechny tyto nepříznivé vlivy je nutno kompenzovat, aby zařízení pracovalo spolehlivě a přesně. Uvedené nedostatky pak snižují spolehlivost měření a ve svém důsledku i důvěryhodnost a jednoznačnost výstupních údajů analyzátorů o stavu, v parním generátoru. Nejistota o jeho správné funkci při provozu značně snižují hodnotu analyzátoru jako detektoru havárie. Nesprávné funkce analyzátoru v provozu může způsobit falešné signály havárií, falešná odstavení parních generátorů a jejich částí, což má za následek výpadky ve výrobě elektrické energie a značné ekonomické ztráty. Uvedené nedostatky odstraňuje nebo alespoň podstatně snižuje zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z řídicího bloku, prvního analyzátoru, druhého analyzátoru a nejméně jednoho teploměrného čidla, a toto teploměrné čidlo, první kovová membrána prvního analyzátoru a druhá kovová membrána druhého analyzátoru jsou ve styku s kapalným sodíkem umístěným v jedné a téže nádobě či v jednom témž sodíkovém potrubí; a první analyzátor sestává jednak z prvního vakuoměrem opatřeného prostoru vymezeného první kovovou membránou a prvním ventilem, jednak z třetího prostoru vymezeného prvním ventilem a první iontovou vývěvou a druhý analyzátor sestává z druhého vakuoměrem opatřeného prostoru vymezeného druhou kovovou membránou a druhým ventilem, jednak ze čtvrtého prostoru vymezeného druhým ventilem a druhou iontovou vývěvou oba dálkově ovládané ventily, tj. první ventil, první iontová vývěva, první vakuoměr i druhý vakuoměr i teploměrné čidlo jsou napojeny vodiči na řídicí blok.The disadvantages of these analyzers at the current stage of development are the following: during operation on a steam generator it is not possible to test the correct function and perform the calibration calibration of the analyzer without interruption of measurement and it is very difficult and time consuming no accidental disturbances and noises are detected. In addition, the measurement results of this analyzer are highly dependent on the liquid sodium temperature and the temperature of the diffusion membrane, on the diffusion properties of the membrane, on its corrosion state, eventually on its state of saturation with various substances, pumping speed of the ion pump and its pumping characteristic. so-called “electrode activation” changes, further on the vacuum properties of the whole device and its so-called “vacuum history”. All these adverse effects must be compensated for the equipment to operate reliably and accurately. These shortcomings reduce the reliability of measurement and, consequently, the reliability and uniqueness of the analyzer output status data in the steam generator. The uncertainty about its correct operation during operation significantly reduces the value of the analyzer as a detector. Incorrect operation of the analyzer can cause false crash signals, false shutdowns of steam generators and parts, resulting in power outages and significant economic losses. The above-mentioned deficiencies are eliminated or at least substantially reduced by the device according to the invention, which consists of a control block, a first analyzer, a second analyzer and at least one thermometer sensor, the thermometer sensor, the first metal membrane of the first analyzer and the second metal membrane of the second analyzer. are in contact with liquid sodium placed in the same container or in the same sodium pipeline; and the first analyzer is comprised of a first vacuum chamber enclosed by a first metal diaphragm and a first valve, and a third chamber enclosed by a first valve and a first ion pump, and a second analyzer consisting of a second vacuum gauge enclosed by a second metal diaphragm and a second valve; defined by the second valve and the second ion pump both remote controlled valves, i.e. the first valve, the first ion pump, the first vacuum gauge, the second vacuum gauge and the thermometer sensor are connected by wires to the control block.

Uvedeným zařízením podle vynálezu se získávají experimentálně závislosti proudu prvé i druhé iontové vývěvy na koncentraci vodíku v sodíku a na teplotě sodíku, které jsou průběžně se změnou podmínek korigovány, a tak jsou analyzátory za provozu kvantitativně kalibrovány podle okamžitého stavu sodíku v PG, zvláště podle jeho teploty, a také podle okamžitého stavu součástí analyzátorů. Tím se dosáhne dokonalé a jednoduché kompenzace všech rušivých vlivů. Přitom se současně zajistí tok časově nepřetržitých informací o těsnosti parního generátoru.The present invention provides experimentally the dependence of the current of the first and the second ion pump on the hydrogen concentration in sodium and the sodium temperature, which are continuously corrected as the conditions change, so that the analyzers are quantitatively calibrated during operation. temperature, as well as the current state of the analyzer components. This achieves perfect and simple compensation for any interference. At the same time, a continuous flow of information on the tightness of the steam generator is ensured.

Pomocí mikrodávkovacího ventilu lze v kterémkoli kroku měření zavést do prostoru iontové vývěvy odměřené mikromnožství testovacího plynu, obvykle vodíku, prověřit tak správnou funkci_; iontové vývěvy a případně i řídicího a vyhodnocovacího systému. Zařízení k indikaci průniku vody do sodíku podle vynálezu je zabezpečena znalost o správné funkci jak jednotlivých uzlů zařízení, tak i systému jako celku v každém okamžiku jeho provozu, což zabezpečuje spolehlivost měření a jednoznačnost výsledků a téměř vylučuje nebezpečí falešných poplachů, čímž se zamezuje vzniku obrovských ekonomických ztrát následkem výpadků elekrické energie při provozu elektráren.Using a micro-metering valve, a metered amount of test gas, typically hydrogen, can be introduced into the ion pump compartment at any measurement step to verify proper operation _; an ion pump and possibly a control and evaluation system. The device for detecting water penetration into sodium according to the invention ensures the knowledge of the correct functioning of both individual nodes of the device and the system as a whole at every moment of its operation, which ensures reliability of measurement and clarity of results and almost eliminates the risk of false alarms. economic losses due to power outages during the operation of power plants.

Příklad zařízení k indikaci netěsnosti parního generátoru podle vynálezu je uveden schematicky na přiloženém obrázku.An example of a steam generator leak detector according to the invention is shown schematically in the attached figure.

Na výstupním sodíkovém potrubí 8 sekce parního generátoru jaderné elektrárny s rýchlým sodíkovým reaktorem jsou vedle sebe instalovány dva analyzátory: první analyzátor 18 a druhý analyzátor 19 tak, že do kapalného sodíku sodíkového potrubí jsou ponořeny první kovová membrána 6 a druhá kovová membrána 7, obě zhotoveny z vrstvy niklu o tloušťce 0,10 mm, vzdálenost mezi membránami je 300 mm. K příslušným membránám přiléhají vakuová potrubí tvo250102 říci první vakuoměrný prostor 9 a druhý vakuoměrný prostor 10, na něž jsou napojený jednak první vakuoměr 13 a druhý vakuoměr 14, jednak dálkově ovládané ventily; první ventil 2 a druhý ventil 3, k nimž dosedají další vakuová potrubí: první vývěvový prostor 11 a druhý vývěvový prostor 12 přiléhající k iontovým vývěvám, k první iontové vývěvě 4 a druhé iontové vývěve 5. Na první vývěvový prostor 11 je napojena vakuovým potrubím s dávkovaeím ventilem 1B láhev testovacího plynu 17 s náplní čistého vodíku. Uprostřed mezi oběma kovovými membránami je zasazeno do sodíkového potrubí 8 teploměrné čidlo 15, jímž je termočlánek. Teploměrné čidlo 15, první vakuoměr 13 a druhý vakuoměr 14, první ventil 2 a druhý ventil 3 a první iontová vývěva 4 a druhá iontová vývěva 5 jsou napojeny vodiči 20 na řídicí blok 1.Two analyzers are installed side-by-side on the sodium discharge conduit 8 of the steam generator section of a nuclear power plant with a fast sodium reactor: the first analyzer 18 and the second analyzer 19 by immersing the first metal membrane 6 and the second metal membrane 7 into both sodium sodium liquid. from a layer of nickel with a thickness of 0.10 mm, the distance between the membranes is 300 mm. Adjacent to the respective membranes adjoining the vacuum tubes tvo250102 a first vacuum space 9 and a second vacuum space 10, to which both the first vacuum gauge 13 and the second vacuum gauge 14, and the remotely operated valves, are connected; a first valve 2 and a second valve 3 adjoined by further vacuum lines: a first vacuum chamber 11 and a second vacuum chamber 12 adjacent to the ion pump, to the first ion pump 4 and the second ion pump 5. through a metering valve 1B a bottle of test gas 17 filled with pure hydrogen. In the middle between the two metal membranes, a thermometer sensor 15, which is a thermocouple, is inserted into the sodium conduit 8. The thermometer sensor 15, the first vacuum gauge 13 and the second vacuum gauge 14, the first valve 2 and the second valve 3 and the first ion pump 4 and the second ion pump 5 are connected by conductors 20 to the control block 1.

Provoz prvního analyzátoru 18 a druhého analyzátoru 19 je řízen automaticky řídicím blokem 1 ve dvouetapových periodách, které se stále střídají. Etapy jsou zahajovány a končeny okamžikem, kdy na povel řídicího bloku 1 se buď první ventil 2 či druhý ventil 3 otevře a současně alternativní z obou ventilů se uzavře. V první etapě je otevřen ventil 2 a uzavřen druhý ventil 3 a jsou prováděna kontinuálně tato měření: první iontová vývěva 4 vytváří potřebné provozní vakuum ve vakuové soustavě prvního analyzátoru 13 a měří proudovou odezvu, která je funkcí koncentrace vodíku, který pronikl z kapalného sodíku sodíkového potrubí 8 a celou vakuovou soustavou prvního analyzátoru 18, tj. první kovovou mebránou 6, prvním vakuoměrným prostorem 9 a prvním ventilem 2 do prvního vývěvového prostoru 11, přitom tuto měřenou koncentraci určuje těsnost celé vakuové soustavy prvního analyzátoru 18. První vakuoměr 13 měří přímo tlak vodíku ve vakuové soustavě prvního analyzátoru 18.The operation of the first analyzer 18 and the second analyzer 19 is controlled automatically by the control block 1 in two-phase periods that alternate continuously. The stages begin and end when either the first valve 2 or the second valve 3 is opened at the command of the control block 1 and at the same time the alternative of both valves is closed. In the first stage the valve 2 and the second valve 3 are closed and the following measurements are taken continuously: the first ion pump 4 generates the necessary operating vacuum in the vacuum system of the first analyzer 13 and measures the current response as a function of the hydrogen concentration that has penetrated the liquid sodium piping 8 and the entire vacuum system of the first analyzer 18, i.e. the first metal diaphragm 6, the first vacuum gauge 9 and the first valve 2 into the first vacuum chamber 11, this measured concentration being determined by the tightness of the entire vacuum system of the first analyzer 18. hydrogen in the vacuum system of the first analyzer 18.

Na začátku první etapy, v prvních sekundách se podle průběhu snížení tlaku ve vakuové soustavě prvního analyzátoru 18 testuje čerpací schopnost první iontové vývěvy 4. Při změně koncentrace vodíku v sodíku následkem průniku vody do sodíku, reaguje na tuto změnu nejen první iontová vývěva 4, ale ve známé závislosti též první vakuoměr 13. Současně druhá iontová vývěva 5 kontroluje svou kontinuální činností těsnost druhého· vývěvového prostoru 12, a druhého ventilu 3. Konečně, druhý vakuoměr 14 měří kontinuálně tlak ve druhém vakuoměrném prostoru 10, který od uzavření druhého ventilu 3 stoupá následkem vyrovnávání parciálním tlakem vodíku v kapalném sodíku v sodíkovém potrubí 8 difúzí přes druhou kovovou membránu 7. Podle teploty sodíku měřené teploměrným čidlem 15 se testuje korozní stav druhé kovové membrány 7. Nakonec dosáhne tlak v prvním vývěvovém prostoru 11 zhruba konstantní rovnovážné hodnoty prakticky rovné parciálnímu tlaku vodíku v sodíku. Podle Sievertova zákona je tento parciální tlak funkcí koncentrace vodíku v sodíku, měřené stále teploměrným čidlem 15. Řídicí blok 1 následkem toho zjišťuje absolutní koncentrace vodíku v sodíku a přiřadí ji k údajům zjištěným za dané teploty sodíku první iontovou vývěvou 4 a prvním vakuoměrem 13, čímž tyto přístroje kalibruje. Po dosažení a změření konstatního rovnovážného tlaku ve druhém vakuoměrném prostoru 10 řídicí blok uzavře první ventil 2 a současně otevře druhý ventil 3, čímž začne druhá etapa provozu měření. Ve druhé etapě sl ,,první“ součástky vymění své funkce s „druhými“. Jinak je měření principiálně stejné jako v první etapě. V případě potřeby lze prověřit správnost měření iontových vývěv a vakuoměrů ve druhé etapě nadávkováním známého množství vodíku či jiného testovaného plynu dávkovaeím ventilem 18 do prvního vývěvového prostoru z láhve 17 testovacího plynu. Řídicí blok 1 uchovává v paměti poslední výsledky kalibrace, koriguje podle ní údaje jednotlivých přístrojů, při vzájemném nesouhlasu jednotlivých měřicích přístrojů upozorní na jejich pravděpodobnou poruchu a v případě náhlého zvýšení koncentrace vodíku v kapalném sodíku sodíkového potrubí 8 signalizuje havárii. Jeho údaje jsou vždy nejedním způsobem ověřeny, a proto jsou spolehlivé a jednoznačné. Pravděpodobnost falešných poplachů a s tím souvisejících ekonomických ztrát je nesrovnatelně menší, než-li u podobných zařízení používaných doposud.At the beginning of the first stage, in the first seconds, the pumping capacity of the first ion pump 4 is tested according to the pressure drop in the vacuum system of the first analyzer 18. When changing the hydrogen concentration in sodium as a result of water entering sodium, not only the first ion pump 4 responds at the same time, the second vacuum pump 5 checks the tightness of the second vacuum chamber 12 and the second valve 3 by its continuous operation. Finally, the second vacuum gauge 14 continuously measures the pressure in the second vacuum chamber 10, which rises from the closing of the second valve 3 as a result of the equalization of hydrogen partial pressure in liquid sodium in the sodium pipe 8 by diffusion through the second metal membrane 7. The corrosion state of the second metal membrane 7 is tested according to the sodium temperature measured by the thermometer. values almost equal to the partial pressure of hydrogen in sodium. According to Sievert's law, this partial pressure is a function of the hydrogen concentration in sodium as measured by the thermometer 15. Control block 1 consequently detects absolute hydrogen concentration in sodium and associates it with the data obtained at a given sodium temperature by the first ion pump 4 and the first vacuum meter 13. calibrates these instruments. After reaching and measuring a constant equilibrium pressure in the second vacuum space 10, the control block closes the first valve 2 and simultaneously opens the second valve 3, whereby the second stage of the measurement operation begins. In the second stage sl, the "first" components will exchange their functions with the "second" components. Otherwise the measurement is principally the same as in the first stage. If necessary, the correct measurement of the ion pump and vacuum gauges in the second stage can be verified by dispensing a known amount of hydrogen or other test gas through the metering valve 18 into the first pump chamber from the test gas bottle 17. The control block 1 stores the latest calibration results, corrects the data of the individual devices, warns against a probable failure of the individual measuring devices, and signals an accident in the event of a sudden increase in the concentration of hydrogen in the liquid sodium. Its data is always verified in several ways and is therefore reliable and unambiguous. The likelihood of false alarms and the associated economic losses is incomparably lower than that of similar devices used to date.

Zařízení podle vynálezu může být použito u parních generátorů, jejich částí, sekcí, větví apod., jaderných elektráren s rychlými sodíkovými reaktory, zvláště v jejich soustavách havarijní ochrany, na zkušebních sodíkových smyčkách, stendech a podobných zařízení pracujících s kapalným sodíkem.The device according to the invention can be used in steam generators, their parts, sections, branches and the like, nuclear power plants with fast sodium reactors, in particular in their emergency protection systems, on sodium test loops, stends and similar devices operating with liquid sodium.

Claims

SUBJECT

Apparatus for indicating the penetration of water into liquid sodium in a vessel, pipe or steam generator, characterized in that it comprises a control block (1), a first analyzer (18), a second analyzer (19) and at least one thermometer sensor (15); and the thermometer sensor (15), the first metal diaphragm (6) of the first analyzer (18) and the second metal diaphragm (7) of the second analyzer (12) are in contact with liquid sodium located in the same vessel or in the same sodium pipeline (8), wherein the first analyzer (18) is provided with a first vacuum gauge (13) connected to a first space (9) delimited by a first metal membrane (6) and a first valve (2j) and a third space (11j delimited by a first valve (2) and a first ion pump

OF THE INVENTION (4). and the second analyzer (19) is provided with a second vacuum meter (14) connected to a space (10) delimited by a second metal membrane (7) and a second valve (3), and a fourth space (12) delimited by a second valve (3) and a second ion pump. (5 j, wherein the cba remote control valves, i.e., the first valve (3), the first ion pump (4) and the second ion pump (5), the first vacuum gauge (13) and the second vacuum gauge (14) and the thermometer are connected by conductors ( 20) to the control block (1).

Device according to claim 1, characterized in that a bottle of test gas (17) is connected to either the third vacuum space (11) or the fourth vacuum space (12) via the micro-metering valve (16).