RU2547447C1 - Method of tightness monitoring at heat exchange surface of steam generator of reactor plant with heavy liquid metal heat carrier - Google Patents

Method of tightness monitoring at heat exchange surface of steam generator of reactor plant with heavy liquid metal heat carrier Download PDF

Info

Publication number
RU2547447C1
RU2547447C1 RU2013157149/07A RU2013157149A RU2547447C1 RU 2547447 C1 RU2547447 C1 RU 2547447C1 RU 2013157149/07 A RU2013157149/07 A RU 2013157149/07A RU 2013157149 A RU2013157149 A RU 2013157149A RU 2547447 C1 RU2547447 C1 RU 2547447C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steam generator
coolant
activity
heat exchange
exchange surface
Prior art date
Application number
RU2013157149/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталья Ивановна Гончар
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Открытое акционерное общество "Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля" (ОАО "НИКИЭТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом", Открытое акционерное общество "Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля" (ОАО "НИКИЭТ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2013157149/07A priority Critical patent/RU2547447C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2547447C1 publication Critical patent/RU2547447C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: method is based on gas content change registration in a first loop in case of a leak at heat exchange surface of steam generator and heat carrier bubbling with steam and water mix. In stationary operation of reactor plant, shielding gas (argon) used to compensate for heat carrier expansion is treated to remove vapours and sprays and pumped through a metering vessel, gas temperature and pressure are measured in sequence, and spectrometric measurement of 41Ar component activity is performed in the metering vessel, 41Ar activity per volume rated for standard conditions is calculated, its stationary value is determined. Further, heat exchange surface leaks in steam generator are diagnosed by 41Ar activity overshooting its stationary value.
EFFECT: enhanced sensitivity of leak detectors at heat exchange surface of steam generator of reactor plant with heavy liquid metal heat carrier.
1 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к способам контроля герметичности теплообменной поверхности парогенераторов ядерных энергетических установок, в которых для охлаждения активной зоны используется тяжелый жидкометаллический теплоноситель, например свинец или расплав свинца с висмутом.The invention relates to nuclear technology, and in particular to methods for monitoring the tightness of the heat exchange surface of steam generators of nuclear power plants, in which a heavy liquid metal coolant, for example, lead or molten lead with bismuth, is used to cool the core.

Для данного типа установок предложены двухконтурные схемы. Давление во втором пароводяном контуре у них значительно выше, чем в первом контуре, поэтому гипотетическая ситуация с потерей герметичности теплообменной поверхности парогенератора будет приводить к проникновению пароводяной среды в первый контур и барботированию жидкометаллического теплоносителя.Bypass circuits are proposed for this type of installation. The pressure in the second steam-water circuit is significantly higher than in the first circuit, therefore, the hypothetical situation with the loss of tightness of the heat exchange surface of the steam generator will lead to the penetration of the steam-water medium into the primary circuit and bubbling of the liquid metal coolant.

В рассматриваемых установках в верхней части реакторного пространства над зеркалом жидкометаллического теплоносителя предусматривают защитную газовую подушку из аргона, которая служит компенсатором теплового расширения жидкометаллического теплоносителя и коллектором выходящего из него газа или водяного пара в случае течи парогенератора.In the installations under consideration, a protective gas cushion made of argon is provided in the upper part of the reactor space above the mirror of the liquid metal coolant, which serves as a compensator for the thermal expansion of the liquid metal coolant and a collector of the gas or water vapor leaving it in the event of a steam generator leak.

Оперативный и надежный контроль межконтурной герметичности парогенераторов имеет большое значение для обеспечения безопасной эксплуатации установок данного типа. Между тем использование жидкометаллического теплоносителя усложняет проведение такого диагностирования и сужает круг технических решений, которые можно было бы для этого применить.Operational and reliable control of the inter-circuit tightness of steam generators is of great importance for ensuring the safe operation of installations of this type. Meanwhile, the use of a liquid-metal coolant complicates such a diagnosis and narrows the range of technical solutions that could be applied for this.

Известен нейтронно-шумовой способ диагностирования негерметичности теплообменной поверхности парогенератора реакторной установки со свинцово-висмутовым теплоносителем (С.А. Морозов «Применение реактивностных методов диагностирования попадания пара и нерастворенного газа в теплоноситель в активной зоне реактора стенда 27ВТ/5». Третья межотраслевая научно-практическая конференция «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях». Обнинск, 2010, сборник трудов, т.1, с.29-42). В способе используется эффект изменения реактивности ядерного реактора при замене части объема теплоносителя в активной зоне паровыми пузырьками. При этом проводят спектральный анализ нейтронных шумов реактивности ядерного реактора или взаимно корреляционный анализ шумов реактивности и давления в первом контуре. Недостатком известного способа является его относительно низкая чувствительность. Она оказывается недостаточной для диагностирования нарушения герметичности теплообменной поверхности парогенератора на ранней стадии развития сквозного дефекта.A known neutron-noise method for diagnosing a leak in the heat exchange surface of a steam generator of a reactor installation with lead-bismuth coolant (S. A. Morozov “Application of reactive methods for diagnosing the ingress of steam and undissolved gas into the coolant in the reactor core of stand 27VT / 5.” Third inter-industry scientific and practical conference "Heavy liquid metal coolants in nuclear technology. Obninsk, 2010, proceedings, vol. 1, p.29-42). The method uses the effect of changing the reactivity of a nuclear reactor when replacing part of the volume of the coolant in the core with steam bubbles. In this case, a spectral analysis of the neutron reactivity noise of a nuclear reactor or a cross-correlation analysis of reactivity and pressure noise in the primary circuit is performed. The disadvantage of this method is its relatively low sensitivity. It turns out to be insufficient to diagnose a violation of the tightness of the heat exchange surface of the steam generator at an early stage of development of a through defect.

Известен также индукционно-пузырьковый способ, выбранный в качестве наиболее близкого к заявляемому. Он применен в устройстве контроля газа в жидкометаллическом теплоносителе для диагностирования негерметичности парогенераторов типа вода - жидкий свинец или вода - расплав свинца с висмутом (RU 2426111 C1, опуб. 10.08.11). В этом решении жидкометаллический теплоноситель прокачивают через трубопровод, на котором предварительно устанавливают измерительно-сигнальное устройство в виде обмотки возбуждения и индуктивно связанных с ней измерительных обмоток, а внутри трубопровода устанавливают вихреобразующий обтекатель. С помощью постоянных измерений в реальном масштабе времени отслеживают показатель газосодержания в жидкометаллическом контуре. При возникновении барботирования регистрируют изменение этого показателя и принимают решение о наличии течи в парогенераторе.Also known is the induction-bubble method, selected as the closest to the claimed. It is used in a gas monitoring device in a liquid metal coolant to diagnose leakages of water-liquid lead or water-lead melt with bismuth steam generators (RU 2426111 C1, publ. 10.08.11). In this solution, the liquid metal coolant is pumped through a pipeline on which a measuring and signaling device in the form of an excitation winding and inductively connected measuring windings are pre-installed, and a vortex-forming cowling is installed inside the pipeline. Using constant measurements in real time, the gas content in the liquid metal circuit is monitored. When bubbling occurs, a change in this indicator is recorded and a decision is made on the presence of a leak in the steam generator.

Недостатком данного способа является его привязка к трубопроводам первого контура, внутри которых требуется установка дополнительных конструктивных элементов - вихреобразующих обтекателей, необходимость дублирования, то есть применения его на каждом парогенераторе для обеспечения нужной чувствительности, а также использование измерительных датчиков, которые должны работать в условиях высоких температур и повышенного радиационного облучения. Указанные обстоятельства ограничивают надежность и безопасность данного способа.The disadvantage of this method is its binding to the pipelines of the primary circuit, inside of which it is necessary to install additional structural elements - vortex-shaped cowls, the need for duplication, that is, its use on each steam generator to provide the required sensitivity, as well as the use of measuring sensors that must operate at high temperatures and increased radiation exposure. These circumstances limit the reliability and safety of this method.

Задачей настоящего изобретения является улучшенная по сравнению с известным решением совокупность свойств - повышенная надежность, безопасность, чувствительность и простота реализации.The objective of the present invention is improved in comparison with the known solution, a combination of properties - increased reliability, security, sensitivity and ease of implementation.

Достигаемый при этом технический результат состоит в том, что предложенный способ позволяет диагностировать потерю герметичности без использования сложных конструктивных, измерительных устройств внутри контура жидкометаллического теплоносителя, например профилирующих элементов, как в прототипе, или отборов проб, не требует дублирования, то есть установки одинаковых измерительных устройств у каждого парогенератора.The technical result achieved in this case is that the proposed method allows to diagnose leakage without using complex structural, measuring devices inside the liquid metal coolant circuit, for example, profiling elements, as in the prototype, or sampling, does not require duplication, that is, the installation of the same measuring devices each steam generator.

В основе предложенного способа лежат физические явления, проявляющиеся безотносительно от того, какой выбрана конструкция реакторной установки и ее технологическая схема и как расположены трубопроводы первого контура. То есть реализация способа не привязана к конструктивным особенностям реакторной установки.The proposed method is based on physical phenomena that manifest themselves irrespective of which design of the reactor installation and its technological scheme are selected and how pipelines of the primary circuit are located. That is, the implementation of the method is not tied to the design features of the reactor installation.

Как будет показано ниже в примере его конкретного применения, способ обеспечивает на порядок большую чувствительность диагностирования межконтурной негерметичности парогенератора, чем известные способы, в частности нейтронно-шумовые.As will be shown below in the example of its specific application, the method provides an order of magnitude greater sensitivity for diagnosing inter-circuit leakages of a steam generator than known methods, in particular neutron noise.

Надежность способа связана также с его высокой избирательностью, исключающей принятие ложных заключений о негерметичности под влиянием сторонних факторов. Поскольку в нем применен иной диагностический признак, чем в известных способах, то его одновременное использование с этими способами повысит достоверность регистрации негерметичности теплообменной поверхности парогенератора.The reliability of the method is also associated with its high selectivity, eliminating the adoption of false conclusions about leaks under the influence of external factors. Since it uses a different diagnostic feature than in the known methods, then its simultaneous use with these methods will increase the reliability of recording leaks in the heat exchange surface of the steam generator.

В предложенном способе в отличие от известных решений в качестве диагностического признака используется такое проявление эффекта барботирования теплоносителя пароводяной средой, как вымывание растворенных в нем инертных газов - газообразных продуктов деления и активации. При работе реакторной установки в стационарном режиме большинство радиоактивных газообразных продуктов деления и активации достигают равновесной активности в средах первого контура в течение нескольких суток. Течь парогенератора сопровождается барботированием теплоносителя, растворенные в нем газы посредством диффузии переходят в объем паровых пузырей, переносятся с пузырями по контуру теплоносителем и затем выносятся в подушку защитного газа над зеркалом теплоносителя.In the proposed method, in contrast to the known solutions, as a diagnostic feature, such a manifestation of the effect of bubbling the coolant with a steam-water medium is used, such as leaching of inert gases dissolved in it — gaseous fission and activation products. When the reactor installation is in stationary mode, most of the radioactive gaseous products of fission and activation reach equilibrium activity in primary media within a few days. The steam generator leak is accompanied by bubbling of the coolant, the gases dissolved in it are transferred to the volume of steam bubbles by diffusion, transferred with bubbles along the coolant circuit and then carried into the protective gas cushion above the coolant mirror.

Помимо прочих компонентов, среди газообразных продуктов активации имеется изотоп 41Ar, продукт активации растворенного в жидкометаллическом теплоносителе защитного газа аргона, поэтому одним из проявлений негерметичности теплообменной поверхности парогенератора будет рост содержания данного изотопа и, следовательно, его активности в газовой системе первого контура, что может быть зафиксировано спектрометрическими измерениями, обладающими высокой чувствительностью и надежностью.Among the other components, among the gaseous activation products, there is the 41 Ar isotope, the activation product of the argon protective gas dissolved in the liquid metal coolant, therefore, one of the manifestations of the leakage of the heat exchange surface of the steam generator will be an increase in the content of this isotope and, therefore, its activity in the primary gas system, which may be recorded by spectrometric measurements with high sensitivity and reliability.

Основой предложенного способа является регистрация роста активности изотопа 41Ar в газовой системе как диагностического признака негерметичности теплообменной поверхности парогенератора. Как будет показано ниже, использование именно этого изотопа в качестве реперного обусловлено уникальной комбинацией его свойств, проявляющихся в предложенном способе и обеспечивающих его реализацию.The basis of the proposed method is to register the growth of 41 Ar isotope activity in the gas system as a diagnostic sign of leakage of the heat exchange surface of the steam generator. As will be shown below, the use of this particular isotope as a reference is due to a unique combination of its properties, which are manifested in the proposed method and ensure its implementation.

Сущность заявленного способа состоит в следующем. Оперативный контроль герметичности теплообменной поверхности парогенератора осуществляют путем постоянного отслеживания показателя активности изотопа 41Ar. Для этого в газовой системе первого контура используют измерительную емкость. В емкости имеются датчики для измерения температуры и давления аргона. Кроме того, с наружной стороны емкости размещают спектрометрические датчики для измерения активности содержащегося в ней изотопа 41Ar.The essence of the claimed method is as follows. Operational control of the tightness of the heat exchange surface of the steam generator is carried out by constantly monitoring the activity index of the 41 Ar isotope. For this, a measuring capacitance is used in the gas system of the first circuit. The tank has sensors for measuring temperature and argon pressure. In addition, spectrometric sensors are placed on the outside of the vessel to measure the activity of the 41 Ar isotope contained therein.

При работе реакторной установки в стационарном режиме, то есть при постоянном уровне мощности и постоянном расходе теплоносителя, некоторое количество защитного газа первого контура - аргона - очищают от паров и аэрозолей и прокачивают через измерительную емкость. При этом измеряют активность изотопа 41Ar A и з м k

Figure 00000001
(Бк), температуру T и з м k
Figure 00000002
(К) и давление P и з м k
Figure 00000003
(Па) аргона в емкости. Регистрируют измеренные величины. По этим величинам рассчитывают объемную активность изотопа 41Ar, приведенную к нормальным условиям (P0=1,01·105 Па, T=293 К):When the reactor installation is in stationary mode, that is, at a constant power level and constant coolant flow rate, a certain amount of protective gas of the primary circuit - argon - is cleaned of vapors and aerosols and pumped through the measuring tank. The activity of the 41 Ar isotope is measured. A and s m k
Figure 00000001
(Bq), temperature T and s m k
Figure 00000002
(K) and pressure P and s m k
Figure 00000003
(Pa) argon in a vessel. Record the measured values. The volumetric activity of the 41 Ar isotope reduced to normal conditions (P 0 = 1.01 · 10 5 Pa, T = 293 K) is calculated from these values:

Figure 00000004
Figure 00000004

где k - порядковый номер измерения, VЕИ - объем измерительной емкости, м3.where k is the serial number of the measurement, V EI is the volume of the measuring capacity, m 3 .

Объемную активность a k используют в качестве реперного показателя для контроля герметичности теплообменной поверхности парогенератора.Volumetric activity a k is used as a reference indicator for monitoring the tightness of the heat exchange surface of the steam generator.

Измерения и расчеты приведенной активности a k продолжают проводить с заданной периодичностью. Сравнивая получаемые данные с предыдущими, фиксируют установление стационарного значения активности a стац.Measurements and calculations of the reduced activity a k continue to be carried out with a given frequency. Comparing the obtained data with the previous ones, the establishment of a stationary activity value a stat is fixed.

Продолжают повторять измерения и расчеты, сравнивая вновь получаемые значения a k со стационарным значением a стац.They continue to repeat measurements and calculations, comparing the newly obtained values of a k with the stationary value of a stat .

Заключение о негерметичности теплообменной поверхности парогенератора принимают в случае, когда расчетная приведенная объемная активность изотопа 41Ar превысит свое стационарное значение на некоторую заданную величину, определяемую порогом погрешности.The conclusion about the leakage of the heat exchange surface of the steam generator is taken in the case when the calculated reduced volumetric activity of the 41 Ar isotope exceeds its stationary value by some predetermined value determined by the error threshold.

Промышленная применимость заявленного способа и достижение технического результата могут быть подтверждены следующими аргументами.The industrial applicability of the claimed method and the achievement of a technical result can be confirmed by the following arguments.

При работе реакторной установки теплоноситель первого контура содержит растворенные в нем инертные газы: аргон из газовой системы и газообразные продукты деления, попадающие в теплоноситель в результате деления урана, содержащегося как примесь в теплоносителе, в сталях элементов активной зоны и в поверхностном загрязнении оболочек твэлов топливной композицией.During the operation of the reactor installation, the primary coolant contains inert gases dissolved in it: argon from the gas system and gaseous fission products entering the coolant as a result of fission of uranium contained as an impurity in the coolant in the steel of the core elements and in the surface contamination of the cladding of the fuel elements with the fuel composition .

Газообразные продукты деления также могут поступать в теплоноситель из тепловыделяющих элементов при возникновении сквозного дефекта оболочек. Эти растворенные инертные газы циркулируют по контуру установки, активируются в активной зоне, их изотопы посредством диффузии выходят через зеркало теплоносителя в газовую систему. Газообразными продуктами активации аргона являются изотопы 37Ar, 39Ar и 41Ar, а газообразными продуктами деления - изотопы криптона и ксенона. В стационарном режиме работы установки, то есть при постоянном уровне мощности и постоянном расходе теплоносителя в его объеме и в газовой системе первого контура устанавливаются равновесные концентрации большинства радиоактивных изотопов этих элементов.Gaseous fission products can also enter the coolant from the fuel elements when a through defect of the shells occurs. These dissolved inert gases circulate along the installation circuit, are activated in the core, their isotopes through diffusion exit through the coolant mirror into the gas system. The gaseous products of argon activation are 37 Ar, 39 Ar, and 41 Ar isotopes, and the gaseous fission products are krypton and xenon isotopes. In the stationary mode of operation of the installation, that is, at a constant power level and a constant flow of coolant in its volume and in the gas system of the primary circuit, the equilibrium concentrations of most of the radioactive isotopes of these elements are established.

Если к указанным процессам применить камерную расчетную модель, то баланс активности i-го изотопа инертного газа в теплоносителе и в газовой системе можно описать системой уравненийIf we apply a chamber computational model to the indicated processes, then the balance of activity of the ith inert gas isotope in the coolant and in the gas system can be described by the system of equations

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

с нулевыми начальными условиями A i т н ( 0 ) = A 0 i т н

Figure 00000007
, A i г с ( 0 ) = A 0 i г с
Figure 00000008
,with zero initial conditions A i t n ( 0 ) = A 0 i t n
Figure 00000007
, A i g from ( 0 ) = A 0 i g from
Figure 00000008
,

где A i т н

Figure 00000009
- активность i-го изотопа в теплоносителе, Бк; A i г с
Figure 00000010
- активность i-го изотопа в газовой системе, Бк; q i т н
Figure 00000011
- скорость поступления i-го изотопа в теплоноситель, Бк/с; λi - постоянная распада, с-1; ν - относительная скорость дегазации (постоянная дегазации) теплоносителя, с-1, равная отношению скорости выхода газа из теплоносителя в газовую систему к его содержанию в теплоносителе; ς - относительная скорость утечки газа из газовой системы, с-1.Where A i t n
Figure 00000009
- activity of the i-th isotope in the coolant, Bq; A i g from
Figure 00000010
- activity of the i-th isotope in the gas system, Bq; q i t n
Figure 00000011
- the rate of arrival of the i-th isotope in the coolant, Bq / s; λ i is the decay constant, s -1 ; ν is the relative rate of degassing (constant degassing) of the coolant, s -1 , equal to the ratio of the rate of gas exit from the coolant to the gas system to its content in the coolant; ς is the relative rate of gas leakage from the gas system, s -1 .

К газовым системам первого контура предъявляются высокие требования по герметичности, ограничивающие утечку уровнем не более 10-12 с-1. При расчете активности рассматриваемых изотопов в газовой системе утечкой из нее можно пренебречь и тогда решение системы уравнений (2) для активности i-го изотопа в газовой системе принимает вид:High leak tightness requirements are imposed on gas systems of the first circuit, limiting leakage to a level of no more than 10 -12 s -1 . When calculating the activity of the considered isotopes in the gas system, the leak from it can be neglected and then the solution of the system of equations (2) for the activity of the ith isotope in the gas system takes the form:

Figure 00000012
Figure 00000012

Таким образом, при стационарном режиме работы по прошествии определенного промежутка времени устанавливаются равновесные значения активности большинства изотопов в газовой системе.Thus, in a stationary mode of operation after a certain period of time, the equilibrium values of the activity of most isotopes in the gas system are established.

Равновесие нарушается при барботировании, когда возникает сквозной микродефект теплообменной поверхности парогенератора. Пароводяная смесь из второго контура проникает в жидкометаллический теплоноситель, образуются паровые пузырьки, т.е. развивается внутренняя межфазная поверхность. Через нее содержащиеся в теплоносителе инертные газы диффундируют во внутренний объем паровых пузырьков, циркулируют вместе с ними по контуру и при всплытии пузырьков к зеркалу теплоносителя выходят в газовую систему. В результате возрастает активность газообразных продуктов активации и деления в газовой системе первого контура.The equilibrium is disturbed during sparging, when a through microdefect of the heat exchange surface of the steam generator occurs. The steam-water mixture from the second circuit penetrates into the liquid metal coolant, steam bubbles form, i.e. an internal interface develops. Through it, the inert gases contained in the coolant diffuse into the internal volume of the vapor bubbles, circulate along with them along the contour and, when the bubbles rise to the coolant mirror, enter the gas system. As a result, the activity of the gaseous products of activation and fission in the gas system of the primary circuit increases.

Если предположить, что величина ν прямо пропорциональна поверхности выхода газа из жидкого металла, то относительную скорость дегазации теплоносителя в условиях барботирования можно описать следующим выражениемIf we assume that the value of ν is directly proportional to the surface of the gas exit from the liquid metal, then the relative degassing rate of the coolant under bubbling conditions can be described by the following expression

Figure 00000013
Figure 00000013

где: Sзерк - площадь зеркала теплоносителя (поверхности раздела) м2; Sбарб - площадь межфазной поверхности, образуемой пузырьками, м2; νo - постоянная дегазации теплоносителя при отсутствии барботирования, с-1; νбарб - постоянная дегазации теплоносителя при барботировании, с-1.where: S zerk - the area of the coolant mirror (interface) m 2 ; S barb is the area of the interface formed by the bubbles, m 2 ; ν o - constant degassing of the coolant in the absence of sparging, s -1 ; ν barb - constant degassing of the coolant during sparging, s -1 .

В условиях динамического равновесия активность i-го изотопа инертного газа в газовой системе может быть выражена формулойUnder conditions of dynamic equilibrium, the activity of the ith isotope of inert gas in the gas system can be expressed by the formula

Figure 00000014
Figure 00000014

Поскольку при любых условиях νбарбo, то значение A i г с

Figure 00000010
при барботировании будет больше, чем в отсутствие барботирования, если скорость поступления изотопа в теплоноситель q i т н
Figure 00000011
постоянна. Причем, чем меньше период полураспада изотопа, тем заметнее будет увеличение его активности в газовой системе при барботировании теплоносителя. Как показывают расчеты, для реакторов с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем νo имеется величина порядка 10-6 с-1, а νбарб - от 10-6 до 10-4 с-1. Оптимальная для диагностирования величина постоянной распада реперного изотопа λi находится в интервале от 10-5 до 10-4 с-1. Вне этого интервала либо не достигается нужная чувствительность измерений, либо не хватает запаса времени для их проведения.Since under any conditions ν barb > ν o , then the value A i g from
Figure 00000010
when bubbling will be greater than in the absence of bubbling, if the rate of isotope entry into the coolant q i t n
Figure 00000011
constant. Moreover, the shorter the half-life of the isotope, the more noticeable will be an increase in its activity in the gas system during bubbling of the coolant. As calculations show, for reactors with heavy liquid metal coolant ν o there is a value of the order of 10 -6 s -1 , and ν barb - from 10 -6 to 10 -4 s -1 . Optimal for diagnosis, the value of the constant decay of the reference isotope λ i is in the range from 10 -5 to 10 -4 s -1 . Outside of this interval, either the desired measurement sensitivity is not achieved, or there is not enough time to carry them out.

Данному условию удовлетворяет изотоп 41Ar, у которого λ=1,05·10-4 с-1. Он не является продуктом деления и в случае разгерметизации тепловыделяющих элементов рост активности защитного газа произойдет за счет вклада других изотопов, в частности ксенона и криптона, но не 41Ar. Поэтому измерение активности именно 41Ar позволяет избежать ложного вывода о течи парогенератора при разгерметизации тепловыделяющих элементов.This condition is satisfied by the 41 Ar isotope, for which λ = 1.05 · 10 -4 s -1 . It is not a fission product, and in the case of depressurization of fuel elements, the growth of the protective gas activity will occur due to the contribution of other isotopes, in particular xenon and krypton, but not 41 Ar. Therefore, the measurement of activity of exactly 41 Ar allows avoiding a false conclusion about the leakage of the steam generator during depressurization of fuel elements.

Изотоп 41Ar наряду с оптимальным значением постоянной распада и тем, что он не является продуктом деления, характеризуется еще одним необходимым для реализации предложенного способа свойством, которым не обладают другие газообразные продукты активации аргона, а именно наличием ярко выраженной (выше 0,5 МэВ) линии гамма-излучения. Эта особенность позволяет использовать для измерения его активности гамма-спектрометрический метод, который отличается высокой надежностью и чувствительностью и не требует размещения датчиков непосредственно внутри газовой системы первого контура. У изотопа 41Ar энергия гамма-излучения составляет 1,29 МэВ, что позволяет применить обычные промышленные датчики-спектрометры и разместить их с наружной боковой поверхности измерительной емкости. Для повышения надежности измерений и обеспечения ремонтопригодности желательна установка двух или более датчиков. При этом подачу аргона в емкость необходимо проводить после его предварительной очистки от паров и аэрозолей, с тем чтобы они не накапливались в емкости и не создавали паразитного фонового излучения.The 41 Ar isotope, along with the optimal value of the decay constant and the fact that it is not a fission product, is characterized by another property necessary for the implementation of the proposed method that other gaseous products of argon activation do not possess, namely, the presence of a pronounced (above 0.5 MeV) gamma radiation lines. This feature allows you to use the gamma spectrometric method to measure its activity, which is highly reliable and sensitive and does not require the placement of sensors directly inside the gas system of the primary circuit. The gamma radiation energy of the 41 Ar isotope is 1.29 MeV, which allows the use of conventional industrial sensors-spectrometers and place them from the outer side surface of the measuring capacitance. To increase the reliability of measurements and ensure maintainability, the installation of two or more sensors is desirable. At the same time, argon must be supplied to the tank after it has been preliminarily cleared of vapors and aerosols so that they do not accumulate in the tank and do not create spurious background radiation.

При определении расчетного стационарного значения объемной активности 41Ar в измерительной емкости ее следует приводить к нормальным условиям, т.к. при измерениях могут быть различия в давлении и температуре газа в емкости и, следовательно, может изменяться его плотность. Поэтому нормировка (расчетное приведение к нормальным условиям) уменьшает ошибку измерений. В качестве величины порогового превышения приведенной стационарной активности может быть принято значение порядка 10%, соответствующее погрешности измерений. При превышении этой пороговой величины принимается решение о наличии негерметичности парогенератора.When determining the calculated stationary value of the volumetric activity of 41 Ar in the measuring capacity, it should be brought to normal conditions, since during measurements, there may be differences in the pressure and temperature of the gas in the tank and, therefore, its density may vary. Therefore, normalization (calculated reduction to normal conditions) reduces the measurement error. A value of the order of 10% corresponding to the measurement error can be taken as the threshold excess value of the reduced stationary activity. If this threshold value is exceeded, a decision is made on the presence of a leak in the steam generator.

В качестве примера конкретного применения способа можно рассмотреть его реализацию на работающей в стационарном режиме реакторной установке со свинцовым теплоносителем, при постоянном уровне тепловой мощности 600 МВт и постоянном расходе теплоносителя 3,84-104 кг/с. Скорость поступления активности изотопа 41Ar в теплоноситель в данном случае может быть оценена величиной 1,47·107 Бк/с.As an example of a specific application of the method, we can consider its implementation in a stationary reactor operating with a lead coolant, at a constant level of thermal power of 600 MW and a constant coolant flow rate of 3.84-10 4 kg / s. In this case, the rate of 41 Ar isotope activity entering the coolant can be estimated at 1.47 · 10 7 Bq / s.

Объем газовой системы первого контура реакторной установки такого типа достигает 300 м3. Соответствующее указанному режиму работы стационарное значение объемной активности изотопа 41Ar в газовой системе, определенное по формуле (2), равно 5,82·106 Бк/м3. Соответствующая стационарная активность данного изотопа в теплоносителе составляет 1,38·1011 Бк.The volume of the gas system of the primary circuit of a reactor installation of this type reaches 300 m 3 . The stationary value of the volumetric activity of the 41 Ar isotope corresponding to the specified operating mode in the gas system, determined by formula (2), is 5.82 · 10 6 Bq / m 3 . The corresponding stationary activity of this isotope in the coolant is 1.38 · 10 11 Bq.

Площадь зеркала теплоносителя оценивается в 130 м2. При отсутствии барботирования относительная скорость выхода аргона из теплоносителя, определенная с помощью закона Фика и формулы Эйнштейна-Стокса для коэффициентов диффузии в жидкости, составляет 1,34·10-6 с-1.The area of the coolant mirror is estimated at 130 m 2 . In the absence of bubbling, the relative rate of argon exit from the coolant, determined using the Fick law and the Einstein-Stokes formula for the diffusion coefficients in a liquid, is 1.34 · 10 -6 s -1 .

Расчеты показывают, что в результате возникновения негерметичности одной трубки парогенератора в свинцовый теплоноситель будет поступать пароводяная смесь с массовым расходом около 1,16·10-4 кг/с (10 кг/сут), что составляет 5,7·10-10 от расхода парогенератора. В первом контуре возникнет пузырьковый режим двухфазного течения.Calculations show that as a result of leakage in one tube of the steam generator, a steam-water mixture with a mass flow rate of about 1.16 · 10 -4 kg / s (10 kg / day), which is 5.7 · 10 -10 of the flow rate, will enter the lead coolant steam generator. In the first circuit, a bubble mode of two-phase flow will occur.

Соответствующий режиму течения в первом контуре эффективный радиус парового пузырька Rэфф составит 0,5 мм, а время жизни пузырька τ будет примерно равным среднему времени циркуляции теплоносителя по первому контуру tц и будет достигать 250 с, удельный объем пара υ (для средних значений температуры и давления свинца в первом контуре) составит 0,485 м3/кг, а объемный расход течи g - 5,62·10-5 м3/с.The effective radius of the vapor bubble R eff corresponding to the flow regime in the first circuit will be 0.5 mm, and the bubble lifetime τ will be approximately equal to the average circulation time of the coolant along the primary circuit t c and will reach 250 s, the specific vapor volume υ (for average temperature and lead pressure in the primary circuit) will be 0.485 m 3 / kg, and the volumetric flow rate of the leak g - 5.62 · 10 -5 m 3 / s.

Межфазная поверхность пузырей, определенная по формуле (4), равна 83 м2. Относительная скорость дегазации, определяемая по формуле (3), в результате течи парогенератора увеличится до величины 2,17·10-6 с-1.The interfacial surface of the bubbles, determined by the formula (4), is 83 m 2 . The relative degassing rate, determined by the formula (3), as a result of a steam generator leak, will increase to 2.17 · 10 -6 s -1 .

Способ диагностирования негерметичности теплообменной поверхности парогенератора реакторной установки со свинцовым теплоносителем включает следующие операции.A method for diagnosing a leak in a heat exchange surface of a steam generator of a reactor plant with lead coolant includes the following operations.

При работе реакторной установки со свинцовым теплоносителем в указанном выше режиме постоянной мощности некоторое количество защитного газа-аргона подвергают очистке от паров и аэрозолей и затем направляют в измерительную емкость объемом 10 л. Для очистки можно использовать холодные ловушки и фильтры, а контроль активности проводить на штатной системе контроля герметичности оболочек тепловыделяющих элементов, которая оснащена гамма-спектрометрическим оборудованием. При этом два или более спектрометров гамма-излучения, состоящие, например, из германиевого детектора GC-1518 и анализатора типа DSA-1000 фирмы "Canberra", размещают в специальных гнездах на наружной поверхности измерительной емкости.When the reactor installation is operated with lead coolant in the above constant power mode, a certain amount of protective argon gas is cleaned of vapors and aerosols and then sent to a measuring tank of 10 l. Cold traps and filters can be used for cleaning, and activity monitoring should be carried out using a standard system for monitoring the tightness of the shells of fuel elements, which is equipped with gamma-spectrometric equipment. In this case, two or more gamma-ray spectrometers, consisting, for example, of a GC-1518 germanium detector and a Canberra type DSA-1000 analyzer, are placed in special slots on the outer surface of the measuring capacitance.

С периодичностью один час измеряют активность 41Ar в измерительной емкости, при этом время измерения составляет около 600 с. Одновременно измеряют температуру и давление газа в измерительной емкости. В данном случае температура газа принята равной 50°C, давление - 1,05·105 Па.At a frequency of one hour, 41 Ar activity is measured in the measuring vessel, and the measurement time is about 600 s. At the same time, the temperature and pressure of the gas in the measuring vessel are measured. In this case, the gas temperature is taken equal to 50 ° C, pressure - 1.05 · 10 5 PA.

По показаниям спектрометров, датчиков давления и температуры газа в измерительной емкости, зная ее объем, рассчитывают среднее значение объемной активности изотопа 41Ar в измерительной емкости, приведенное к нормальным условиям. Описанную процедуру повторяют до установления стационарного значения объемной активности 41Ar, которое в данном случае составит 6,11·106 Бк/н-м3.According to the readings of spectrometers, pressure sensors and gas temperature in the measuring tank, knowing its volume, calculate the average volumetric activity of the 41 Ar isotope in the measuring tank, reduced to normal conditions. The described procedure is repeated until the stationary value of the volumetric activity of 41 Ar is established, which in this case will be 6.11 · 10 6 Bq / n-m 3 .

Далее с заданной периодичностью продолжают выполнять описанные выше измерения и расчет объемной активности 41Ar, приведенной к нормальным условиям.Then, with the given periodicity, the measurements described above and the calculation of the volumetric activity of 41 Ar reduced to normal conditions are continued.

Получаемые значения объемной активности сравнивают со стационарным значением, принимая во внимание при этом возможную погрешность измерений.The obtained values of volumetric activity are compared with a stationary value, taking into account the possible measurement error.

Предельная относительная ошибка может быть, например, выбрана равной 10%.The limiting relative error can, for example, be chosen equal to 10%.

Ошибка измерений в данном случае составит 6,11·105 Бк/н-м3. Если измеренное значение объемной активности 41Ar превысит 6,72·106 Бк/н-м3, то негерметичность теплообменной поверхности парогенератора (течь парогенератора) считается установленной.The measurement error in this case is 6.11 · 10 5 Bq / n-m 3 . If the measured value of the volumetric activity of 41 Ar exceeds 6.72 · 10 6 Bq / n-m 3 , then the leakage of the heat exchange surface of the steam generator (steam generator leak) is considered established.

Изменение объемной активности изотопа 41Ar в газовой системе в результате возникновения течи парогенератора, рассчитанное по формуле (2), представлено на фигуре. Если указанная течь парогенератора возникла в момент времени, соответствующий на графике трем часам, то при следующем измерении (через час) можно установить факт наличия течи парогенератора. При этом газосодержание в теплоносителе составляет ~1.3·10-5, что подтверждает более высокую чувствительность предлагаемого способа по сравнению с известными, например нейтронно-шумовыми, у которых порог чувствительности соответствует газосодержанию 10-4.The change in the volumetric activity of the 41 Ar isotope in the gas system as a result of the occurrence of a steam generator leak, calculated by the formula (2), is shown in the figure. If the indicated steam generator leak occurred at a time corresponding to three hours on the graph, then the next measurement (after an hour) can establish the fact of the steam generator leak. Moreover, the gas content in the coolant is ~ 1.3 · 10 -5 , which confirms the higher sensitivity of the proposed method in comparison with known, for example, neutron-noise, in which the sensitivity threshold corresponds to a gas content of 10 -4 .

Claims (1)

Способ контроля герметичности теплообменной поверхности парогенератора реакторной установки с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем, в котором проводят измерения, рассчитывают показатель газосодержания в контуре жидкометаллического теплоносителя и по изменению этого показателя, вызванного барботированием теплоносителя пароводяной смесью, диагностируют потерю герметичности, отличающийся тем, что при стационарной работе реакторной установки, в которой используют аргон для компенсации расширения теплоносителя, аргон очищают от паров и аэрозолей, прокачивают через измерительную емкость, в которой проводят измерения его температуры и давления, а также спектрометрические измерения активности его компонента 41Ar, рассчитывают приведенную к нормальным условиям объемную активность 41Ar, выбранную в качестве показателя газосодержания, определяют ее стационарную величину, а потерю герметичности теплообменной поверхности парогенератора диагностируют по превышению приведенной активности 41Ar ее стационарного значения. A method for monitoring the tightness of the heat exchange surface of a steam generator of a reactor plant with a heavy liquid metal coolant, in which measurements are made, the gas content in the liquid metal coolant circuit is calculated, and a change in this indicator caused by bubbling of the coolant with a steam-water mixture is used to diagnose leakage, characterized in that during stationary operation of the reactor installation in which argon is used to compensate for the expansion of the coolant, argon is cleaned from vapors and aerosols, they are pumped through a measuring vessel, in which its temperature and pressure are measured, as well as spectrometric measurements of the activity of its component 41 Ar, the volumetric activity 41 Ar reduced to normal conditions, selected as an indicator of gas content, is calculated, its stationary value is determined, and the loss of tightness of the heat exchange surface of the steam generator is diagnosed by exceeding the reduced activity 41 Ar of its stationary value.
RU2013157149/07A 2013-12-23 2013-12-23 Method of tightness monitoring at heat exchange surface of steam generator of reactor plant with heavy liquid metal heat carrier RU2547447C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013157149/07A RU2547447C1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Method of tightness monitoring at heat exchange surface of steam generator of reactor plant with heavy liquid metal heat carrier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013157149/07A RU2547447C1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Method of tightness monitoring at heat exchange surface of steam generator of reactor plant with heavy liquid metal heat carrier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2547447C1 true RU2547447C1 (en) 2015-04-10

Family

ID=53296348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013157149/07A RU2547447C1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Method of tightness monitoring at heat exchange surface of steam generator of reactor plant with heavy liquid metal heat carrier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2547447C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4144741A (en) * 1977-03-28 1979-03-20 Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu-Jigyodan Void detecting device
US4852392A (en) * 1988-08-12 1989-08-01 Evans Robert G High pressure drum testing apparatus and method
RU2191437C1 (en) * 2001-07-04 2002-10-20 Государственное предприятие Научно-исследовательский технологический институт им. А.П.Александрова Leak inspection method for steam generator of nuclear power plant
RU2426111C1 (en) * 2010-02-02 2011-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Device for control of gas in liquid metal heat carrier

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4144741A (en) * 1977-03-28 1979-03-20 Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu-Jigyodan Void detecting device
US4852392A (en) * 1988-08-12 1989-08-01 Evans Robert G High pressure drum testing apparatus and method
RU2191437C1 (en) * 2001-07-04 2002-10-20 Государственное предприятие Научно-исследовательский технологический институт им. А.П.Александрова Leak inspection method for steam generator of nuclear power plant
RU2426111C1 (en) * 2010-02-02 2011-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Device for control of gas in liquid metal heat carrier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6400685B2 (en) Boron dilution monitoring method when the reactor is shut down
RU2547447C1 (en) Method of tightness monitoring at heat exchange surface of steam generator of reactor plant with heavy liquid metal heat carrier
Takeda Helium leak detection methods using temperatures of a canister bottom and air at an inlet
Hugo et al. Predicting evaporation rates from spent nuclear fuel storage pools
JP2017049012A (en) Nuclear reactor instrumentation system and nuclear reactor
Dragunova et al. Features of methods for monitoring the fuel cladding tightness in lead-cooled fast breeder reactors
Bibilashvili et al. High-temperature interaction of fuel rod cladding material (Zr1% Nb Alloy) with oxygen-containing mediums
KR101523194B1 (en) spent fuel pool subcritical monitoring system and using spent fuel spontaneous neutron source
Sanchez Construction and operation of an in-pile loop for PWR dose reduction experiments
Turner et al. Hideout, hideout return and crevice chemistry in nuclear steam generators
Ashley et al. SRE fuel element damage
Sedda et al. Efficiency Calibration of NaI (tl) Detector for 16n by Point Source and Dynamic Isotopic Flow System Generated in a Nuclear Reactor
Holmes et al. Sodium technology at EBR-II
Daniel Sr Investigation of Releases From Santa Susana Sodium Reactor Experiment
JP2708238B2 (en) Damaged fuel position detector
Aleksandrov et al. lnvestigation of β-Emission Methods of Monitoring Coolant Water Level in Nuclear Power Plants
Bredikhin et al. Monitoring of interloop density of a propulsion nuclear power system cooled by pressurized water
RU67320U1 (en) INSTALLATION FOR THERMAL TESTS OF IRRADIATED HEAT FUEL ELEMENTS OF NUCLEAR REACTORS
Blanc et al. Fuel bundle examination techniques for the Phebus Fission Product test
Untermyer METHOD AND MEANS FOR MONITORING THE POWER DISTRIBUTION THROUGHOUT A NUCLEAR CHAIN REACTOR
Bibilashvili et al. Methods of performing the power ramping experiments with WWER fuel rods at different burnups
Fuketa et al. NSSR experiment with 50 MWd/kgU PWR fuel under an RIA condition
Champion et al. VICNIS, a new safety-related radiation monitoring channel for checking vessel boundary integrity
Kittel et al. Hydrogen measurement as an aid to explaining processes in the water--steam circuit
Ducros et al. The fission product and actinide release at high temperature in PWR fuel rods: The VERCORS safety programme