Система контроля уровня жидкости в бассейне выдержки отработавшего ядерного топлива
Настоящая полезная модель относится к системе контроля уровня жидкости в бассейне (СКУБ) отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) для атомной электростанции, которая может использоваться как для бассейна выдержки ОЯТ, так и для баков, приямков, барботеров и технологических помещений, в которых возможно аварийное затопление. СКУБ содержит индикатор уровня (ИУ) в виде продолговатого корпуса, в котором размещены сборки детекторов (СД) с нагреваемыми термопарами (НТ) и ненагреваемыми референтными термопарами (РТ), секционированный электронагреватель, электронную аппаратуру и линии связи, при этом, корпус ИУ выполнен в виде трубы с двойными стенками - внешней и внутренней, на каждой из стенок по всей длине выполнена продольная щель, при этом щели смещены на 180 градусов по отношению друг к другу, а между стенками размещены дистанционирующие элементы, образующие лабиринт, внутри корпуса размещено несколько СД, в одной или нескольких СД размещены НТ, которые находятся в тепловом контакте с корпусом СД и индивидуальным нагревателем, также в одной или нескольких СД размещены ненагреваемые референтные термопары РТ, находящиеся в тепловом контакте с корпусом СД, свободные концы термопар и термометр сопротивления (ТС) размещены в пассивном термостате, расположенном в верхней части корпуса ИУ, электронная аппаратура содержит источник питания электронагревателя с возможностью автоматического регулирования тока в зависимости от температуры жидкости, измеряемой с помощью одной из РТ и ТС, усилители сигналов термопар и ТС, управляемый блок питания нагревателя, исполнительные устройства сигнализации, арифметическо-логическое устройство (АЛУ), содержащее функциональные блоки: блок вычисления температуры жидкости по сигналам РТ и ТС, блок управления мощностью секционированного нагревателя в зависимости от температуры жидкости в соответствии с заданной кривой регулирования, хранящейся в его памяти, блок вычисления текущего значения температурной уставки в соответствии с функцией, хранящейся в его памяти, блоки сравнения текущего значения температурной уставки с разностью температур НТ и РТ, ключевые элементы; входы усилителей сигналов термопар соединены посредством линий связи с термоэлектрическими преобразователями, при этом для получения разности температур предпочтительно используется дифференциальное включение пар НТ и РТ, принадлежащих одной точке контроля жидкости, вход усилителя ТС соединен с ТС посредством четырехпроводной линии связи, выходы усилителей сигналов НТ, РТ и ТС подключены ко входам АЛУ, в котором входы вычислителя температуры жидкости соединены с выходом усилителя ТС и выходом одного или нескольких усилителей РТ, выход вычислителя температуры жидкости подключен ко входам блока управления мощностью секционированного нагревателя и блока вычисления текущего значения температурной уставки, при превышении которой выдается сигнал отсутствия жидкости, вход блока вычисления текущего значения температурной уставки соединен с выходом блока вычисления температуры жидкости, выход блока вычисления текущего значения температурной уставки соединен с входами блоков сравнения значения температурной уставки с разностью температур НТ и РТ, полученной от соответствующего усилителя, выходы блоков сравнения соединены с входами ключевых элементов, выходы ключевых элементов АЛУ соединены с входами устройств внешней сигнализации, выход блока управления мощностью секционированного нагревателя АЛУ подключен к управляемому блоку питания нагревателя, блок питания секционированного нагревателя подключен к секционированному нагревателю ИУ. 3 ил.
Настоящая полезная модель относится к системе контроля уровня жидкости в бассейне (СКУБ) выдержки отработавшего ядерного топлива для атомной электростанции, которая может использоваться как для бассейна выдержки ОЯТ, так и для баков, приямков, барботеров и технологических помещений, в которых возможно аварийное затопление.
Известно устройство для контроля уровня теплоносителя в реакторе, содержащее продолговатый корпус, в котором размещены нагреваемые термоэлектрические измерители со спаями, распределенными в продольном направлении, и ненагреваемый термоэлектрический измеритель, спай которого расположен вне зоны размещения нагреваемых термоэлектрических измерителей (см. авт. свид. СССР 1157919, кл. G01F 23/22, оп. 1986). В этом известном устройстве спай ненагреваемого термоэлектрического измерителя расположен вне зоны размещения дифференциальных термоэлектрических нагреваемых измерителей в донной части продолговатого корпуса, при этом спаи термопар распределены вдоль корпуса. Система электронагрева выполнена в виде источника переменного тока, к которому через разделительный конденсатор подключены электроды термоэлектрических измерителей, используемые в качестве нагревательных элементов.
Недостатком известного устройства контроля уровня теплоносителя в реакторе является низкая информативная точность измерения и высокая стоимость эксплуатации устройства, обусловленные большим количеством ложных срабатываний. Низкая информативная точность известного устройства определяется сложностью учета градиентов температуры среды в зонах размещения спаев термоэлектрических измерителей. При постоянной мощности нагревательного элемента и увеличении температуры окружающей среды контролируемый параметр - разность температур нагреваемых и ненагреваемых спаев - может значительно возрасти без изменения уровня, что вызовет ложное срабатывание устройства.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является устройство для определения уровня теплоносителя в реакторе, содержащее индикатор уровня в виде продолговатого корпуса, в котором размещены термопреобразователи с нагреваемыми и ненагреваемыми рабочими спаями термопар, распределенными в продольном направлении, при этом ненагреваемые рабочие спаи термопар удалены от нагреваемых рабочих спаев термопар, секционированный электронагреватель, электронную аппаратуру и линии связи (см. патент РФ 
2153712 С1, Кл. G21C 17/035, 2000).
Недостатком этого известного устройства является низкая точность измерения, низкая надежность и высокая стоимость его эксплуатации из-за наличия ложных срабатываний при применении в бассейнах в которых имеются повышенные градиенты температуры жидкости, обдув воздухом, а также возможны аварийные воздействия струй пара, вспышек водорода и т.п.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности и надежности контроля положения уровня в бассейне.
Указанный технический результат достигается тем, что система контроля уровня жидкости в бассейне (СКУБ) выдержки отработавшего ядерного топлива содержит индикатор уровня (ИУ) в виде продолговатого корпуса, в котором размещены сборки детекторов (СД) с нагреваемыми термопарами (НТ) и ненагреваемыми референтными термопарами (РТ), секционированный электронагреватель, электронную аппаратуру и линии связи, при этом корпус ИУ выполнен в виде трубы с двойными стенками - внешней и внутренней, на каждой из стенок по всей длине выполнена продольная щель, при этом щели смещены на 180 градусов по отношению друг к другу, а между стенками размещены дистанционирующие элементы, образующие лабиринт, внутри корпуса размещено несколько трубчатых СД, в одной или нескольких СД размещены НТ, которые находятся в тепловом контакте с корпусом СД и нагревателем, также в одной или нескольких СД размещены ненагреваемые референтные термопары РТ, находящиеся в тепловом контакте с корпусом СД, пары соответствующих термопар НТ и РТ, принадлежащих одной точке контроля жидкости, образуют чувствительные элементы (ЧЭ), свободные концы термопар и термометр сопротивления (ТС) размещены в пассивном термостате, расположенном в верхней части корпуса ИУ, электронная аппаратура содержит управляемый источник питания электронагревателя с возможностью автоматического регулирования тока в зависимости от температуры жидкости, измеряемой с помощью одной или нескольких РТ и ТС, усилители сигналов термопар и ТС, исполнительные устройства сигнализации, арифметическо-логическое устройство (АЛУ), выполненное с возможностью присоединения к ИУ и содержащее функциональные блоки: блок вычисления температуры жидкости по сигналам одной или нескольких РТ и ТС, блок управления мощностью секционированного нагревателя в зависимости от температуры жидкости в соответствии с заданной кривой регулирования, хранящейся в его памяти, блок вычисления текущего значения температурной уставки в соответствии с пороговой функцией, хранящейся в его памяти, блоки сравнения текущего значения температурной уставки с разностью температур НТ и РТ, ключевые элементы, устройства сигнализации; входы усилителей сигналов термоэлектрических преобразователей соединены посредством линий связи с термопарами и термометром сопротивления, выход каждого из усилителей сигналов термоэлектрических преобразователей соединен с входами АЛУ, в котором входы вычислителя температуры жидкости соединены с выходом усилителя ТС и выходом одного или нескольких усилителей РТ, выход вычислителя температуры жидкости соединен с входами блока управления мощностью секционированного нагревателя и блока вычисления текущего значения температурной уставки, выход блока вычисления текущего значения температурной уставки соединен с входами блоков сравнения значения температурной уставки с разностью температур НТ и РТ, полученной от соответствующего усилителя, выходы блоков сравнения соединены с входами ключевых элементов АЛУ, выходы ключевых элементов соединены с входами внешних устройств сигнализации, выход блока регулирования мощностью секционированного нагревателя АЛУ подключен к управляемому источнику питания секционированного нагревателя, а последний подключен к секционированному нагревателю ИУ.
Двойной корпус ИУ обладает высокой механической прочностью. Дистанционирующие элементы образуют лабиринт, затрудняющий обдув ЧЭ воздухом, а при аварии - проникновение струй пара, а также раскаленных газов и ударных волн от вспышек водорода. Эти воздействия могут привести к нарушению тепловых процессов в ИУ и, соответственно, к нарушению функционирования СКУБ. В то же время корпус пропускает жидкость, обеспечивая равенство уровней в зоне ЧЭ и в бассейне, а также выравнивание температуры внутри и снаружи ИУ за счет массообмена жидкости. ИУ имеет головку, в которой размещен пассивный термостат, необходимый для выравнивания температуры свободных концов термопар. В термостате размещается также термометр сопротивления, позволяющий делать поправку на температуру свободных концов термопар при измерении температуры жидкости.
Для определения наличия жидкости в зоне ЧЭ используется разностный сигнал НТ и РТ (
t), получаемый путем их дифференциального включения. t однозначно связан с коэффициентом теплоотдачи от корпуса СД в зоне размещения НТ: повышение t означает снижение уровня жидкости ниже точки контроля и наоборот, снижение t соответствует появлению жидкости. Изменение t контролируется с помощью пороговых уставок, а снижение величины t, имеющее место при росте температуры жидкости, компенсируется автоматическим повышением мощности нагревателя.
Этим достигается надежная работа СКУБ во всем диапазоне температур жидкости, включая аварийные режимы. Температура жидкости, измеряемая в целях регулирования мощности нагревателя, является дополнительной полезной информацией о температуре жидкости в бассейне.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".
Сущность полезной модели поясняется чертежами, описанием конструкции и функционирования.
На фиг. 1 представлены продольный разрез и поперечное сечение ИУ.
На фиг. 2 представлены продольные разрезы и поперечные сечения СД, содержащих НТ с нагревателями и СД, содержащих РТ.
На фиг. 3 представлена блок схема СКУБ.
ИУ (фиг. 1) включает защитный корпус 1 с размещенными в нем трубчатыми сборками детекторов (СД) 2, 3, содержащими термопары и нагреватели. Корпус выполнен в виде трубы с двойными стенками - внешней и внутренней. Наружная и внутренняя стенки корпуса по всей длине имеют продольные щели 4 для прохода жидкости. Эти щели разнесены на 180 градусов для предотвращения прямого попадания воздуха и пара на СД. Между внутренней и наружной стенками корпуса закреплены продольные вставки 5, в которых сделаны вырезы 6 для циркуляции жидкости. В головке 7 размещается пассивный термостат 8, в котором находятся свободные концы термопар и термометр сопротивления (на фигуре не показан). СД 2, 3 закреплены герметично в головке 7, положение сборок внутри корпуса фиксируется с помощью нескольких решеток 9. Решетки имеют отверстия 10 для свободной циркуляции жидкости.
СД (фиг. 2) имеет корпус 11 с герметичным оконцевателем 12. В корпусе размещаются НТ 13, РТ 14 и нагревательные элементы 15. Нагревательные элементы 15 вместе с НТ 13 припаиваются к внутренней стенке и к оконцевателю детекторных сборок металлическим припоем 16. Референтные термопары 14 также припаиваются к корпусу детекторной сборки 11 припоем 16. Предпочтительно использовать в сборках секционированный нагревательный элемент 15 кабельного типа с металлической оболочкой. Нагреватель представляет собой петлю, в которой нагревательные секции соединены последовательно. В СД разной длины размещается необходимое количество ЧЭ, которые могут размещаться как в оконцевателе, так и на боковых стенках СД.
Количество термопар (концевых и боковых) в сборке, число сборок в ИУ и длина ИУ определяются требуемым количеством точек контроля жидкости и контролируемой глубиной бассейна.
На блок-схеме (фиг. 3) показана типовая структура СКУБ, имеющая 16 точек контроля жидкости по высоте и, соответственно, 16 каналов обработки разности сигналов термопар. В корпусе 1 ИУ размещено пять СД (на фиг. 3 не показаны). В четырех периферийных СД (см. фиг. 1) размещено шестнадцать НТ 17 с индивидуальными нагревателями 18. В центральной СД размещено семнадцать РТ 19, шестнадцать из которых в парах со «своими» НТ составляют ЧЭ, а отдельная, семнадцатая РТ, служит для измерения температуры жидкости. Свободные концы термопар (не показано) и термометр сопротивления 20 размещены в термостате 8, находящемся в головке 7 ИУ. Усилитель сигналов термометра сопротивления 21 и усилители сигналов термопар 22 преобразуют сигналы в форму удобную для обработки в АЛУ, которое может быть аналоговым, цифровым, аналого-цифровым или может представлять собой программный блок вычислительного средства. Функциональные блоки в составе АЛУ выполняют обработку входных сигналов и вырабатывают управляющие сигналы. Блок 23 вычисляет температуру жидкости по сигналам нижней РТ и ТС; блок 24 по этому значению температуры и в соответствии с кривой регулирования, хранящейся в памяти, управляет мощностью секционированного нагревателя 18 через блок питания 29; блок 25 по значению температуры, получаемому от блока 23, вычисляет текущее значение температурной уставки для каждого из шестнадцати ЧЭ в соответствии с пороговой функцией, хранящейся в его памяти; каждый из шестнадцати блоков 26 сравнивает разностный сигнал, получаемый от соответствующего усилителя 22 со значением индивидуальной уставки, получаемой от блока 25 и выдает управляющий логический сигнал ключевому элементу 27, который, в свою очередь, активирует исполнительное устройство сигнализации 28. Последнее может представлять собой как техническое средство (реле, лампочка, светодиод и т.п.), так и программный блок вычислительного средства.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленная система СКУБ может быть реализована на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. она соответствуют критерию «промышленная применимость».
1. Система контроля уровня жидкости (СКУБ) в бассейне отработавшего ядерного топлива, содержащая индикатор уровня (ИУ) в виде продолговатого корпуса, в котором размещены сборки детекторов (СД) с нагреваемыми термопарами (НТ) и ненагреваемыми референтными термопарами (РТ), секционированный электронагреватель, электронную аппаратуру и линии связи, отличающаяся тем, что индикатор уровня имеет корпус в виде трубы с двойными стенками - внешней и внутренней, на каждой из стенок по всей длине выполнена продольная щель, при этом щели смещены на 180 градусов по отношению друг к другу, а между стенками размещены дистанционирующие элементы, образующие лабиринт, внутри корпуса размещено несколько СД, в одной или нескольких СД размещены НТ, которые находятся в тепловом контакте с корпусом СД и индивидуальным нагревателем, также в одной или нескольких СД размещены РТ также находящиеся в тепловом контакте с корпусом СД, свободные концы термопар и термометр сопротивления (ТС) размещены в пассивном термостате, расположенном в верхней части корпуса, электронная аппаратура содержит управляемый источник питания электронагревателя с возможностью автоматического регулирования тока в зависимости от температуры жидкости, измеряемой с помощью одной или нескольких РТ и ТС, усилители сигналов термопар и ТС с возможностью соединения с арифметическо-логическим устройством (АЛУ) и исполнительными устройствами сигнализации, обеспечивающими выполнение алгоритма функционирования системы.
2. СКУБ по п. 1, отличающийся тем, что свободные концы НТ и РТ, принадлежащие одной точке контроля наличия жидкости, соединены попарно встречно для получения разностного сигнала.
