CZ263092A3

CZ263092A3 - Apparatus for monitoring atmosphere inside a nuclear plant safety tank

Info

Publication number: CZ263092A3
Application number: CS922630A
Authority: CZ
Inventors: Claus-Detlef Ing Schegk
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1993-07-14
Also published as: HUT63512A; HU9203103D0; ES2089306T3; EP0536495B1; SK263092A3; RU2090942C1; DE59206353D1; EP0536495A1; HU215985B; US5272738A; JPH06186381A; CH682524A5; CZ282516B6

Description

Zařízení pro monitorování atmosféry uvnitř bezpečnostní nádrže jaderného zařízení

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro monitorování atmosféry uvnitř bezpečnostní nádrže jaderného zařízení, přičemž v bezpečnostní nádrži je upraven odběr zkušebních vzorků, z něhož je směs plynů vedena měřicím potrubím měřicím zařízením a potom odváděna.

Dosavadní stav techniky

Atmosféra v bezpečnostní nádrži jaderného zařízení zpravidla sestává ze vzduchu, vodní páry, vodíku, oxidu uhličitého C0₂, vzácných plynů, jódu a aerosolů. Při normálním provozu zařízení se tato směs plynů, která má aktivitu zhruba 10³ Bq/m³, odvádí z bezpečnostní nádrže větracím zařízením přímo do komína. V případě poruchy s malým průsakem v primárním systému, při níž aktivita leží v rozO mezí mezi 10³ Bq/m³ a 10 /Bq³, se plyn rovněž odvádí větracím zařízením přímo do komína. Při větší poruše, například při natavení palivových článků, může být aktivita ještě větší než ÍO¹^ Bq/m³. Větrací zařízení se při větší poruše uzavře, načež tlak v bezpečnostní nádrži stoupne. Pro zamezení příliš velkého vzestupu tlaku se provádí vypouštění bezpečnostní nádrže přes filtrační zařízení.

V tomto filtračním zařízení (např. se suchým filtrem nebo mokrým filtrem) se aktivita jódu a aerosolů sníží alespoň o faktor 1000. Za filtračním zařízením se potom měří aktivita plynu v měřicím zařízení.

Vzhledem k velmi vysoké zůstatkové aktivitě v připojeném potrubí pro vedení čistého plynu do komína, není možno v případě poruchy použít měřicí aparatury, jako bilanční filtr a monitor aerosolů, které byly použity při normálním provozu, protože rozsah měření by mohl být značně překročen a manipulace s bilančním filtrem by nebyla zaručena. Proto se v tomto případě obvykle používají zvláštní přístroje s větším rozsahem měřeni a nákladným odstíněním, a komplikovaná zařízení pro manipulaci s bilančním filtrem.

V případě poruchy se nabízí monitorovat rovněž atmosféru uvnitř bezpečnostní nádrže, pokud zařízení pro odlehčení tlaku ještě není v provozu, aby byla zjištěna míra stoupající a očekávané aktivity. I v tomto případě je aktivita zkušebního vzorku plynu pro vyhodnocovací přístroje používané při normálním provozu příliš vysoká.

Úkolem vynálezu je vytvořit zařízení pro monitorování atmosféry uvnitř bezpečnostní nádrže jaderného zařízení, které i v případě poruchy jaderného zařízení plní s příslušnými přístroji svoji funkci.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje zařízení pro monitorování atmosféry uvnitř bezpečnostní nádrže jaderného zařízení, přičemž v bezpečnostní nádrži je upraven odběr zkušebních vzorků, z něhož je směs plynů vedena měřicím potrubím měřicím zařízením a potom odváděna, podle vynálezu, jehož podstatou je, že koncentrace aktivity plynu před měřicím zařízením se redukuje ve zředovacím zařízení, uspořádaném v bezpečnostní nádrži, k čemuž se ze zdroje, ležícího mimo bezpečnostní nádrž, odebírá tlakově regulovaný zředovací plyn.

Podle výhodného provedení vynálezu se zředovací plyn před zavedením do zředovacího zařízení pomocí topení ohřeje.

Zředování se s výhodou provádí v několika stupních.

Výhody zařízení podle vynálezu spočívají kromě jiného zejména v tom, že odpadá nutnost doposud používaného silného odstínění celého měřicího zařízení. Odpadá rovněž odstínění bilančního filtru určeného pro proměření, při transportu, čímž se silně zredukuje možné ohrožení obsluhujícího personálu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladu provedení podle přiložených výkresů, na nichž je znázorněna část výstupu vzduchu z tlakovodního jaderného zařízení, přičemž obr. 1 znázorňuje zjednodušené schéma části výstupu odpadního vzduchu jaderného zařízení a obr. 2 principiální skicu zředovacího stupně.

Pro snadnější porozumění vynálezu jsou znázorněny pouze podstatné prvky zařízení. Z jaderného zařízení nejsou například znázorněny celé primární a sekundární části. Směr proudění pracovního prostředku je naznačen šipkami.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je vlevo nahoře znázorněna bezpečnostní nádrž _1 jaderného reaktoru. Potrubí 2 P^ro odlehčení tlaku, uváděné dále ve své pravé části jako potrubí 2_ pro vedení surového plynu, vede od bezpečnostní nádrže 1^ do filtračního zařízení 3.· ^v potrubí 2_ pro vedení surového plynu jsou uspořádány dvě rovnoběžné větve s jednak regulační armaturou 25 a jednak s průraznou destičkou 26 pro definované tlakové odlehčení. V potrubí 2. pro vedení surového plynu je rovněž upraven neznázorněný měřič průtoku. Uvedené filtrační zařízení 3. pracuje na principu mokrého filtru, což však samozřejmé není nutné. Ve Venturiho vestavbách 27 se voda rozprašuje a přitom čistí plyny. Potom vyčištěné plyny proudí odlučovačem 28 vody. Potom vstupují do druhé části potrubí 2_, které je dále označováno jako potrubí _4 pro vedení čistého plynu a které vede do komína 5_.

V potrubí £ pro vedení čistého plynu je uspořádán odběr £ vzorků, z něhož se plynule odebírají vzorky plynů a zavádějí do odebíracího potrubí 7.. Jako příklad se uvádí, že z celkového množství odpadních plynů 20 000 m³/h se odvádí přibližně 10 m³/h. Tyto vzorky plynů se pomocí topení 24, které může být elektrické nebo ve formě výměníku tepla, s výhodou po celé délce odebíracího potrubí 7. ohřívají, aby se zabránilo jejich kondenzaci.

Z odebíracího potrubí 7_ se dílčí proud přivádí do zředovacího zařízení 2· Toto zředovací zařízení 8., vytvořené jako několikastupňové, pracuje s určitým objemem proudu stlačeného vzduchu bez pevných Částic. Tento stlačený vzduch je dopravován z kompresoru 11, před nímž je zařazen filtr 12 jódu a aerosolů. Z několika zředovacích stupňů se v principu ohřívají pouze dva první stupně, protože u samotné čisté páry v potrubí £ pro odvádění čistého plynu nemůže klesnout teplota pod rosný bod po druhém zředovacím stupni.

Za později popsaným zředovacím zařízením £ se vzorek vede měřicím potrubím 13 do vlastního měřicího zařízení 14, upraveného i pro normální provoz jaderného zařízení. Před měřicím zařízením 14 se měřicí potrubí 13 pomocí trojčestného ventilu 60 spojuje s měřicím potrubím sloužícím pro normální provoz. Toto měřicí potrubí pro normální provoz vede permanentně odpadní plyny k měření, které se odebírají systémem 61 pro odběr vzorků z komína

Silně zjednodušeně znázorněné měřicí zařízení 14 sestává za prvé z kombinace 15 bilančních filtrů aerosolů a jódu pro diskontinuální měření. Pro kvazikontinuální monitorování jsou upraveny monitor 16 aerosolů, monitor 36 jódu a monitor 37 vzácných plynů. Tyto tři monitory 16, 36 a 37 jsou opatřeny vždy jedním detektorem 38 záření. Relativní aktivita aerosolů se zjišťuje pouze tímto opatřením. Tato aktivita dále určuje intervaly výměny bilančních filtrů.

Při normálním provozu se obvykle provádí diskontinuální měření uvedenou kombinací 15 bilančních filtrů jednou za týden. Naproti tomu v případě poruchy se měření provádí každé 4 hodiny. Za tím účelem se bilanční filtry rozmontují, umístí do odděleného prostoru a pomocí spektrometru se vyhodnocují podle specifických nuklidů.

Před měřením se měřicí zařízení 14 proplachuje, aby aktivita filtrů, způsobená složkami ušlechtilých plynů, neklesla pod měřitelnou úroveň a aby vlastní měření nebylo zfalšováno. Za tím účelem se měřicí potrubí 13 pomocí uzavíracího orgánu 34 uzavře a pomocí uzavíracího orgánu 35 se otevře potrubí 17 pro vedení výplachového vzduchu. Atmosférický vzduch se nasává dopravním čerpadlem 19 a vede přes filtr 18 jódu a aerosolů do měřicího zařízení 14. Výplachový vzduch se odvádí vratným potrubím 9_. Může se ovšem odvádět i přímo do komína 5_.

Při měření samotném je potrubí 17 pro vedeni výplachového vzduchu uzavíracím orgánem 35 uzavřeno a měřicí potrubí 13 uzavíracím orgánem 34 otevřeno. Stejným dopravním čerpadlem 19 se nasává směs určená k měření. Protože je toto dopravní čerpadlo 19 dimenzováno na větší množství výplachového vzduchu, nasává se v případě měření, vzhledem k regulačním účelům, i atmosférický vzduch. Za dopravním čerpadlem 19 je k tomuto účelu upraven v odbočném potrubí regulační ventil 20 s předřazeným filtrem 21 aerosolů.

Před zaústěním dílčí měřicí dráhy s monitorem 16 aerosolů do dílčí měřicí dráhy s bilančními filtry je v této dílčí měřicí dráze uspořádán měřič 22 průtoku. V něm se měří průtok filtrem 18 jódu a aerosolů a integruje po dobu rozprašování. Tímto způsobem se zjišťují hodnoty koncentrace aktivity. Pro derivování růstu aktivity se uvádí koncentrace do vzájemného vztahu s měřením průtoku.

Ačkoliv, jak bylo výše uvedeno, se měří průtok i v potru bí £ pro vedení surového plynu, mohlo by toto uvádění do vzá jemného vztahu (korelace) s tímto měřením vést k nesprávným výsledkům, neboť při tlakovém odlehčení by mohly být průtoky v potrubí £ pro vedení surového plynu a v potrubí £ pro vedení čistého plynu v počáteční fázi velmi rozdílné. To může být například způsobeno vykompenzováním parní části v ještě chladné vodní předloze filtračního zařízení £. Proto se průtok dále určuje i měřičem 23 průtoku v potrubí £ pro vedení čistého plynu. Měření může být prováděno jako Venturiho měření nebo stanovení poměru tlak/teplota. Výsledek se spojuje s hodnotami koncentrace, pro zjištění přírůstků aktivity.

Pro předběžné určení koncentrace aktivity při výše popsaném měření uvnitř bezpečnostní nádrže £ jsou v činnosti následující části zařízení: v bezpečnostní nádrži £ je uspořádáno několikastupňové zřeďovací zařízení 40. Šipkou je naznačen odběr 41 vzorků plynů. Upravený vzorek plynů se zavádí do měřicího potrubí 42, vedoucího do měřicího zařízení ££. Zřeďovací plyn,zde stlačený vzduch nebo dusík, je připraven v tlakové láhvi £3, uspořádané mimo bezpečnostní nádrž £, a přívodním potrubím 44 se zavádí do zřeďovacího zařízení 40.

V tomto přívodním potrubí 44 je upraven vedle uzavíracího orgánu 45 i redukční ventil 46 tlaku. Protože při poruše jaderného zařízení mohou vzniknout v bezpečnostní nádrži £ tlaky mezi 0,1 až 0,7 MPa, musí se tomu tlak zřeďovacího plynu v přívodním potrubí 44 vhodně přizpůsobit.

Do regulačního přístroje redukčního ventilu 46 tlaku se proto přivádějí tlaky změřené měřičem 47 tlaku a měřičem £8 tlaku v bezpečnostní nádrži 1.

- Ί Přívodní potrubí 44 je opatřeno topením 49 pro ohřev zředovacího vzduchu na teplotu rovnající se alespoň přibližně teplotě panující v bezpečnostní nádrži

V přívodní potrubí 44 a v měřicím potrubí 42 jsou dále uspořádány regulační orgány 50 a 51. Jsou umístěny zpravidla ve volném prostoru mezi bezpečnostní nádrží 1. a vnějším neznázorněným betonovým pláštěm. Jsou koncipovány podle bezpečnostní třídy 2 a zdvojeny. Na začátku měření je třeba dbát na to, aby regulační orgány 50 v přívodním potrubí 44 se otevřely před regulačními orgány 51 v měřicím potrubí 42; při skončení měření je nutno dbát na to, aby regulační orgány 50 v přívodním potrubí 44 se zavřely před regulačními orgány 51 v měřicím potrubí £2. Tímto opatřením se zamezí toru, aby se směs plynů s příliš vysokou aktivitou nedostala zředovacím zařízením 40 do měřicího potrubí 42 a odtud do volného prostoru.

Zředovací stupeň, znázorněný na obr. 2, který představuje reprezentativní provedení jak pro zředovací zařízení 8y tak i pro zředovací zařízení 40 funguje následovně: připravený stlačený vzduch proudí prstencovou mezerou 29 vytvořenou kolem sací trysky 30 pro zředovanou směs plynů. Vzniklým podtlakem se nasává aerosol o určitém objemu a ve směšovací komoře 31 se homogenně směšuje s čistým vzduchem. Zvýší-li se objem proudu čistého vzduchu, zvýší se ve stejné míře i rychlost proudění v prstencové mezeře 29. Tím vzroste podtlak na sací trysce 30., čímž se rovněž zvýší objem proudu směsi plynů. Oba proudy jsou proto spřaženy podtlakem a jejich poměr zůstává i při různých předběžných tlacích konstantní .

Ve zředovacím zařízení 8^ se provádí zředování v poměru

1:10^, zatímco ve zředovacím zařízení 40 se provádí zředová6 — 7 ní v poměru 1:10 . Přitom je výhodné provádět zředování v několika kaskádách, což snižuje potřebu čistého zředovacího vzduchu. Ze zředěného vzorku, odebraného z odebíračího potrubí ]_, respektive z odběru 41 v bezpečnostní nádrži 1_, se jen část odebírá ze směšovací komory 31 a přivádí do vždy dalšího stupně. Tento dílčí odběr proudu se provádí odsávací tryskou 32.· Přitom je nutno dbát na to, aby se tento odběr prováděl za isokinetických podmínek. Ty nastanou tehdy, když v místě odsávání je rychlost proudění v odsávací trysce 32 stejná jako rychlost proudění v kanálu.

Různými průměry trysek 30, 32 je možno přizpůsobit různé odsávané objemy různým celkovým objemům proudů. To má význam pro poslední stupeň. Jako příklad se uvádí, že z cel kového množství se do dalšího zředování přivádí pouze 0,3 m³/h. Po zředění se do měřicího zařízení 14 proto přivá dí celkově asi 3 m³/h. Zbytkový vzduch, zbylý po isokinetickém odběru dílčího proudu, o množství 12,2 m³/h pro všech šest zředovacích stupňů upravených v příkladu provedení (na obr. 1 jsou znázorněny jen 4 stupně) proudí u zředovacího zařízení £ výstupním hrdlem 33 vzduchu ven do vratného potrubí £ (obr. 1).

V tomto vratném potrubí 2 se zbytek vzorku vzduchu a vzduch z výstupního hrdla 33 dopravuje čerpadlem 10 zpět do potrubí £ pro vedení čistého plynu. Při tomto zpětném vedení je nutno dbát na to,.aby ve směšovací komoře 31 zředovacího stupně nevznikl žádný protitlak, který by mohl zředovací poměr ovlivnit. U zředovacího zařízení 40 se vede zbylý vzduch zpět do bezpečnostní nádrže £, jak je naznačeno šipkou.

Zředováním klesá aktivita vyloučených látek na míru obvyklou při normálním provozu. Manipulace a vyhodnocování měřicího zařízení 14 se proto i v případě poruchy může provádět obvyklým způsobem.

Na odsávací trysku 32 posledního stupně je u zředovací ho zařízení £ připojeno měřicí potrubí 13 a u zředovacího zařízení 40 měřicí potrubí 42 (obr. 1), která vedou do vlast ního měřicího zařízení 14.

Aby v případě poruchy bylo možno měřit jak vzduch v korní ně _5, tak i atmosféru uvnitř bezpečnostní nádrže £ nezávisle na sobě, je měřicí zařízení 14 opatřeno přídavným bilančním filtrem 59 a měřičem 62 průtoku.

Bilanční filtr 59 aerosolů a jódu je opatřen pro najíždění obtokovým potrubím 55. Změřené hodnoty měřiče 62 průtoku a popřípadě i změřené hodnoty neznázorněných teplotních a tlakových čidel (upravených ve stejné potrubní větvi jako měřič 62 průtoku) slouží jako regulační veličiny pro spřažené regulační orgány 56, 57 v obtokovém potrubí 55 a za bilančním filtrem .59. Pro najíždění je v provozu systém 61 pro odebírání vzorků několik minut při otevřeném obtokovém potrubí 55. Tím je zaručeno, že celý systém je oplachován reprezentativním vzorkem vzduchu. Po provedeném najíždění, při němž byl naregulován objem odebíraného proudu, se provede přepnutí z obtokového potrubí 55 na potrubí k bilančnímu filtru 59. Při všech těchto postupech jsou regulační orgány 50, 51 otevřené.

V případě poruchy se odběr vzorků provádí v provozu diskontinuálně podle potřeby. Při měření samotném je vyplachovací potrubí 53 uzavřeno redukčním ventilem 52. Zředěný vzorek plynu se po provedené regulaci množství vede filtrem 18 jódu a aerosolů. Stejně jako u výše popsaného způsobu se měří průtočné množství a integruje po dobu rozprašování. Změřená množství plynů jsou mezi 1 a 3 m³/h. Bilanční filtr 59., který je po měření zaprášený, se pomocí detektorů, například germaniových detektorů, používaných pro vyhodnocování i při normálním provozu, laboratorně vyhodnotí

Za bilančním filtrem 59 je navíc upraveno měřicí místo pro zjištování podílu vzácných plynů v odebraném vzorku. Tímto měřicím místem může být například plynová láhev 58 nebo tak zvaná plynová myš.

Po měření se měřicí zařízení 14 propláchne. K propláchnutí se použije stlačené médium z tlakové láhve 43. V přívodním potrubí 44 a v měřicím potrubí 42 jsou uzavírací orgány 45 a 51 uzavřeny. ZřeSovaci plyn se dopravuje do měřicího potrubí 42 při otevřeném redukčním ventilu 52 vyplachovacím potrubím 53 a odtud se dopravuje měřicím zařízením 14. Protože pro měření jsou zapotřebí jen bilanční filtry 59, může být pro účely vyplachování a měření uzavíracím orgánem 54 uzavřeno i potrubí vedoucí k monitorům 36, 37, 38 Vyplachovací médium se odvádí - vratným potrubím 9.· Může se však samozřejmě odvádět rovnou do komína 2· Rozumí se, že měřicí zařízení 14 se i v tomto případě proplachuje pomocí výše uvedených vyplachovacích elementů, tj. potrubí 17, filtrů 18 a dopravního čerpadla 19 uvedeným způsobem.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro monitorování atmosféry uvnitř bezpečnostní nádrže (1) jaderného zařízení, přičemž v bezpečnostní nádrži (.1) je upraven odběr (41) zkušebních vzorků, z něhož je směs plynů vedena měřicím potrubím (42) měřicím zařízením (14) a potom odváděna, vyznačující se tím, že koncentrace aktivity plynu před měřicím zařízením (14) se redukuje ve zředovacím zařízení (40), uspořádaném v bezpečnostní nádrži (1), k čemuž se ze zdroje, ležícího mimo bezpečnostní nádrž (1), odebírá tlakově regulovaný zředovací plyn.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zředovací plyn se před zavedením do zředovacího zařízení (40) pomocí topení (49) ohřeje.
3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zředování se provádí v několika stupních.