RU2326372C1

RU2326372C1 - Method of determination of oxygen mass concentration in water heat carrier circuits under pressure

Info

Publication number: RU2326372C1
Application number: RU2006140560/28A
Authority: RU
Inventors: Ольга Сергеевна Бендерска (RU); Ольга Сергеевна Бендерская; Ольга Николаевна Владимирова (RU); Ольга Николаевна Владимирова
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-06-10

Abstract

FIELD: analytical control of molecular oxygen.

SUBSTANCE: method comprises the sampling of the heat carrier, throttling and cooling of the sample and measuring of the dissolved oxygen mass concentration with amperometric transducer. Additionally, the heat carrier flow rate in the pipeline and the pressure in the circuit and transducer are measured; the sample is throttled in the pipeline having inner diameter not more than 2 mm and length not less than the value determined according to the following formula.

EFFECT: increasing of the obtained results reliability and enhancement of the method usage field.

1 tbl

Description

Изобретение относится к аналитическому контролю молекулярного кислорода в теплоносителе и позволяет решать задачи контроля молекулярного кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем, в том числе в контурах исследовательских и энергетических реакторов, входящих в их состав петлевых установок, других ядерно-энергетических установок (ЯЭУ) с азотной компенсацией давления и реакторов типа ВВЭР с паровой компенсацией давления.The invention relates to the analytical control of molecular oxygen in a coolant and allows to solve the problem of controlling molecular oxygen in pressurized circuits with a water coolant, including in the circuits of research and power reactors, which are part of their loop installations, other nuclear power plants (NPP) with nitrogen pressure compensation and VVER-type reactors with steam pressure compensation.

Известен способ определения массовой концентрации кислорода в теплоносителе с использованием автоматизированной хроматографической приставки АКВА, совместимой с газовым хроматографом [О.С.Бендерская, В.М.Махин и др. Газохимический мониторинг в петлевых экспериментах по обоснованию безопасности реакторов типа ВВЭР // Сб. докладов четвертой межотраслевой конференции по реакторному материаловедению. Димитровград, 15-19 мая 1995 г. В 4-х томах. T.1. Димитровград, 1996. С.210-220].A known method for determining the mass concentration of oxygen in a coolant using an automated chromatographic attachment AQUA, compatible with a gas chromatograph [O.S. Benderskaya, V.M. Makhin et al. Gas chemical monitoring in loop experiments to justify the safety of WWER reactors // Sat. reports of the fourth intersectoral conference on reactor materials science. Dimitrovgrad, May 15-19, 1995. In 4 volumes. T.1. Dimitrovgrad, 1996. S.210-220].

Способ включает операции отбора и подготовки пробы, градуировки датчика, а также операции сбора и обработки данных. Он представляет собой типичный вариант газовой хроматографии с предварительным отбором пробы водного теплоносителя и выделением газовой составляющей теплоносителя с помощью специальных сит на основе тетраполифторэтилена с последующим измерением молекулярного кислорода на детекторе по теплопроводности, сигналы которого обрабатывают с помощью расчета концентраций по хроматограммам.The method includes sampling and sample preparation, sensor graduation, as well as data collection and processing operations. It is a typical variant of gas chromatography with preliminary sampling of an aqueous coolant and the gas component of the coolant being separated using special sieves based on tetrapolyfluoroethylene followed by measuring molecular oxygen at a thermal conductivity detector, the signals of which are processed by calculating concentrations from chromatograms.

Способ позволяет обеспечить высокую достоверность результатов в пределах чувствительности датчика, то есть может быть использован в качестве эталона.The method allows to ensure high reliability of the results within the sensitivity of the sensor, that is, it can be used as a reference.

Недостатком данного способа является невозможность обеспечения оперативности и непрерывности контроля. Кроме того, возможно облучение персонала во время пробоотбора и транспортировки пробы к месту проведения хроматографического анализа. Способ также не позволяет обеспечить достоверность измерений при определении значений микроконцентраций кислорода, находящихся на границе или за пределами чувствительности методики (0,07 мг/дм³).The disadvantage of this method is the inability to ensure the efficiency and continuity of control. In addition, it is possible to irradiate personnel during sampling and transportation of the sample to the place of chromatographic analysis. The method also does not allow to ensure the accuracy of measurements when determining the values of oxygen microconcentrations located at the boundary or outside the sensitivity of the procedure (0.07 mg / dm ³ ).

Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемым изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является способ измерения содержания растворенных в водном теплоносителе газовых составляющих (кислорода и водорода) с помощью амперометрического датчика, включающий отбор, охлаждение, дросселирование пробы и измерение массовых концентраций растворенных кислорода и водорода [М.Н.Шведова, В.Г.Крицкий, М.В.Софьин и др. «Системы мониторинга состояния ВХР на базе автоматизированного химического контроля действующих энергоблоков АЭС». Препринт, М., ЦНИИ Атоминформ, 2004, 88 с.]. Способ позволяет обеспечить непрерывность и оперативность измерений, но не обеспечивает достоверность измерений, так как сохранение достоверности измерений при контроле содержания растворенных газов в контурах под давлением, например в первом контуре реакторов типа ВВЭР-1000, предполагается обеспечить применением амперометрического датчика при давлении 0,5-1,0 МПа и температуре 20-40°С, что противоречит данным по растворимости этих газов при различных значениях давления и температуры.The closest analogue, which coincides with the claimed invention by the largest number of essential features, is a method for measuring the content of gas components (oxygen and hydrogen) dissolved in an aqueous coolant using an amperometric sensor, including sampling, cooling, throttling a sample and measuring mass concentrations of dissolved oxygen and hydrogen [ M.N.Shvedova, V.G. Kritsky, M.V.Sofin and others. "Systems for monitoring the state of water chemistry on the basis of automated chemical control of existing energy Lokov NPP. " Preprint, M., Central Research Institute of Atominform, 2004, 88 pp.]. The method allows to ensure the continuity and efficiency of measurements, but does not ensure the accuracy of measurements, since maintaining the reliability of measurements when monitoring the content of dissolved gases in pressurized circuits, for example, in the primary circuit of VVER-1000 reactors, is supposed to be ensured by using an amperometric sensor at a pressure of 0.5- 1.0 MPa and a temperature of 20-40 ° C, which contradicts the data on the solubility of these gases at various values of pressure and temperature.

Целью изобретения является повышение достоверности получаемых результатов и расширение области использования способа для контроля молекулярного кислорода в контурах с водным теплоносителем под давлением. Это, прежде всего, теплоноситель первых контуров исследовательских реакторов, входящих в их состав петлевых установок, других ЯЭУ с азотной компенсацией давления и реакторов типа ВВЭР с паровой компенсацией давления.The aim of the invention is to increase the reliability of the results and expand the scope of use of the method for controlling molecular oxygen in circuits with an aqueous coolant under pressure. This is, first of all, the coolant of the first circuits of research reactors, which are part of their loop installations, other nuclear power plants with nitrogen pressure compensation, and VVER-type reactors with steam pressure compensation.

Предлагаемый способ определения массовой концентрации кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем включает отбор, дросселирование и охлаждение пробы, измерение массовой концентрации растворенного кислорода амперометрическим датчиком. Дополнительно измеряют скорость потока теплоносителя в трубопроводе, давление в контуре и датчике.The proposed method for determining the mass concentration of oxygen in pressurized circuits with an aqueous coolant includes sampling, throttling and cooling the sample, measuring the mass concentration of dissolved oxygen with an amperometric sensor. Additionally measure the flow rate of the coolant in the pipeline, the pressure in the circuit and the sensor.

Причем пробу дросселируют в трубопроводе с внутренним диаметром не более 2 мм и длиной не менее чем:Moreover, the sample is throttled in a pipeline with an inner diameter of not more than 2 mm and a length of not less than:

где l - длина трубопровода, м,where l is the length of the pipeline, m,

ΔР - разность давлений на концах трубопровода, мм вод. ст.,ΔР - pressure difference at the ends of the pipeline, mm water. Art.,

d - диаметр трубопровода, м,d is the diameter of the pipeline, m,

g=9,81 м/с² - ускорение свободного падения,g = 9.81 m / s ² - acceleration of gravity,

λ - коэффициент сопротивления, зависящий от свойств теплоносителя,λ is the coefficient of resistance, depending on the properties of the coolant,

υ - скорость потока, м/с.υ is the flow velocity, m / s.

При дросселировании в капиллярном трубопроводе диаметром менее 2 мм происходит гомогенизация водно-газовой пробы, сохраняется ее представительность, и измеренное амперометрическим датчиком значение концентрации кислорода, растворенного в теплоносителе, соответствует его уровню при давлении в контуре.When throttling in a capillary pipe with a diameter of less than 2 mm, the water-gas sample is homogenized, its representativeness is preserved, and the oxygen concentration dissolved in the coolant measured by the amperometric sensor corresponds to its level at the pressure in the circuit.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют достоверно измерять концентрацию молекулярного кислорода в водном теплоносителе контуров под давлением, в том числе ядерно-энергетических установок и в других технологических контурах и емкостях, при сохранении оперативности и непрерывности процесса измерения.Distinctive features, together with the known ones, allow reliable measurement of the concentration of molecular oxygen in an aqueous coolant under pressure circuits, including nuclear power plants and in other technological circuits and capacities, while maintaining the efficiency and continuity of the measurement process.

В случае, если отличительные признаки будут отсутствовать, применение амперометрического датчика будет невозможным из-за несоответствия физико-химических характеристик теплоносителя техническим требованиям эксплуатации датчика. Установление трубопровода диаметром большим, чем 2 мм, приведет к значительному увеличению его длины, что технически нецелесообразно. При длине менее чем

не обеспечивается достоверность и представительность измерений, поскольку водно-газовая проба будет негомогенизирована.If there are no distinguishing features, the use of an amperometric sensor will be impossible due to the mismatch of the physicochemical characteristics of the coolant with the technical requirements of the sensor. The installation of a pipeline with a diameter greater than 2 mm will lead to a significant increase in its length, which is technically impractical. With a length of less than

the reliability and representativeness of the measurements is not ensured, since the water-gas sample will be inhomogenized.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Отбирают пробу водного теплоносителя путем подачи на байпасный измерительный участок контура, содержащий капиллярный трубопровод диаметром 1 мм и длиной не менее рассчитанной по формуле

, на котором пробу дросселируют, охлаждают и подают в амперометрический датчик для измерения массовой концентрации молекулярно растворенного кислорода. Для определения длины трубопровода l измеряют скорость потока теплоносителя в трубопроводе и давление в контуре и датчике.A sample of the water coolant is taken by applying to the bypass measuring section of the circuit containing a capillary pipe with a diameter of 1 mm and a length not less than calculated by the formula

in which the sample is throttled, cooled and fed into an amperometric sensor to measure the mass concentration of molecularly dissolved oxygen. To determine the length of the pipeline l measure the flow rate of the coolant in the pipeline and the pressure in the circuit and the sensor.

В таблице 1 приведены сравнительные результаты измерений массовых концентраций кислорода в теплоносителе исследовательского реактора МИР. Измерения проводились при d=1 мм, l=30 м, ΔР=1950 мм вод. ст., υ=3,82 м/с. Данные подтверждают достоверность измерений массовых концентраций кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем с применением заявляемого способа.Table 1 shows the comparative results of measurements of mass concentrations of oxygen in the coolant of the MIR research reactor. The measurements were carried out at d = 1 mm, l = 30 m, ΔР = 1950 mm water. Art., υ = 3.82 m / s. The data confirm the accuracy of the measurements of mass concentrations of oxygen in the circuits under pressure with an aqueous coolant using the proposed method.

Результат измерения массовой концентрации кислорода с применением заявляемого способа, мг/дм³ The result of measuring the mass concentration of oxygen using the proposed method, mg / DM ³ Результат измерения массовой концентрации кислорода хроматографическим методом с приставкой «АКВА» (эталонный интегральный метод), мг/дм³ The result of measuring the mass concentration of oxygen by chromatographic method with the prefix "AQUA" (reference integral method), mg / DM ³ 3,2123,212 3,2183,218 1,3131,313 1,3211,321 1,0371,037 1,0601,060 0,1460.146 0,1540.154 0,0430,043 0,0580.058 0,0160.016 0,0370,037 0,0030.003 0,0280,028

Таким образом, заявляемый способ позволяет с высокой степенью достоверности оперативно и непрерывно проводить определение массовой концентрации кислорода в водном теплоносителе контуров под давлением, в том числе в теплоносителях первых контуров ядерно-энергетических установок и других технологических контурах и емкостях, то есть обеспечивают достижение цели.Thus, the inventive method allows with a high degree of reliability to quickly and continuously determine the mass concentration of oxygen in the water coolant circuits under pressure, including in the coolants of the first circuits of nuclear power plants and other technological circuits and tanks, that is, achieve the goal.

Claims

A method for determining the mass concentration of oxygen in pressurized circuits with an aqueous coolant, including sampling a coolant, throttling and cooling the sample, measuring the mass concentration of dissolved oxygen with an amperometric sensor, characterized in that they additionally measure the flow rate of the coolant in the pipeline, the pressure in the loop and sensor, the sample is throttled in a pipeline with an inner diameter of not more than 2 mm and a length of not less than:

where l is the length of the pipeline, m;

ΔР - pressure difference in the circuit and sensor, mm water column;

d is the diameter of the pipeline, m;

g = 9.81 m / s - acceleration of gravity;

λ is the coefficient of resistance, depending on the properties of the coolant;

υ is the flow rate of the coolant in the pipeline, m / s.