WO2015072886A1 - Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, система для контроля термодинамической активности кислорода в таких реакторах и способ контроля термодинамической активности кислорода - Google Patents

Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, система для контроля термодинамической активности кислорода в таких реакторах и способ контроля термодинамической активности кислорода Download PDF

Info

Publication number
WO2015072886A1
WO2015072886A1 PCT/RU2014/000331 RU2014000331W WO2015072886A1 WO 2015072886 A1 WO2015072886 A1 WO 2015072886A1 RU 2014000331 W RU2014000331 W RU 2014000331W WO 2015072886 A1 WO2015072886 A1 WO 2015072886A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oxygen
thermodynamic activity
coolant
liquid metal
reactor
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000331
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Радомир Шамильевич АСХАДУЛЛИН
Константин Дмитриевич ИВАНОВ
Петр Никифорович МАРТЫНОВ
Алексей Николаевич СТОРОЖЕНКО
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг"
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 Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг"
Priority to EA201600210A priority Critical patent/EA028971B1/ru
Priority to UAA201602295A priority patent/UA116668C2/ru
Priority to EP14861603.0A priority patent/EP3070717B1/en
Priority to US15/021,697 priority patent/US20160247587A1/en
Priority to JP2016553201A priority patent/JP6343021B2/ja
Priority to CN201480050894.3A priority patent/CN105556614B/zh
Priority to BR112016005686-8A priority patent/BR112016005686B1/pt
Priority to KR1020167007245A priority patent/KR101797093B1/ko
Priority to CA2927569A priority patent/CA2927569C/en
Publication of WO2015072886A1 publication Critical patent/WO2015072886A1/ru
Priority to ZA2016/01807A priority patent/ZA201601807B/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/02—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator
    • G21C17/022—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator for monitoring liquid coolants or moderators
    • G21C17/025—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator for monitoring liquid coolants or moderators for monitoring liquid metal coolants
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/24—Promoting flow of the coolant
    • G21C15/243—Promoting flow of the coolant for liquids
    • G21C15/247—Promoting flow of the coolant for liquids for liquid metals
    • 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
    • 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

Definitions

  • a nuclear reactor with a liquid metal coolant a system for monitoring the thermodynamic activity of oxygen in such reactors, and a method for controlling the thermodynamic activity of oxygen
  • the invention relates to nuclear energy, and can be used in power plants with liquid metal lead-containing coolants, in particular, fast neutron reactors, in the 1st circuit of which use heavy liquid metal coolants (TZHMT) - eutectic alloy 44.5% Pb-55 5% Bi and lead, respectively.
  • liquid metal lead-containing coolants in particular, fast neutron reactors
  • TZHMT heavy liquid metal coolants
  • a feature of TZHMT is their rather high corrosion activity with respect to structural materials.
  • the main method of protecting structural materials in contact with HLMT is oxygen passivation (inhibition) of surfaces, which consists in the formation and maintenance of oxide films on the surfaces of the material.
  • a nuclear power plant including a nuclear reactor with a liquid metal coolant, the casing of which has an active zone located below the level of the coolant, steam generators, circulation pumps and a system for monitoring the state of the liquid metal coolant, which is carried out by continuous measurements of the thermodynamic activity of oxygen using one control element immersed in coolant and connected to the measuring unit.
  • thermodynamic activity of oxygen in the coolant it is necessary to maintain the thermodynamic activity of oxygen in the coolant at a certain level, and, therefore, ensure reliable and reliable control of this parameter.
  • the usual practice for obtaining operational information on the dependence of the thermodynamic activity of oxygen on temperature is to change the operating mode of the entire nuclear installation (change in its power, coolant flow rate), which is extremely undesirable.
  • the technical task of the present invention is to provide reliable control over the state of the set values of the thermodynamic activity of oxygen in the liquid metal coolant and maintaining them under any operating conditions of a nuclear installation.
  • the technical result of the invention is to increase the reliability of the reactor by providing the possibility of obtaining constant and reliable information about the physicochemical processes taking place in the liquid metal coolant in the flow part of the reactor.
  • the above result is achieved by creating a nuclear reactor with a liquid metal coolant, including a housing with an active zone located below the level of the coolant, steam generators, circulation pumps and a system for monitoring the state of the liquid metal coolant containing a control element located in the reactor connected to the measuring unit, while the control element of the system represents a thermodynamic sensors located in the central and peripheral parts of the reactor vessel ciency oxygen sensing elements are located in a layer of liquid metal coolant and the additional thermodynamic oxygen activity sensor disposed above the level of liquid metal coolant and arranged to periodically immersing it in a coolant.
  • the number of sensors for the thermodynamic activity of oxygen can be different; an increase in their number increases the accuracy of measurements.
  • their installation is associated with a violation of the integrity of the reactor vessel, therefore, it is preferable that the number of sensors of the thermodynamic activity of oxygen, the sensitive elements of which are in the layer of liquid metal coolant, is at least two. At the same time, one of them is located in the “hot” central part of the reactor vessel in the zone of coolant exit from the core, and the second one is in the peripheral “cold” part of the vessel.
  • thermodynamic activity sensor located above the coolant level works periodically, it is equipped with the mechanism of its vertical movement for the necessary immersion of the sensitive element of this sensor in the coolant layer.
  • an additional oxygen thermodynamic activity sensor is located above the coolant level in the central part of the reactor vessel.
  • solid electrolyte sensors are used as sensors for the thermodynamic activity of oxygen.
  • the technical result of the invention is also achieved by creating a system for monitoring the state of the liquid metal coolant in nuclear reactors, including a control element located in the reactor connected to the measuring unit, the control element being made in the form of permanently acting oxygen thermodynamic activity sensors placed in the central and peripheral parts of the reactor vessel, sensitive elements which are in the layer of liquid metal coolant, and additionally - Occupancy thermodynamic oxygen activity disposed above the level of liquid metal coolant and mounted for intermittent immersion into the coolant.
  • the number of sensors of the thermodynamic activity of oxygen, the sensitive elements of which are in the layer of liquid metal coolant is at least two.
  • the additional oxygen thermodynamic activity sensor located above the coolant level is equipped with a vertical displacement mechanism.
  • the additional oxygen thermodynamic activity sensor is located above the coolant level in the central part of the reactor vessel.
  • solid electrolyte sensors are used as sensors for the thermodynamic activity of oxygen.
  • the sensors must work reliably in the conditions of aggressive action of the Pb or Pb-Bi melt at temperatures of 350-650 ° C, pressures up to 1.5 MPa, thermal shock up to 100 ° C / s and coolant speeds up to 1.0 m / s.
  • the oxygen thermodynamic activity sensors used in the invention operate on the basis of the electrochemical method using a galvanic concentration element based on solid oxide electrolyte.
  • Such sensors are known, and are used to determine the oxygen content in various substances in the energy sector, the chemical industry and the automotive industry - to control oxygen in gases; in metallurgy and semiconductor technology - in molten metals.
  • the applicant also protects the method for monitoring the thermodynamic activity of oxygen in a nuclear reactor with a liquid metal coolant according to claim 1, carried out by measuring the thermodynamic activity of oxygen in the coolant and transmitting readings to the measuring unit, while constantly measuring in the central "hot” and peripheral “cold” parts the reactor vessel and additionally periodically measure the thermodynamic activity of oxygen in the central "hot” part of the reactor.
  • thermodynamic activity of oxygen in the central part of the reactor is carried out 1-2 times a month.
  • FIG. 1 shows a nuclear reactor with a system for monitoring the thermodynamic activity of oxygen in a liquid metal coolant
  • FIG. 2 is a graph of the readings of the sensors of the thermodynamic activity of oxygen (DAK) on the temperature of the lead-bismuth coolant in the BM-40A and OK-550 installations.
  • DAK thermodynamic activity of oxygen
  • a nuclear reactor with a liquid metal coolant has a housing 1 with an active zone 2 located below the coolant level, above which a protective plug 3 with a channel 4 for accommodating the sensor is located.
  • Steam generators 5 and circulation pumps 6 are also located in the reactor housing 1; in its upper part is shielding gas.
  • the system for monitoring the thermodynamic activity of oxygen in the coolant contains a permanent sensor of thermodynamic activity of oxygen 7, which is equipped with a sensing element 8 located in the layer of liquid metal coolant in the central "hot" part of the reactor vessel 1 in the channel 4 of the protective plug 3. Sensor 7 is connected to a single measuring block (not shown).
  • the sensor of the thermodynamic activity of oxygen 9 of the control system has a sensitive element 10, which is located in the layer of liquid metal coolant in the peripheral "cold" part of the reactor vessel 1.
  • the sensor 9 is connected to a single measuring unit (not shown in the drawing).
  • An additional oxygen thermodynamic activity sensor 1 1 of the control system is located above the level of the liquid metal coolant and is mounted with the possibility of periodically moving its sensing element 12 to the coolant level using the vertical movement mechanism 13, which can be performed in any way suitable for this purpose.
  • the sensor 1 1 is also connected to a single measuring unit (not shown in the drawing).
  • the frequency of measurements of the thermodynamic activity of oxygen by an additional sensor 1 1 is determined experimentally in each case, and is on average once or twice a month.
  • a nuclear reactor with a system for monitoring the thermodynamic activity of oxygen works, and the control method is carried out as follows:
  • thermodynamic activity of oxygen 7 and 9 determine the numerical values of the thermodynamic activity of oxygen in the "hot” and “cold” zones of the vessel 1 of the reactor. Measurement indicators are transferred to a single measuring unit. Then, the temperature dependence of the thermodynamic activity of oxygen is determined, and it is compared with tabulated values, which allows us to conclude that the state of the liquid metal coolant in the reactor, for example, the presence of impurities formed in the coolant as a result of its interaction with structural steels.
  • the concentration of oxygen dissolved in the coolant is maintained by dissolving the oxides of the coolant components in it, which are previously introduced into the circuit, or form them by crystallization from the coolant and accumulation on the filter.
  • thermodynamic activity of oxygen in the coolant should be in a range that ensures, in all sections of the non-isothermal circuit, on the one hand, the safety of oxide passivation films on the surfaces of structural materials, i.e. their corrosion resistance, on the other hand. lack of formation of slag deposits on the inner surfaces of the elements of the reactor loop.
  • the oxygen dissolved in the coolant is continuously consumed to bind components of structural materials (iron, chromium) that diffuse into the melt volume and have a greater chemical affinity for oxygen than the coolant components.
  • the measurements are carried out with an oxygen thermodynamic activity sensor 1 1 (having a monitoring and backup function). Measurements are carried out periodically, for example, 1-2 times a month, in order to compare them with the readings of sensors 7 and 9 or to be able to measure the thermodynamic activity of oxygen when they fail.
  • Using the present invention allows to increase the service life of the steel circulation loop of a nuclear reactor with a liquid metal coolant, to prevent the formation of slag deposits and to increase the efficiency of the filtering devices used in the circuits.
  • FIG. 2 is a graph of the dependence of the readings of sensors of thermodynamic activity of oxygen (DAK) on the temperature of lead-bismuth coolant, which illustrates the description of the invention specific changes in the readings of the sensors of the thermodynamic activity of oxygen in lead-bismuth circulation circuits of various nuclear facilities.
  • DAK thermodynamic activity of oxygen

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к ядерной энергетике, и может быть использовано в энергетических установках с жидкометаллическими свинецсодержащими теплоносителями, в частности, в реакторах на быстрых нейтронах. Предложенный ядерный реактор, способ и система для контроля термодинамической активности кислорода в теплоносителе с постоянно работающими датчиками термодинамической активности кислорода, расположенными в «горячей» и «холодной» зонах корпуса реактора и дополнительный периодически работающий датчик позволяют осуществлять постоянный контроль за поддержанием заданных значений термодинамической активности кислорода в жидкометаллическом теплоносителе при любых предусмотренных эксплуатацией режимах.

Description

Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, система для контроля термодинамической активности кислорода в таких реакторах и способ контроля термодинамической активности кислорода Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к ядерной энергетике, и может быть использовано в энергетических установках с жидкометаллическими свинецсодержащими теплоносителями, в частности, в реакторах на быстрых нейтронах, в 1-м контуре которых используют тяжелые жидкометаллические теплоносители (ТЖМТ) - эвтектический сплав 44,5%Pb-55,5%Bi и свинец, соответственно.
Особенностью ТЖМТ является их достаточно высокая коррозионная активность по отношению к конструкционным материалам.
В связи с этим, главными задачами технологии свинецсодержащих жидкометаллических теплоносителей, возникающими при их использовании, являются:
- обеспечение коррозионной стойкости конструкционных материалов, используемых в контакте со свинецсодержащим жидкометаллическим теплоносителем;
- обеспечение необходимой чистоты, как самого теплоносителя, так и внутренних поверхностей оборудования циркуляционного контура, (во избежание зашлаковки отдельных участков установки.
При этом, на коррозионное поведение поверхностей оборудования и трубопроводов, работающих в контакте с ТЖМТ, существенное влияние оказывает концентрация растворенного в ТЖМТ кислорода.
В связи с меньшим сродством к кислороду свинца и висмута, чем железа и хрома, на поверхностях сталей, контактирующих с расплавами свинца или свинца-висмута, содержащими растворенный кислород, формируются достаточно тонкие (1-10 мкм), хорошо сцепленные с основой, плотные оксидные пленки. При наличии таких пленок коррозионная стойкость конструкционных материалов значительно возрастает.
Поэтому, в настоящее время основным методом защиты конструкционных материалов, контактирующих с ТЖМТ, является кислородная пассивация (ингибирование) поверхностей, которая заключается в формировании и поддержании на поверхностях материала оксидных пленок.
В силу оксидной природы пленок их состояние в процессе эксплуатации установки в значительной степени определяется уровнем термодинамической активности кислорода в теплоносителе. При снижении концентрации растворенного кислорода в теплоносителе (свинец- висмут, свинец) ниже критического значения не обеспечивается надежная антикоррозионная защита конструкционных сталей.
С другой стороны, присутствие в теплоносителе значительного количества кислорода нежелательно, т.к. это может привести к накоплению недопустимого количества твердофазных оксидов в теплоносителе.
Все это требует постоянного контроля за поддержанием заданных значений термодинамической активности кислорода в теплоносителе при любых предусмотренных эксплуатацией режимах.
Предшествующий уровень техники
Известна ядерная энергетическая установка, включающая ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, корпус которого имеет размещенную под уровнем теплоносителя активную зону, парогенераторы, циркуляционные насосы и систему контроля за состоянием жидкометаллического теплоносителя, который осуществляют путем постоянных замеров термодинамической активности кислорода с помощью одного контролирующего элемента, погруженного в теплоноситель и подсоединенного к измерительному блоку. [Мартынов П.Н., Асхадуллин Р.Ш., Симаков А.А. и др. «Создание автоматизированной системы контроля прогнозирования и управления состоянием свинцово-висмутового (свинцового) теплоносителя и поверхностей контура ядерных энергетических установок», Сб. трудов третьей межотраслевой научно-практической конференции «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях». Обнинск. 15-1 сентября 2008 г. В 2-х томах. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2010. - Т. 1. - Стр. 128-136])
Однако, полученные данные не всегда объективны, поскольку не дают знания истинных значений термодинамической активности кислорода в разных частях контура и при различных технологических режимах, что ведет к шлакообразованию и кристаллизации оксидных фаз в «холодных» частях контура ядерной установки, и к разрушению защитных оксидных покрытий на внутренних поверхностях конструкционных материалов на ее «горячих» участках.
Поэтому, для осуществления надёжной и безопасной эксплуатации ядерных установок с циркулирующим жидкометаллическим теплоносителем необходимо поддерживать термодинамическую активность кислорода в теплоносителе на определённом уровне, а, следовательно, обеспечить надёжный и достоверный контроль этого параметра. Кроме того, обычной практикой для получения оперативной информации о зависимости термодинамической активности кислорода от температуры является изменение режима работы всей ядерной установки (изменение ее мощности, расхода теплоносителя), что крайне нежелательно.
Раскрытие изобретения
Технической задачей настоящего изобретения является обеспечение надежного контроля за состоянием заданных значений термодинамической активности кислорода в жидкометаллическом теплоносителе и поддержание их при любых предусмотренных эксплуатацией режимах ядерной установки.
Технический результат изобретения - повышение надежности работы реактора за счет обеспечения возможности получения постоянной и достоверной информации о физико-химических процессах, протекающих в жидкометаллическом теплоносителе в проточной части реактора.
Вышеуказанный результат достигается созданием ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем, включающего корпус с размещенной под уровнем теплоносителя активной зоной, парогенераторы, циркуляционные насосы и систему контроля за состоянием жидкометаллического теплоносителя, содержащую размещенный в реакторе контролирующий элемент, подсоединенный к измерительному блоку, при этом контролирующий элемент системы представляет собой размещенные в центральной и периферийной частях корпуса реактора датчики термодинамической активности кислорода, чувствительные элементы которых находятся в слое жидкометаллического теплоносителя, и дополнительный датчик термодинамической активности кислорода, размещенный над уровнем жидкометаллического теплоносителя и установленный с возможностью периодического погружения его в теплоноситель.
Количество датчиков термодинамической активности кислорода может быть различно; увеличение их количества повышает точность измерений. Однако, их установка связана с нарушением целостности корпуса реактора, поэтому, предпочтительно, что количество датчиков термодинамической активности кислорода, чувствительные элементы которых находятся в слое жидкометаллического теплоносителя, составляет не менее двух. При этом, один из них находится в «горячей» центральной части корпуса реактора в зоне выхода теплоносителя из активной зоны, а второй - в периферийной «холодной» части корпуса.
Поскольку дополнительный датчик термодинамической активности кислорода, размещенный над уровнем теплоносителя, работает периодически, он снабжен механизмом его вертикального перемещения для необходимого погружения чувствительного элемента этого датчика в слой теплоносителя.
Предпочтительно, что дополнительный датчик термодинамической активности кислорода размещен над уровнем теплоносителя в центральной части корпуса реактора.
Предпочтительно, что в качестве датчиков термодинамической активности кислорода используют датчики на твёрдых электролитах.
Технический результат изобретения достигается также созданием системы контроля за состоянием жидкометаллического теплоносителя в ядерных реакторах, включающей размещенный в реакторе контролирующий элемент, подсоединенный к измерительному блоку, при этом контролирующий элемент выполнен в виде размещенных в центральной и периферийной частях корпуса реактора постоянно действующих датчиков термодинамической активности кислорода, чувствительные элементы которых находятся в слое жидкометаллического теплоносителя, и дополнительно - датчика термодинамической активности кислорода, размещенного над уровнем жидкометаллического теплоносителя и установленного с возможностью периодического погружения в теплоноситель.
Предпочтительно при этом, что количество датчиков термодинамической активности кислорода, чувствительные элементы которых находятся в слое жидкометаллического теплоносителя, составляет не менее двух.
Предпочтительно при этом, что дополнительный датчик термодинамической активности кислорода, размещенный над уровнем теплоносителя, снабжен механизмом вертикального перемещения.
Предпочтительно также, что дополнительный датчик термодинамической активности кислорода размещен над уровнем теплоносителя в центральной части корпуса реактора.
Предпочтительно, что в качестве датчиков термодинамической активности кислорода используют датчики на твёрдых электролитах.
При этом, датчики должны надёжно работать в условиях агрессивного воздействия расплава РЬ или Pb-Bi при температурах 350-650 °С, давлениях до 1,5 МПа, термоударах до 100 °С/сек и скоростях теплоносителя до 1 ,0 м/сек.
Поэтому, использованные в изобретении датчики термодинамической активности кислорода работают на основе электрохимического метода с использованием гальванического концентрационного элемента на основе твердого оксидного электролита. Подобные датчики известны, и применяются для определения содержания кислорода в различных веществах в энергетике, химической промышленности и автомобилестроении - для контроля кислорода в газах; в металлургии и полупроводниковой технике - в расплавах металлов.
Заявитель защищает также способ контроля термодинамической активности кислорода в ядерном реакторе с жидкометаллическим теплоносителем по п.1 , осуществляемый путем измерения термодинамической активности кислорода в теплоносителе и передаче показаний на измерительный блок, при этом постоянно осуществляют измерения в центральной «горячей» и периферийной «холодной» частях корпуса реактора и дополнительно периодически осуществляют измерения термодинамической активности кислорода в центральной «горячей» части реактора.
Дополнительные измерения термодинамической активности кислорода в центральной части реактора осуществляют 1 -2 раза в месяц.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фиг. 1 показан ядерный реактор с системой контроля термодинамической активности кислорода в жидкометаллическом теплоносителе, а на Фиг. 2 - график зависимости показаний датчиков термодинамической активности кислорода (ДАК) от температуры свинцово- висмутового теплоносителя в установках БМ-40А и ОК-550.
Осуществление изобретения
Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем имеет корпус 1 с расположенной под уровнем теплоносителя активной зоной 2, над которой расположена защитная пробка 3 с каналом 4 для размещения датчика, В корпусе 1 реактора расположены также парогенераторы 5 и циркуляционные насосы 6; в верхней его части находится защитный газ.
Система для контроля термодинамической активности кислорода в теплоносителе содержит постоянно действующий датчик термодинамической активности кислорода 7, который снабжен чувствительным элементом 8, размещенным в слое жидкометаллического теплоносителя в центральной «горячей» части корпуса 1 реактора в канале 4 защитной пробки 3. Датчик 7 подключен к единому измерительному блоку (на чертеже не показан).
Датчик термодинамической активности кислорода 9 системы контроля имеет чувствительный элемент 10, который размещен в слое жидкометаллического теплоносителя в периферийной «холодной» части корпуса 1 реактора. Датчик 9 подключен к единому измерительному блоку (на чертеже не показан). Дополнительный датчик термодинамической активности кислорода 1 1 системы контроля размещен над уровнем жидкометаллического теплоносителя и установлен с возможностью периодического перемещения его чувствительного элемента 12 под уровень теплоносителя с помощью механизма вертикального перемещения 13, который может быть выполнен любым подходящим для этой цели образом. Датчик 1 1 также подключен к единому измерительному блоку (на чертеже не показан).
Периодичность измерений термодинамической активности кислорода дополнительным датчиком 1 1 определяется в каждом конкретном случае экспериментально, и составляет в среднем один - два раза в месяц.
Ядерный реактор с системой контроля термодинамической активности кислорода работает, а способ контроля - осуществляют, следующим образом:
Нагретый в активной зоне 3 расплавленный теплоноситель под напором насосов 6 поступает к парогенераторам 5, отдавая тепловую энергию быстрой активной зоны водяному пару. В процессе эксплуатации реактора с помощью датчиков термодинамической активности кислорода 7 и 9 определяют численные значения термодинамической активности кислорода в «горячей» и «холодной» зонах корпуса 1 реактора. Показатели измерений передаются в единый измерительный блок. Затем определяют температурную зависимость термодинамической активности кислорода, и сравнивают ее с табулированными значениями, что позволяет сделать вывод о состоянии жидкометаллического теплоносителя в реакторе, например, о наличии образовавшихся примесей в теплоносителе в результате его взаимодействия с конструкционными сталями.
При отклонении замеренных показателей от заданных концентрацию растворенного в теплоносителе кислорода поддерживают путем растворения в нем оксидов компонентов теплоносителя, которые предварительно вводят в контур, либо формируют их путем выкристаллизации из теплоносителя и накапливания на фильтре.
Таким образом осуществляют постоянный контроль за поддержанием заданных значений термодинамической активности кислорода в теплоносителе при любых предусмотренных эксплуатацией режимах.
Как уже отмечалось, в процессе эксплуатации установки значение величины термодинамической активности кислорода в теплоносителе должно находиться в диапазоне, обеспечивающем во всех участках неизотермического контура, с одной стороны, сохранность оксидных пассивационных пленок на поверхностях конструкционных материалов, т.е. их коррозионную стойкость, а с другой стороны. отсутствие образования шлаковых отложений на внутренних поверхностях элементов контура реактора.
При длительной эксплуатации ядерных реакторов с циркуляционным контуром с жидкометаллическим теплоносителем растворенный в теплоносителе кислород непрерывно потребляется на связывание диффундирующих в объем расплава примесей компонентов конструкционных материалов (железо, хром) имеющих большее, чем компоненты теплоносителя, химическое сродство к кислороду.
Это может привести к снижению уровня концентрации растворенного кислорода до значений, при которых начинают разрушаться защитные оксидные покрытия, что означает резкое усиление коррозии. Поэтому одним из важнейших параметров, характеризующих качество эксплуатации циркуляционных контуров с жидкометаллическими теплоносителями на основе свинца, является термодинамическая активность растворенного в расплаве кислорода, которую необходимо контролировать постоянно.
В соответствии с настоящим изобретением в случае нарушения работы постоянных датчиков или возникновении подозрений об их неисправности измерения осуществляют датчиком термодинамической активности кислорода 1 1 (имеющим контролирующую и резервную функции). Измерения осуществляют периодически, например, 1 -2 раза в месяц, для того чтобы сравнить их с показаниями датчиков 7 и 9 или иметь возможность осуществить замеры термодинамической активности кислорода при выходе их из строя.
Таким образом, повышается надежность работы ядерного реактора и достоверность получаемой информации о физико-химических процессах в его проточной части. Размещение постоянно работающих датчиков термодинамической активности кислорода в «горячей» и «холодной» частях корпуса реактора и наличие дополнительного периодически работающего датчика термодинамической активности кислорода кроме того позволяет получать оперативную информацию без обычного в практике изменения режима работы реактора.
Использование настоящего изобретения позволяет увеличить срок службы стального циркуляционного контура ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем, исключить формирование шлаковых отложений и повысить эффективность работы применяемых в контурах фильтрующих устройств.
Представленный на Фиг. 2 - график зависимости показаний датчиков термодинамической активности кислорода (ДАК) от температуры свинцово-висмутового теплоносителя демонстрирует в качестве иллюстрации к описанию изобретения конкретные изменения показаний датчиков термодинам ической активности кислорода в свинцово-висмутовых циркуляционных контурах различных ядерных установок.

Claims

Формула изобретения.
1. Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, включающий корпус с размещенной под уровнем теплоносителя активной зоной, парогенераторы, циркуляционные насосы и систему контроля за состоянием жидкометаллического теплоносителя, содержащую размещенный в реакторе контролирующий элемент, подсоединенный к измерительному блоку, отличающийся тем, что контролирующий элемент системы представляет собой размещенные в центральной и периферийной частях корпуса реактора датчики термодинамической активности кислорода, чувствительные элементы которых находятся в слое жидкометаллического теплоносителя, и дополнительный датчик термодинамической активности кислорода, размещенный над уровнем жидкометаллического теплоносителя и установленный с возможностью периодического погружения его в теплоноситель.
2. Реактор по п. 1 , отличающийся тем, что количество датчиков термодинамической активности кислорода, чувствительные элементы которых находятся в слое жидкометаллического теплоносител , составляет не менее двух.
3. Реактор по п. 1 , отличающийся тем, что дополнительный датчик термодинамической активности кислорода, размещенный над уровнем теплоносителя, снабжен механизмом вертикального перемещения.
4. Реактор по п. 1 , отличающийся тем, что дополнительный датчик термодинамической активности кислорода размещен в центральной части корпуса реактора.
5. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве датчиков термодинамической активности кислорода используют датчики на твёрдых электролитах.
6. Система контроля за состоянием жидкометаллического теплоносителя в ядерных реакторах, включающая размещенный в реакторе контролирующий элемент, подсоединенный к измерительному блоку, отличающаяся тем, что контролирующий элемент представляет собой размещенные в центральной и периферийной частях корпуса реактора датчики термодинамической активности кислорода, чувствительные элементы которых находятся в слое жидкометаллического теплоносителя, и дополнительный датчик термодинамической активности кислорода, размещенный над уровнем жидкометаллического теплоносителя и установленный с возможностью периодического погружения в теплоноситель.
7. Система по п. 1 , отличающаяся тем, что количество датчиков термодинамической активности кислорода, чувствительные элементы которых находятся в слое жидкометаллического теплоносителя, составляет не менее двух.
8. Система по п. 1 , отличающаяся тем, что дополнительный датчик термодинамической активности кислорода, размещенный над уровнем теплоносителя, снабжен механизмом вертикального перемещения.
9. Система по п. 1 , отличающаяся тем, что дополнительный датчик термодинамической активности кислорода размещен в центральной части корпуса реактора.
10. Система по п. 1 , отличающаяся тем, что в качестве датчиков термодинамической активности кислорода используют датчики на твёрдых электролитах.
1 1. Способ контроля термодинамической активности кислорода в ядерном реакторе с жидкометаллическим теплоносителем по п.1, осуществляемый путем измерения термодинамической активности кислорода в теплоносителе и передаче показаний на измерительный блок, характеризующийся тем, что постоянно осуществляют измерения в центральной «горячей» и периферийной «холодной» частях корпуса реактора и дополнительно периодически осуществляют измерения термодинамической активности кислорода в центральной «горячей» части реактора.
12. Способ контроля по п. 1 1 , отличающийся тем, что дополнительные измерения термодинамической активности кислорода в центральной части реактора осуществляют 1 -
2 раза в месяц.
PCT/RU2014/000331 2013-11-12 2014-05-08 Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, система для контроля термодинамической активности кислорода в таких реакторах и способ контроля термодинамической активности кислорода WO2015072886A1 (ru)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201600210A EA028971B1 (ru) 2013-11-12 2014-05-08 Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, система для контроля термодинамической активности кислорода в таких реакторах и способ контроля термодинамической активности кислорода
UAA201602295A UA116668C2 (ru) 2013-11-12 2014-05-08 Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, система для контроля термодинамической активности кислорода в таких реакторах и способ контроля термодинамической активности кислорода
EP14861603.0A EP3070717B1 (en) 2013-11-12 2014-05-08 Liquid metal cooled nuclear reactor and method for monitoring oxygen thermodynamic activity
US15/021,697 US20160247587A1 (en) 2013-11-12 2014-05-08 Liquid metal cooled nuclear reactor, system for monitoring oxygen thermodynamic activity in such reactors and method of monitoring oxygen thermodynamic activity
JP2016553201A JP6343021B2 (ja) 2013-11-12 2014-05-08 液体金属冷却原子炉、そのような原子炉内の酸素熱力学的活性を監視するシステム、及び酸素熱力学的活性を監視する方法
CN201480050894.3A CN105556614B (zh) 2013-11-12 2014-05-08 一种液态金属冷却核反应堆，该反应堆中的氧气热力学活度的监测系统及氧气热力学活度的监测方法
BR112016005686-8A BR112016005686B1 (pt) 2013-11-12 2014-05-08 Reator nuclear resfriado por metal líquido, sistema para monitorar a atividade termodinâmica de oxigênio em tais reatores e método para monitoramento de atividade termodinâmico de oxigênio
KR1020167007245A KR101797093B1 (ko) 2013-11-12 2014-05-08 액체 금속 냉각 원자로, 그러한 원자로에서 산소의 열역학적 활성을 모니터링하기 위한 시스템, 및 산소의 열역학적 활성을 모니터링하는 방법
CA2927569A CA2927569C (en) 2013-11-12 2014-05-08 Liquid metal cooled nuclear reactor, system for monitoring oxygen thermodynamic activity in such reactors and method of monitoring oxygen thermodynamic activity
ZA2016/01807A ZA201601807B (en) 2013-11-12 2016-03-15 Liquid metal cooled nuclear reactor,system for monitoring oxygen thermodynamic activitiy in such reactors and method for monitoring oxygen thermodynamic activity

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013150258 2013-11-12
RU2013150258/07A RU2545517C1 (ru) 2013-11-12 2013-11-12 Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, система для контроля термодинамической активности кислорода в таких реакторах и способ контроля термодинамической активности кислорода

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015072886A1 true WO2015072886A1 (ru) 2015-05-21

Family

ID=53057717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000331 WO2015072886A1 (ru) 2013-11-12 2014-05-08 Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, система для контроля термодинамической активности кислорода в таких реакторах и способ контроля термодинамической активности кислорода

Country Status (14)

Country Link
US (1) US20160247587A1 (ru)
EP (1) EP3070717B1 (ru)
JP (1) JP6343021B2 (ru)
KR (1) KR101797093B1 (ru)
CN (1) CN105556614B (ru)
BR (1) BR112016005686B1 (ru)
CA (1) CA2927569C (ru)
EA (1) EA028971B1 (ru)
HU (1) HUE040162T2 (ru)
MY (1) MY175238A (ru)
RU (1) RU2545517C1 (ru)
UA (1) UA116668C2 (ru)
WO (1) WO2015072886A1 (ru)
ZA (1) ZA201601807B (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106531237B (zh) * 2016-12-29 2018-08-07 中科瑞华原子能源技术有限公司 一种铅基反应堆冷却剂工艺系统运行装置
RU2679397C1 (ru) * 2017-08-22 2019-02-08 Владимир Васильевич Бычков Ядерная энергетическая установка (варианты)
RU2732732C1 (ru) * 2020-02-06 2020-09-22 Акционерное общество "Прорыв" Модульная система контроля термодинамической активности кислорода в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерного реактора
RU2756231C1 (ru) * 2021-03-15 2021-09-28 Акционерное общество «АКМЭ-инжиниринг» Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3565769A (en) * 1967-10-17 1971-02-23 United Nuclear Corp Method and apparatus for determination of hydrogen content in a high temperature fluid
JP2001264476A (ja) * 2000-03-17 2001-09-26 Toshiba Corp 重金属冷却炉
JP2003075401A (ja) * 2001-09-04 2003-03-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶融金属の酸素濃度測定装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA919778A (en) * 1969-11-14 1973-01-23 Westinghouse Electric Corporation Electrochemical oxygen analyzer for liquid metal applications
GB1368927A (en) * 1973-08-10 1974-10-02 Levin N Knitted fabric and method of making the same
JPS5367095A (en) * 1976-11-26 1978-06-15 Toshiba Corp Liquid-metal measurement dipping device
JPS57157192A (en) * 1981-03-25 1982-09-28 Tokyo Shibaura Electric Co Impurity detecting device
JPS6159238A (ja) * 1984-08-30 1986-03-26 Toshiba Corp 液体金属のサンプリング装置
US5030411A (en) * 1988-11-14 1991-07-09 Westinghouse Electric Corp. Removal of impurities from coolant of a nuclear reactor
US5323429A (en) * 1993-01-15 1994-06-21 Westinghouse Electric Corporation Electrochemical monitoring of vessel penetrations
JP4488658B2 (ja) 2001-08-13 2010-06-23 三井造船株式会社 液体金属中の溶解酸素濃度制御方法
JP3881866B2 (ja) * 2001-10-23 2007-02-14 三菱重工業株式会社 酸素濃度管理装置
JP2003279398A (ja) * 2002-03-27 2003-10-02 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 液体金属循環装置におけるセンサー保持装置
JP3881577B2 (ja) * 2002-03-29 2007-02-14 三井造船株式会社 液体金属循環装置
DE10310387B3 (de) * 2003-03-07 2004-07-22 Heraeus Electro-Nite International N.V. Messeinrichtung zur Bestimmung der Sauerstoffaktivität in Metall- oder Schlackeschmelzen
JP2005227136A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 鉛系低融点金属の精製方法及び装置
ITMI20051752A1 (it) * 2005-09-21 2007-03-22 Ansaldo Energia Spa Reattore nucleare in particolare reattore nucleare raffreddato a metallo liquido
FR2960061B1 (fr) * 2010-05-11 2012-09-28 Commissariat Energie Atomique Procede de determination de taux de vide par spectrometrie de resonance acoustique non lineaire dans un milieu diphasique et application dans un reacteur nucleaire
JP5606361B2 (ja) * 2011-03-02 2014-10-15 三菱重工業株式会社 中性子束検出器の案内装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3565769A (en) * 1967-10-17 1971-02-23 United Nuclear Corp Method and apparatus for determination of hydrogen content in a high temperature fluid
JP2001264476A (ja) * 2000-03-17 2001-09-26 Toshiba Corp 重金属冷却炉
JP2003075401A (ja) * 2001-09-04 2003-03-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶融金属の酸素濃度測定装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MARTYNOV P.N. ET AL.: "Avtomatizirovannaya sistema upravleniya termodinamicheskoi aktivnostju kisloroda v svintsovom i svintsovo- vismutovom teplonositeliyakh.", 17 June 2011 (2011-06-17), pages 98, Retrieved from the Internet <URL:http://www.ippe.ru/podr/ippe1/ninf/8-09/12.pdf> *
See also references of EP3070717A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160078327A (ko) 2016-07-04
EA028971B1 (ru) 2018-01-31
MY175238A (en) 2020-06-16
EP3070717A4 (en) 2017-09-06
EA201600210A1 (ru) 2016-08-31
CA2927569C (en) 2019-06-04
JP6343021B2 (ja) 2018-06-13
BR112016005686B1 (pt) 2022-05-31
UA116668C2 (ru) 2018-04-25
JP2016535285A (ja) 2016-11-10
BR112016005686A2 (ru) 2017-08-01
CN105556614A (zh) 2016-05-04
US20160247587A1 (en) 2016-08-25
ZA201601807B (en) 2017-06-28
EP3070717B1 (en) 2018-10-03
EP3070717A1 (en) 2016-09-21
CA2927569A1 (en) 2015-05-21
HUE040162T2 (hu) 2019-02-28
KR101797093B1 (ko) 2017-11-13
CN105556614B (zh) 2017-08-04
RU2545517C1 (ru) 2015-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2545517C1 (ru) Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, система для контроля термодинамической активности кислорода в таких реакторах и способ контроля термодинамической активности кислорода
Zahrani et al. Molten salt induced corrosion of Inconel 625 superalloy in PbSO4–Pb3O4–PbCl2–Fe2O3–ZnO environment
Poulson Predicting and preventing flow accelerated corrosion in nuclear power plant
Konys et al. Development of oxygen meters for the use in lead–bismuth
US7666312B2 (en) Method of inhibiting corrosion in industrial hot water systems by monitoring and controlling oxidant/reductant feed through a nonlinear control algorithm
JP6802857B2 (ja) 発電施設の化学制御システム
Zhang Oxygen control technology in applications of liquid lead and lead–bismuth systems for mitigating materials corrosion
US20080169205A1 (en) Electrochemical corrosion potential sensor and method of making
WO1994012862A1 (en) Apparatus and method for real time corrosion monitoring in high temperature systems
CN104185764A (zh) 用于防止热水系统中的腐蚀的方法和设备
JP3838909B2 (ja) 液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法
JP2008250592A (ja) プラント運転方法
Kim et al. Corrosion in a closed-loop electronic device cooling system with water as coolant and its detection
Zhang et al. Oxygen control technique in molten lead and lead-bismuth eutectic systems
Di Gabriele et al. Oxygen monitoring in the natural convection loop COLONRI I
Foletti et al. ENEA experience in LBE technology
JP2003185788A (ja) 液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及び装置
CN209555409U (zh) 一种硅液溢流槽
Legkikh et al. Ensuring the corrosion resistance of steels in heavy liquid metal coolants
KR20060046932A (ko) 고온 고압 수화학 환경을 위한 외부기준전극
TWI403700B (zh) 用於沸水式反應爐之水位決定方法
Schroer et al. Corrosion in Steel T91 Caused by Flowing Lead–Bismuth Eutectic at 400° C and 10− 7 Mass% Solved Oxygen
Askhadullin et al. Strategies of maintaining appropriate technology of heavy liquid metal coolants in advanced nuclear power plants
Kim et al. Flow-accelerated corrosion behavior of SA106 Gr. C steel in alkaline solution characterized by rotating cylinder electrode
Askhadullin et al. Sensors to Control Dissolved Oxygen Concentration in Heavy Liquid Metal Coolants

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480050894.3

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14861603

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: A201602295

Country of ref document: UA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: IDP00201601634

Country of ref document: ID

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15021697

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016553201

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20167007245

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201600210

Country of ref document: EA

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112016005686

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2927569

Country of ref document: CA

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014861603

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112016005686

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20160315