Устройство и способ для обнаружения утечки - RU2197718C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройству для обнаружения утечки и определения местоположения утечки в ядерно-технической установке, в частности на трубопроводе в ядерно-технической установке, с коллекторным трубопроводом, который является проницаемым для подлежащего детектированию вещества и который связан с насосом и с датчиком для вещества, причем датчик не является пригодным для регистрации радиоактивности вещества.

Изобретение относится также к способу для обнаружения утечки и определения местоположения утечки в ядерно-технической установке, в частности на трубопроводе в ядерно-технической установке, при котором измеряют концентрацию вещества, которое проникло от установки в коллекторный трубопровод.

Из DE А 2431907 известно устройство для обнаружения и определения местоположения утечки (LEOS). Это устройство содержит коллекторный трубопровод, который является проницаемым для подлежащих детектированию веществ. С коллекторным трубопроводом соединен насос, которым последовательно прокачивают через коллекторный трубопровод объемы транспортирующей среды, которой является, например, воздух. На конце коллекторного трубопровода расположен, по меньшей мере, один датчик, который обнаруживает проникшие в коллекторный трубопровод вещества.

Из ЕР 0175219 В1 известна специальная конструкция такого коллекторного трубопровода. Он содержит расположенные на расстоянии друг от друга проницаемые места, которые могут состоять из спеченного металлического порошка. Между этими проницаемыми местами трубопровод является непроницаемым.

В патенте США US 5301538 описано следующее устройство для обнаружения утечки и определения местоположения утечки, которое содержит, по меньшей мере, два проницаемых для подлежащих детектированию веществ коллекторных трубопровода. Коллекторные трубопроводы впадают в общий газовый датчик, которым может быть, в частности, датчик для радиоактивного излучения. В частности, может быть предусмотрено также два газовых датчика.

Из JP А 59166886 известно устройство для контролирования трубопровода, в котором направляются радиоактивные вещества. Этот трубопровод окружен коллекторным трубопроводом большего диаметра, который соединен с детектором радиоактивности.

В основе изобретения лежит задача такого развития известных устройств для обнаружения утечки и определения местоположения утечки, чтобы можно было производить второе отличное обнаружение утечки. За счет этого должны обеспечиваться еще более достоверное обнаружение утечки и определение местоположения утечки. Должен быть также указан относящийся к этому способ.

Задача указания подходящего устройства решается согласно изобретению за счет того, что коллекторный трубопровод соединен с детектором для регистрации радиоактивности вещества.

Этот детектор может быть детектором гамма-излучения. Тогда определяют не только максимум концентрации проникшего вещества, но и также максимум радиоактивности проникшего вещества и привлекают для обнаружения утечки и определения местоположения утечки. Тем самым получают два избыточных устройства для определения местоположения утечки.

Предпочтительные формы выполнения устройства согласно изобретению названы в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно особой форме выполнения изобретения в направлении течения перед датчиком ответвляется отводная труба, которая соединена с детектором.

Например, в коллекторном трубопроводе могут быть расположены на расстояниях друг от друга отверстия, на которых расположены обратные клапаны. Эти обратные клапаны могут быть выполнены так, что они открываются при понижении давления ниже заданного значения, а в другое время являются закрытыми.

Если трубопровод датчика на его входе закрывают клапаном и включают всасывающий насос, который подключен перед детектором для радиоактивности, то эти обратные клапаны открываются после понижения давления ниже заданного значения из промежутка времени, который проходит между открытием обратных клапанов и срабатыванием детектора для регистрации радиоактивности, тогда при известной скорости течения в коллекторном трубопроводе можно определить место утечки.

Предпочтительно, получают две возможности для определения местоположения утечки так, что обеспечиваются достоверные результаты.

Задача указания подходящего способа для обнаружения утечки и определения местоположения утечки в ядерно-технической установке решается согласно изобретения за счет того, что измеряют радиоактивность вещества.

Место утечки определяют, например, при известной скорости течения в коллекторном трубопроводе из промежутка времени, которое прошло между пиком давления в коллекторном трубопроводе и срабатыванием детектора для регистрации радиоактивности. Пик давления может, например, быть вызван открыванием, по меньшей мере, одного обратного клапана.

Примеры выполнения устройства и способа для обнаружения утечки и определения местоположения утечки согласно изобретения поясняются более подробно чертежами, где:
фиг.1 показывает вариант устройства без обратных клапанов;
фиг.2 - вариант устройства с обратными клапанами.

Фигура 1 показывает, например, трубопровод R, по которому проходит радиоактивная вода первого контура атомной электростанции, вдоль которого проложен коллекторный трубопровод 2 устройства для обнаружения утечки и определения местоположения утечки (LEOS). Показанный коллекторный трубопровод 2 содержит пористые места 1 из спеченного металлического порошка, которые являются проницаемыми для газа, а в остальном выполнен из газонепроницаемого металла. Пористые места 1 из спеченного металлического порошка заделаны в коллекторный трубопровод 2 на расстояниях, например, 0,5 м.

Устройство для обнаружения утечки и определения местоположения утечки, которое как таковое является известным, содержит расположенный на входе коллекторного трубопровода 2 насос 3 для ввода транспортирующего газа и на выходе коллекторного трубопровода 2 датчик 5 для подлежащего детектированию вещества, которое могло проникнуть в коллекторный трубопровод 2. Это вещество может, например, также быть влагой (водой), если детектор является измерителем влажности.

В направлении течения перед датчиком 5 ответвляется отводная труба 12, которая соединена с детектором 7 для регистрации радиоактивности. Этот детектор 7 является, например, детектором гамма-излучения. Для создания большего разрежения в коллекторном трубопроводе 2 в отводную трубу 12 может быть встроен всасывающий насос 8, перед которым может быть включен клапан V2. Другой клапан V1 может быть расположен после насоса 3 для закрывания коллекторного трубопровода 2 в его начале.

В начале коллекторного трубопровода 2 может быть расположен калибровочный модуль 4, которым определенным образом в коллекторный трубопровод 2 может вводиться проверочный газ для калибровки датчика 5 и детектора 7. С коллекторным трубопроводом 2 может быть соединен также регулирующий модуль 6 для установки скорости течения в коллекторном трубопроводе 2.

Детектор 7 для регистрации радиоактивности расположен в резервном резервуаре 11, который имеет объем, например, между одним литром и десятью литрами. Отводная труба 12 впадает в этот резервный резервуар 11. От резервного резервуара 11 отходит отводящий трубопровод, который может содержать не показанный предохранительный клапан и возможно ведет через возвратный трубопровод к защитной оболочке атомной электростанции.

Фигура 2 показывает вариант устройства для обнаружения утечки и определения местоположения утечки согласно фигуры 1, которое содержит все компоненты варианта согласно фигуры 1 и дополнительно обратные клапаны 9, которые встроены в коллекторный трубопровод 2 на эквидистантных расстояниях, например каждые 2 метра. Эти обратные клапаны 9 открываются при понижении давления ниже минимального давления и поэтому обеспечивают через контролированные места всасывания, например через круглые отверстия с поперечным сечением порядка 1 мм², достаточное соединение между коллекторным трубопроводом 2 и пространственной областью ниже коллекторного трубопровода 2. Вариант согласно фигуры 2 имеет также термическую изоляцию 10, которая окружает трубопровод R и коллекторный трубопровод 2, причем обратные клапаны 9 выступают за пределы изоляции 10.

Известный способ для обнаружения утечки и определения местоположения утечки согласно изобретению дополняется преимущественно следующим образом.

Коллекторный трубопровод 2 в своем начале при рассмотрении в направлении течения закрыт клапаном VI. Затем стартует всасывающий насос 8. Засосанный всасывающим насосом 8 воздух направляется через резервный резервуар 11, в котором детектором 7 производится измерение радиоактивности. В случае утечки, когда из трубопровода R выступает радиоактивная жидкость, например вода первого контура, резко увеличивается содержание пара в пространстве под трубопроводом R, в частности под изоляцией 10, и таким образом во всосанном воздухе. Радиоактивность составляет вследствие реакции N16 в активной зоне реактора, например, 5,2*10¹² распадов в секунду (Бк). Если учесть время транспортировки к детектору 7 - 30 секунд и время измерения -10 секунд, то радиоактивность согласно периоду полураспада изотопа уменьшается (например, до 1•10¹¹ Бк для N16), однако является все еще достаточной для детекции утечки, при условии, что с измерительным воздухом всасывается достаточное количество водяного пара. Обычные до сих пор места 1 из спеченного металлического порошка в коллекторном трубопроводе 2, которые были рассчитаны только на наличие датчика 5, имеют только малый размер пор, например 0,5 мкм. Оптимирование размеров пор, например, до 1 мкм делает возможным регистрацию радиоактивности детектором 7, не оказывая отрицательного влияния на обычное определение вещества или влажности в датчике 5. Конечно, тогда для измерения датчиком 5 при известных обстоятельствах нужно уменьшать скорость течения в коллекторном трубопроводе 2, чтобы избежать слишком сильного разрежения и тем самым слишком сильного потока всасывания, который мог бы оказать отрицательное влияние на определение местоположения утечки.

Проблемы со слишком малыми всасывающими отверстиями в коллекторном трубопроводе 2 могут устраняться за счет применения названных обратных клапанов 9. Пока определение местоположения утечки работает, например, посредством датчика влажности 5 с малым разрежением в коллекторном трубопроводе 2 по сравнению с окружающей средой, обратные клапаны 9 не включаются. Это означает, что измерение и определение местоположения, которые происходят на основе значений, измеренных датчиком 5, происходят без помех.

Если активируется всасывающий насос 8 и клапан VI закрывается, тогда разрежение в коллекторном трубопроводе 2 быстро понижается ниже порогов срабатывания обратных клапанов 9. Они тогда открываются и обеспечивают достаточно большой поток воздуха к детектору 7, так что является возможным измерение радиоактивности, так как утечка пространственно ограничена. При этом всегда к детектору 7 направляется суммарный поток от всех клапанов 9 в качестве пароводяной смеси. При этом воздушный поток направляется в имеющий достаточные размеры резервный резервуар 11. Там детектором 7 интегрально регистрируется радиоактивность всего объема.

От момента времени открытия обратных клапанов 9, который является распознаваемым по пику давления в коллекторном трубопроводе 2, до момента времени, в который активированный пар достигает детектор 7, проходит определенное время транспортировки Т. Для обнаружения пика давления может иметься подходящий датчик. Время транспортировки Т является в основном зависимым от удаления х между местом, соседствующим с местом утечки на коллекторном трубопроводе 2, с одной стороны, и детектором 7, с другой стороны. При соответствующей калибровке из времени Т можно определить удаление х. Это имеет место простым образом при примерно постоянном массовом потоке вдоль коллекторного трубопровода 2, однако, является справедливым и при непостоянной, линейной зависимости Т(х).

После успешного детектирования и определения местоположения процесс измерения может повторяться периодически, если предварительно коллекторный трубопровод 2 был промыт с помощью насоса 3.

В случае, когда обратные клапаны 9 с лежащими под ними отверстиями встроены в коллекторный трубопровод 2, может быть предпочтительным так варьировать размеры отверстий вдоль коллекторного трубопровода 2, что в единицу времени втекает остающийся постоянным массовый поток. Это не является автоматическим при одинаковом поперечном сечении отверстий, так как вблизи всасывающего насоса 8 имеет место более высокое разрежение, чем на наиболее удаленном обратном клапане 9. Это означает, что расположенные вблизи всасывающего насоса 8 места всасывания должны иметь меньшее отверстия, и отверстия должны выбираться постепенно большими с увеличением расстояния.

В случае, когда обратные клапаны 9 не используются, при необходимости скорость транспортировки проникшего в коллекторный трубопровод 2 пара можно ускорять за счет кратковременного открывания клапана VI в коллекторном трубопроводе 2, чтобы достигнуть требующееся время транспортировки. Отсюда следует следующий образ действий. После закрывания клапана VI в коллекторном трубопроводе 2 и открывания клапана V2 в отводной трубе 12 стартует всасывающий насос 8 и контролируют разрежение в коллекторном трубопроводе 2 пока будет достигнуто желаемое конечное значение. Тогда клапан VI в коллекторном трубопроводе 2 кратковременно открывают, пока достаточное количество вещества, в частности пара, через возможно короткое время транспортировки попадает в резервный резервуар 11. Там детектором 7 непрерывно в качестве функции времени измеряют радиоактивность, например, за счет регистрации суммируемого в единицу времени числа импульсов.

Описанным способом можно всасывать достаточное количество вещества, например водяного пара, для обнаружения утечки. Если, например, между созданием изотопа N16 и его поступлением на детекторе 7 прошло в целом 40 секунд, тогда там имеется радиоактивность 1•10¹¹ Бк на м³ воды первого контура. Это означает при выходе детектора 7 в 0,1 (детектируется каждый десятый распад) и времени измерения 10 секунд (30-40 секунд после создания изотопа), что 1•10^-9 м³=1 мг воды первого контура приводит к показанию 100 импульсов. Это было бы достаточно высоким показанием.

При разрежении 0,8 бара в коллекторном трубопроводе 2 достигается объемный поток 1,4 см³/с при средней скорости 5 см/с и внутреннем диаметре коллекторного трубопровода 2 0,3 см, когда имеются 9 мест 1 из спеченного металлического порошка. В том случае, когда в утечке участвуют два места 1 из спеченного металлического порошка, которые расположены на расстоянии 0,5 м, получается объемный поток 0,3 см³/с и при времени измерения 10 секунд измерительный объем 3 см³. Если предположить, что в случае утечки, когда вытекают, например, 100 кг/час, пар первого контура, содержащий N16, достигает ниже изоляции 10 концентрации насыщения 50%, 1 см³ воздуха в коллекторном трубопроводе 2 содержит примерно 0,5 мг водяного пара. В вышеназванном измерительном объеме, таким образом, содержится больше чем 1 мг водяного пара, то есть возможно обнаружение.

Если размер пор мест 1 из спеченного металлического порошка повышают с 0,5 мкм до 1 мкм, то объемный поток возрастает на коэффициент 3. Это является в основном достаточным, чтобы можно было обнаруживать также еще меньшие концентрации пара.

Реферат

Изобретение относится к устройству и способу для обнаружения утечки и определения местоположения утечки в ядерно-технической установке с коллекторным трубопроводом, который является проницаемым для детектируемого вещества и который связан с насосом и с датчиком для вещества. Предусмотрено, что датчик содержит детектор для регистрации радиоактивности вещества или что в направлении течения перед датчиком ответвляется отводная труба, которая соединена с детектором для регистрации радиоактивности, с которым, в свою очередь, связан всасывающий насос. Когда радиоактивное вещество попадает к коллекторному трубопроводу и проникает в него, то из момента времени, когда радиоактивное вещество достигает детектор, можно сделать заключение о месте утечки. Технический результат - обнаружение утечки и определение местоположения утечки в ядерной технической установке. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула