Система диагностики главного циркуляционного контура АЭС на базе гигрометра с автокалибровкой

Карин Александр Сергеевич - студент филиала Московского государственного университета приборостроения и информатики. (МГУПИ,  г.Сергиев Посад, Московская обл.)

Каплан Борис Юхимович - кандидат технических наук, доцент кафедры Приборов и информационно-измерительных систем филиала Московского государственного университета приборостроения и информатики. (МГУПИ,  г.Сергиев Посад, Московская обл.)

Аннотация: В докладе рассмотрена проблема диагностики протечек главного циркуляционного контура атомных энергетических установок. Для достоверного определения протечек на ранних стадиях их возникновения, а также предотвращения аварий предложена система диагностики с автокалибровкой, позволяющая решить задачу контроля.

Ключевые слова: Ядерный реактор, теплообменник, главный циркуляционный контур, гигрометр с автокалибровкой, энергетическая безопасность.

На атомных электрических станциях, несмотря на постоянное совершенствование систем защиты от нештатных ситуаций, актуальной остается проблема повышения безопасности функционирования главного циркуляционного контура. По нему протекает вода, являющаяся теплоносителем, передающим тепло от реактора к теплообменнику, вырабатывающему пар для турбогенератора. Реактор с контуром показан на рисунке 1 (реактор расположен по центру), где в виде закрашенных окружностей условно обозначены датчики контроля течи [1], о которых будет сказано далее.

Рисунок 1. Ядерный реактор с системой теплообмена.

Напряженные режимы в циркуляционном контуре, в котором прокачивается радиоактивная вода при температуре 350 0С  и давлении 40 МПа, являются причиной протечек воды из контура в помещения станции. Подобные происшествия, согласно опубликованной статистике, ведут к радиоактивному заражению помещений и часто к гибели обслуживающего персонала. Существующие системы контроля на основе  микрофонов и серийных гигрометров имеют большие погрешности, что делает результаты диагностики недостоверными.

Предлагаемое решение проблемы диагностики протечек заключается во введении в измерительный канал гигрометра с блоком автокалибровки по патенту № 2421713, опубликованному в 2011г. Автокалибровка выполняется по такому алгоритму, что снижает  погрешности измерения влажности на порядок и исключает долговременную нестабильность показаний гигрометра.

Функциональная схема новой системы имеет следующий вид: микрокомпрессор, подающий газ из исследуемого помещения через проточный микрохолодильник в измерительную камеру гигрометра. Температура газа на выходе микрохолодильника измеряется каналом измерения на базе термометра сопротивления с малой погрешностью. Микрохолодильник связан с автоматическим регулятором температуры, обеспечивающим управление работой холодильного элемента (элемент Пельтье).

У системы установлены два режима функционирования: режим измерения и режим калибровки. В режиме измерения микрохолодильник не работает и протекающий сквозь него газ не изменяет своей температуры. Гигрометр выдает значения влажности, к которым алгебраически добавляется поправка ΔGi, исключающая 90 % погрешности гигрометра.

В режиме калибровки определяется значение поправки ΔGi.  С указанной целью периодически, система автоматического регулирования выполняет следующие процедуры: из последнего перед калибровкой результата измерений влажности газа G(t) вычитает паспортное значение погрешности гигрометра δ: Gк = G(t) – δ. Значение Gк, выраженное в любых единицах влажности, отличных от температуры точки росы, преобразуется в значение Gтр с размерностью градусы Цельсия по точке росы (°С т.р.). Полученный результат является задатчиком для системы регулирования температуры. На второй вход регулятора подается сигнал с датчика температуры газа ТГ, прокачиваемого микрокомпрессором. В регуляторе вычисляется текущая ошибка регулирования ΔТ из выражения: ΔТ = ТГ  - Gтр, которая охлаждением газа сводится к нулю. В итоге на выходе холодильника получается газ с известным значением влажности (погрешность не превышает погрешности контура регулирования температуры, т.е. 0,2 0С). Полученный газ с известной влажностью подается в гигрометр, в котором вырабатывается поправка ΔGi  к результатам измерений до нового цикла автоматической калибровки.

Поскольку в системе использован серийный гигрометр, все усилия в процессе работы были направлены на разработку алгоритма функционирования системы и контура автоматического регулирования влажности газа, реализующего заданные высокие точности по регулированию и, в конечном итоге, точность всей системы диагностики.

Список литературы:

1. Шиманский С.Б. – “Совершенствование акустического метода обнаружения и локализации течи ЯЭУ с использованием микрофонов” Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 2007 г.
2. Каплан Б.Ю. Способ измерения влажности газа.  Патент РФ на изобретение №2421713, публикация 2011г.
3. Каплан Б.Ю. Физические основы получения информации: учебное пособие. Часть 2  - М.:  МГУПИ, 2009.
4. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник. Под общей редакцией Григорьева В.А. и Зорина В.М. Книга 2. М.: Энергоатомиздат, 1988. – 560с.
5. Кэйс В.М. Конвективный тепло - и массообмен. – М.: «Энергия», 1972 – 446 с.
6. Эккерт Э.Р., Дрейк М.Р. Теория тепло- и массообмена. – М., Энергия, 1961 – 680 с.