RU2417357C1 - Устройство контроля герметичности - Google Patents
Устройство контроля герметичности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2417357C1 RU2417357C1 RU2010103141/28A RU2010103141A RU2417357C1 RU 2417357 C1 RU2417357 C1 RU 2417357C1 RU 2010103141/28 A RU2010103141/28 A RU 2010103141/28A RU 2010103141 A RU2010103141 A RU 2010103141A RU 2417357 C1 RU2417357 C1 RU 2417357C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- vacuum
- sodium
- controlled
- recuperator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области контроля герметичности оборудования, разгерметизация которого сопровождается появлением водорода в контролируемой среде и может использоваться преимущественно на атомных энергетических установках с реакторами на быстрых нейтронах для контроля нарушения межконтурной плотности парогенераторов натрий-вода. Изобретение направлено на обеспечение контроля не герметичности в начальной стадии на уровне микротечей, что обеспечивается за счет того, что устройство содержит одну вакуумную камеру, отделенную от контролируемой среды водородопроницаемой мембраной и соединенную с вакуумным магниторазрядным насосом, а также дополнительную вакуумную камеру, отделенную от среды водородопроницаемой мембраной и соединенную с вакуумметром. Между основной и дополнительной вакуумными камерами включен вакуумный вентиль, а доставка контролируемой среды к вакуумным камерам осуществляется за счет напора набегающего потока, а для подогрева используется рекуператор. Контроль концентрации водорода в контуре производится путем периодического сравнения показаний тока магниторазрядного насоса и показаний вакуумметра. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области контроля герметичности трубопроводов и сосудов, нарушение герметичности которых сопровождается появлением водорода в контролируемом объеме и может использоваться преимущественно на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах.
Указанные атомные электростанции являются наиболее перспективными в плане развития атомной энергетики, но требуют решения присущих им технических проблем, одной из которых является герметичность парогенераторов, греющим теплоносителем в которых является натрий, предающим тепло через стенки трубок теплообменника воде и водяному пару.
Нарушение герметичности стенок теплообменника натрий-вода недопустимо, так как натрий вступает в химическую реакцию с водой, при этом выделяется большое количество тепла, которое может привести к лавинообразному процессу разрушения трубок теплообменника и выходу из строя дорогостоящего парогенератора. Кроме того, попадание даже умеренных количеств воды или водяного пара в натрий ведет к его химическому загрязнению, что резко снижает его характеристики как теплоносителя.
В этой связи стоит задача непрерывного контроля герметичности теплообменников натрий-вода с целью обнаружения нарушений герметичности в начальной стадии на уровне микротечей.
В этом случае своевременная остановка парогенератора для поиска места течи и ремонта позволит избежать загрязнения контура и, тем более, разрушения оборудования.
В настоящее время одним из самых чувствительных методов обнаружения микротечей воды в натрий является метод контроля содержания водорода в натриевом контуре, т.к. химическая реакция натрия с водой сопровождается выделением водорода, который частично выносится натрием в виде пузырьков газа, а частично растворяется в нем. Соответственно существуют устройства контроля водорода в газовых подушках натриевых контуров и устройства контроля растворенного или газообразного водорода в натрии, причем последние более предпочтительны, т.к. в этом случае время транспорта продуктов реакции меньше, соответственно раньше обнаруживается течь.
Одним из известных устройств контроля водорода является газоанализатор по патенту РФ №2242751, в котором анализируемый газ за счет естественной циркуляции поступает в датчик и при наличии в смеси водорода изменяется электропроводность чувствительного элемента, выполненного на основе сплавов палладия. Недостатком такого анализатора является его недостаточная чувствительность к малым объемным концентрациям водорода, кроме того, указанный газоанализатор не может использоваться для контроля водорода, растворенного в натрии, без существенного усложнения конструкции, позволяющего выполнить рабочую камеру датчика герметичной относительно натрия и обеспечить доставку водорода к чувствительному элементу.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является устройство контроля герметичности по А.С. №903722. В указанном устройстве растворенный или газообразный водород в натрии через водородопроницаемую мембрану поступает в вакуумную полость, непрерывно вакуумируемую магниторазрядным вакуумным насосом. Ток насоса пропорционален потоку поступающего в вакуумную полость водорода, а он, в свою очередь, зависит от концентрации водорода в натрии. Таким образом, по току насоса можно определить величину течи воды в натрий, т.е. степень негерметичности парогенератора. Указанное устройство обладает высокой чувствительностью, но имеет недостатки, связанные как с физическими процессами работы магниторазрядного насоса, так и с конструкцией устройства:
1. Магниторазрядным насосам свойственна так называемая молекулярная откачка, когда молекулы водорода сорбируются электродами насоса без предшествующей ионизации атомов водорода и таким образом доля водорода, соответствующая молекулярной откачке, не вносит вклад в величину тока насоса, соответственно не фиксируется часть водорода, поступившего в вакуумную камеру. Причем доля молекулярной откачки может зависеть от ряда трудно учитываемых факторов, что не позволяет вводить корректирующие поправки к показаниям измерителя тока насоса.
2. Реальная установка контроля водорода в натрии по А.С. №903722 должна содержать ряд вспомогательных систем, приведенных на фиг.1, и работает следующим образом.
Контролируемая среда - натрий с микроколичествами водорода (менее одной миллионной по весу) из трубопровода 1 отбирается для анализа на байпасный участок 2. Отбор происходит за счет натриевого насоса 4, величина расхода регулируется натриевым вентилем 3, далее натрий с водородом омывает водородопроницаемую мембрану 6, разделяющую контур натрия и вакуумный объем магниторазрядного насоса 7. Конструктивно мембрана 6 представляет собой герметичный стакан из отожженного никеля, погруженный в исследуемый поток натрия. При температурах порядка 500°C никель становится проницаемым для водорода, и соответственно водород из натрия попадает в объем насоса 7, где осуществляется откачка водорода (абсорбция молекул или ионов водорода электродами насоса). Как отмечалось ранее, ток насоса пропорционален доле ионной откачки поступающего в насос водорода. Для обеспечения подогрева натрия до рабочей температуры байпасный трубопровод 2 обогревается нагревателем 5. Из-за наличия молекулярной откачки характеристики насоса в течение срока эксплуатации "плывут" и требуется его периодическая градуировка. Для этой цели в поток натрия, проходящий по байпасному участку 2 через водородопроницаемую мембрану 9, вводится с помощью дозирующего устройства 10 водород из баллона 11, снабженного манометром 12. По величине падения давления в баллоне 11 за известное время определяется расход дозируемого через мембрану 9 водорода в поток натрия через байпас 2, а по показаниям расходомера натрия 13 - величина расхода натрия. По соотношению расходов водорода и натрия вычисляется прирост концентрации водорода в натрии в зоне расположения мембраны 6, одновременно фиксируется рост показаний тока насоса измерителем тока 8. Произведя несколько дозировок водорода в натрий, при разной скорости дозирования можно получить градуировочную характеристику рассмотренного индикатора течи.
Необходимость указанного вспомогательного оборудования индикатора приводит к тому, что на действующей АЭС с реактором БН-600 система обнаружения течи полностью занимает отдельное помещение, а учитывая, что на этой станции 24 парогенератора, то и помещений для индикаторов требуется столько же. Кроме того, удаленность системы индикации от места отбора натрия из трубопровода 1 требует достаточно высокого его расхода по байпасу (порядка 1 м3/ч), чтобы обеспечить приемлемое время транспорта. Соответственно и мощность нагревателя 5 для подогрева натрия с 300°C до 500°C достигает нескольких десятков киловатт.
С целью устранения вышеперечисленных недостатков, присущих прототипу, предлагаемое устройство, схематично изображенное на фиг.2, снабжено дополнительной вакуумной камерой, отделенной от контролируемой среды водородопроницаемой мембраной и соединенной с вакуумметром, между вакуумной камерой магниторазрядного насоса и дополнительной вакуумной камерой включен вакуумный вентиль, а система доставки контролируемой среды выполнена в виде обогреваемого рекуператора, вход и выход которого выведены внутрь трубопровода с контролируемой средой, причем входное отверстие рекуператора обращено навстречу набегающему потоку среды, а выходное - по направлению потоку среды или перпендикулярно ему.
Работа предложенного устройства происходит следующим образом.
В трубопровод 1 с контролируемым теплоносителем введена торцевая часть рекуператора 14, представляющего собой теплообменник "труба в трубе". Входное отверстие 15 рекуператора 14 обращено навстречу потоку натрия V, а выходное отверстие 16 - по направлению потока или перпендикулярно ему. За счет динамического торможения натрия у входного отверстия 15 возникает перепад давления между входом и выходом рекуператора. Под действием этого перепада осуществляется циркуляция натрия через рекуператор и соответственно доставка анализируемого теплоносителя к водородопроницаемым мембранам 6 и 18. Внутренний объем мембраны 6 сообщается с вакуумной полостью 17, соединенной с магниторазрядным насосом 7, а внутренний объем мембраны 18 сообщен с дополнительной вакуумной полостью 19, вакуум в которой контролируется вакуумметром 20. Между вакуумными полостями 17 и 19 включен вакуумный вентиль 21.
Как и в прототипе, основным измерителем концентрации водорода в натрии является магниторазрядный насос 7 со своим блоком контроля 8. Вакуумметр 20 также дает информацию о содержании водорода, так как через мембрану 18 в предварительно отвакуумированную полость 19 поступает водород, и при достижении равновесного состояния величина равновесного давления в полости 19 на основе экспериментально полученной зависимости будет составлять
PH2 - давление водорода в вакуумной полости 19 - мм рт.ст. (тор);
С - концентрация водорода в натрии в миллионных долях по весу (ррм).
Таким образом, в предложенном устройстве присутствуют два измерителя концентрации водорода в натрии, основанные на разных принципах действия, но и с недостатками, свойственными каждому из них.
Как уже отмечалось, ток магниторазрядного насоса 7 зависит не только от потока водорода через мембрану 6, но и от доли молекулярной откачки. С другой стороны, вакуумметр 20 может давать ложные показания о величине концентрации водорода в полости 19 из-за газовыделения конструкционных материалов или неплотности камеры 19 по отношению к окружающей среде. В течение достаточно длительного интервала времени может накопиться погрешность показаний как магниторазрядного насоса 7, так и вакуумметра 20.
Для исключения этих погрешностей на короткое время открывается вентиль 21. При этом магниторазрядный насос 8 вакуумирует полость 19, остаточное давление в этой полости становится на 4-5 порядков меньше равновесного давления, определенного по формуле (1).
После завершения откачки (время откачки от десятков секунд до нескольких минут) вентиль 21 закрывается через 1-2 минуты, показания насоса 7 становятся пропорциональными концентрации водорода в натрии с учетом доли молекулярной откачки насоса 7, а показания вакуумметра 20 также приходят в соответствие концентрации водорода в натрии согласно (1). По этим показаниям вводится поправочный коэффициент к выходному сигналу блока контроля 8 насоса 7. Таким образом, без всяких дополнительных систем осуществляется градуировка устройства контроля герметичности. После градуировки насос 7 с блоком контроля 8 остается в работе непрерывно, а манометр 20 может работать как независимый индикатор концентрации водорода в натрии или выключаться до следующей градуировки насоса 7.
Если рекуператор 14 расположен горизонтально относительно места врезки в трубопровод 1, то перепад давления между входом и выходом рекуператора обеспечивает преодоление трения теплоносителя при движении внутри рекуператора. Если установить рекуператор 14 наклонно, то потребуется дополнительный перепад давления между его входом и выходом для преодоления гидростатического давления натрия за счет разности высот между местом врезки в трубопровод 1 и местом установки водородопроницаемых мембран 6 и 18. По этой причине наклонное или вертикальное положение рекуператора 14 экономически и конструктивно нецелесообразно, оптимальное расположение рекуператора - горизонтальное.
Предложенное устройство конструктивно представляет собой компактный блок, устанавливаемый на трубопроводе с контролируемым натриевым теплоносителем, не требует специальных помещений, обладает большой эксплуатационной надежностью, простотой обслуживания и градуировки. Расход натрия через рекуператор 14 за счет выбора диаметров входного отверстия 15 и выходного отверстия 16 устанавливается на уровне 10÷30 л/ч.
Claims (2)
1. Устройство контроля герметичности, содержащее вакуумную камеру, отделенную от контролируемой среды водородопроницаемой мембраной, соединенную с вакуумным магниторазрядным насосом и систему доставки контролируемой среды к водородопроницаемой мембране, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной вакуумной камерой, отделенной от контролируемой среды водородопроницаемой мембраной и соединенной с вакуумметром, между вакуумной камерой магниторазрядного насоса и дополнительной вакуумной камерой включен вакуумный вентиль, а система доставки контролируемой среды выполнена в виде обогреваемого рекуператора, вход и выход которого выведены внутрь трубопровода с контролируемой средой, причем входное отверстие рекуператора обращено навстречу набегающему потоку среды, а выходное - по направлению потока среды или перпендикулярно ему.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рекуператор расположен горизонтально.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010103141/28A RU2417357C1 (ru) | 2010-02-02 | 2010-02-02 | Устройство контроля герметичности |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010103141/28A RU2417357C1 (ru) | 2010-02-02 | 2010-02-02 | Устройство контроля герметичности |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2417357C1 true RU2417357C1 (ru) | 2011-04-27 |
Family
ID=44731631
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010103141/28A RU2417357C1 (ru) | 2010-02-02 | 2010-02-02 | Устройство контроля герметичности |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2417357C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111564228A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-08-21 | 中国原子能科学研究院 | 氢浓度探测系统 |
CN111579303A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-08-25 | 中国原子能科学研究院 | 用于液态金属中氢的取样装置 |
CN112951458A (zh) * | 2019-12-10 | 2021-06-11 | 核工业西南物理研究院 | 用于检测聚变装置连接部件气密性的热冲击实验装置 |
-
2010
- 2010-02-02 RU RU2010103141/28A patent/RU2417357C1/ru active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112951458A (zh) * | 2019-12-10 | 2021-06-11 | 核工业西南物理研究院 | 用于检测聚变装置连接部件气密性的热冲击实验装置 |
CN111564228A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-08-21 | 中国原子能科学研究院 | 氢浓度探测系统 |
CN111579303A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-08-25 | 中国原子能科学研究院 | 用于液态金属中氢的取样装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2197718C2 (ru) | Устройство и способ для обнаружения утечки | |
CN106342210B (zh) | 一种用于测量安全壳内氢气浓度的取样分析系统 | |
US20160187308A1 (en) | Method and system for detecting boron ions using ion chromatography for online monitoring of steam generator tube leakage in light water reactor | |
RU2417357C1 (ru) | Устройство контроля герметичности | |
CN104007041B (zh) | 煤层硫化氢含量测定装置 | |
CN104880502B (zh) | 一种低速管道内腐蚀和电化学测试的简易模拟装置 | |
CN102608001A (zh) | 氢扩散渗透特性测量装置 | |
KR100960787B1 (ko) | 원자력 발전소의 증기발생기의 누설 감지장치 및 방법 | |
CN202471554U (zh) | 氢扩散渗透特性测量装置 | |
CN112557199A (zh) | 适用于高温高压条件的岩石气体突破压力测定装置 | |
CN103091027B (zh) | 液体管路设备流动压力损失测试方法 | |
JP5519920B2 (ja) | Pwr発電所二次冷却系の水処理システム及びその方法 | |
CN112213439A (zh) | 一种高温高压蒸汽中溶解氢含量测量装置和方法 | |
CN203929719U (zh) | 煤层硫化氢含量测定装置 | |
CN203629754U (zh) | 一种压力系统的定量泄漏检测装置 | |
Hardie | Developing measurement facilities for carbon capture and storage | |
Vissers et al. | A hydrogen monitor for detection of leaks in LMFBR steam generators | |
CN203629755U (zh) | 压力系统的定量泄漏检测装置 | |
CN115774086A (zh) | 燃气管道天然气掺氢浓度的测量方法以及设备 | |
CN205351285U (zh) | 废热锅炉在线检漏装置、在线检漏系统及废热锅炉系统 | |
CN113984958A (zh) | 一种安全壳内气体可燃性分析系统 | |
CN112903959A (zh) | 超临界/亚临界静态水岩反应的模拟实验方法和装置 | |
CN105651953A (zh) | 一种水中溶解氢测量仪校准装置及其校准方法 | |
CN207394223U (zh) | 凝汽器冷却管在线堵漏装置 | |
CN107255555B (zh) | 一种测量阀门微泄漏率的系统及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20160218 |