ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ R E P U B L. ! K A (19)
POPIS VYNÁLEZU 250102 (li)
K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ
(M)
(51) Int. Cl.* G 21 C 17/00
(22) Přihlášeno 17 09 84 (21) (PV 6949-84)
(40) Zveřejněno 18 09 86 0#AD PRO VYNÄIEZY A OBJEVY
(75) Autor vynálezu
(45) Vydano 15 05 88
ČERVINKA JIRI i n g , BANOVEC JOSEF i n g , BRNO
(54) Zařízení k indikaci p r ů n i k u vody do k a p a l n é h o sodíku v nádobe, potrubí či p a r n í m g e n e r á t o r u
Zařízení používající se k indikaci průniku vody do sodíku v nádobě, potrubí nebo parním g e n e r á t o r u sestává z řídicího bloku, prvního a d r u h é h o analyzátoru a alespoň jednoho t e p l o m ě r n é h o čidla, kdy toto teplom ě r n é čidlo, první kovová m e m b r á n a prvního analyzátoru a d r u h á kovová membrána d r u h é h o a n a l y z á t o r u jsou ve styku s kapalným sodíkem umístěným v jedné a téže nádobě, nebo ve s t e j n é m sodíkovém potrubí. První analyzátor se přitom skládá z prvního vakuoměru vymezeného první kovovou m e m b r á n o u a prvním ventilem a druhý analyzátor sestává z d r u h é h o vakuoměru vymezeného druhou kovovou m e m b r á n o u a druhým ventilem, přičemž oba dálkově ovládané ventily, obě iontové vývěvy i oba vakuoměry, jsou spolu s teploměrným čidlem napojeny vodiči ma řídicí blok. Zařízení je možno použít u p a r n í c h g e n e r á t o r ů s rychlými sodíkovými r e a k t o r y .
250102
••J9 te ^ -
73
250102 3
4
Vynález se týká zařízení к indikaci průniku vody do k a p a l n é h o sodíku v nádobě, potrubí či p a r n í m g e n e r á t o r u , ze současné kalibrace analyzátorů vodíku v k a p a l n é m sodíku a ze současného zkoušení s p r á v n é f u n k c e těchto analyzátorů. Pronikání vody, p ř í p a d n ě vodní páry, do k a p a l n é h o sodíku použitého jako nosiče tepla v p a r n í m g e n e r á t o r u j a d e r n é e l e k t r á r n y s rychlým sodíkovým r e a k t o r e m je počátkem havarijního stavu. Toto p r o n i k á n í musí být včas a spolehlivě zjištěno, aby mohla být postižená část p a r n í h o g e n e r á t o r u , tj. sekce, větev apod., včas odstavena z provozu. V opačném p ř í p a d ě může dojít к havárii, jejíž následkem je zničení části parního g e n e r á t o r u a ohrožení zdraví pracovníků j a d e r n é elektrárny. Jedním ze základních p r o s t ř e d k ů ke zjištění p r o n i k á n í vody či páry v p a r n í m g e n e r á t o r u do sodíku jsou v s o u č a s n é době analyzátory vodíku v kapaln é m sodíku, založené na difúzi vodíku ze sodíku t e n k o s t ě n n o u kovovou m e m b r á n o u , zhotovenou nejčastěji z niklu, n ě k d y též z čistého železa, do vysokovakuového prostoru, odkud je vodík odsáván a kvantitativně m ě ř e n iontovou vývěnou. O úspěšné činnosti analyzátoru při provozní aplikaci rozhod u j e především jeho spolehlivý a bezporuchový provoz, jednoznačnost výstupních inf o r m a c í a správnost a citlivost měření. Nevýhodami těchto a n a l y z á t o r ů na souč a s n é m stupni vývoje jsou tyto skutečnosti: za provozu na p a r n í m g e n e r á t o r u nelze bez p ř e r u š e n í m ě ř e n í testovat správnou f u n k c i a provést ověřovací kalibraci a n a l y z á t o r u a lze jen velmi obtížně a zdlouhavě za provozu zjišťovat, zda jeho jednotlivé části správně p r a c u j í a zda v jeho výstupním signálu nejsou zachyceny n á h o d n é poruchy a šumy. Kromě toho výsledky měření tohoto analyzátoru jsou z n a č n ě závislé na teplotě kapaln é h o sodíku a teplotě difúzni membrány, na difúzních vlastnostech membrány, na jejím korozním stavu, p ř í p a d n ě na stavu jejího nasycení různými látkami, dále na čerpací rychlosti iontové vývěvy a na její čerpací charakteristice, k t e r á se tzv. „aktivací e l e k t r o d " mění, dále na vakuových vlastnostech celého zařízení a jeho tzv. „vakuové historii". Všechny tyto nepříznivé vlivy je n u t n o kompenzovat, aby zařízení pracovalo spolehlivě a přesně. Uvedené nedostatky pak snižují spolehlivost měření a ve svém d ů s l e d k u i důvěryhodnost a jednoznačnost výstupních ú d a j ů analyzátorů o stavu, v parním g e n e r á t o r u . Nejistota o jeho s p r á v n é f u n k c i při provozu z n a č n ě snižují hodnotu analyzátoru jako d e t e k t o r u havárie. Nesprávné f u n k c e a n a l y z á t o r u v provozu může způsobit f a l e š n é signály havárií, falešná odstavení p a r n í c h g e n e r á t o r ů a jejich částí, což má za následek výpadky ve výrobě elektrické energie a z n a č n é ekonomické ztráty. Uvedené n e d o s t a t k y o d s t r a ň u j e nebo alespoň p o d s t a t n ě snižuje zařízení podle vynálezu, jehož p o d s t a t a spočívá v tom, že sestává z
řídicího bloku, prvního analyzátoru, druhého analyzátoru a n e j m é n ě jednoho teploměrného čidla, a toto t e p l o m ě r n é čidlo, první kovová m e m b r á n a prvního analyzátoru a d r u h á kovová m e m b r á n a d r u h é h o analyzátoru jsou ve styku s k a p a l n ý m sodíkem umístěným v jedné a téže nádobě či v jednom témž sodíkovém potrubí; a první a n a l y z á t o r sestává jednak z prvního v a k u o m ě r e m opat ř e n é h o p r o s t o r u vymezeného první kovovou m e m b r á n o u a prvním ventilem, jednak z třetího p r o s t o r u vymezeného prvním ventilem a první iontovou vývěvou a druhý analyzátor sestává z d r u h é h o v a k u o m ě r e m o p a t ř e n é h o prostoru vymezeného d r u h o u kovovou m e m b r á n o u a d r u h ý m ventilem, j e d n a k ze čtvrtého p r o s t o r u vymezeného d r u h ý m ventilem a d r u h o u iontovou vývěvou oba dálkově ovládané ventily, tj. první ventil, p r v n í iontová vývěva, první vakuom ě r i d r u h ý vakuoměr i t e p l o m ě r n é čidlo jsou napojeny vodiči na řídicí blok. Uvedeným zařízením podle vynálezu se získávají e x p e r i m e n t á l n ě závislosti proudu prvé i d r u h é iontové vývěvy na k o n c e n t r a ci vodíku v sodíku a na teplotě sodíku, které jsou průběžně se změnou podmínek korigovány, a tak jsou analyzátory za provozu k v a n t i t a t i v n ě kalibrovány podle okamžitého stavu sodíku v PG, zvláště podle jeho teploty, a t a k é podle okamžitého stavu součástí analyzátorů. Tím se d o s á h n e dokonalé a jednoduché kompenzace všech rušivých vlivů. Přitom se s o u č a s n ě zajistí tok časově n e p ř e t r ž i t ý c h informací o těsnosti parního g e n e r á t o r u . Pomocí mikrodávkovacího ventilu lze v kterémkoli k r o k u m ě ř e n í zavést do prostoru iontové vývěvy o d m ě ř e n é mikromnožství testovacího plynu, obvykle vodíku, prověřit tak správnou f u n k c i ; iontové vývěvy a p ř í p a d n ě i řídicího a vyhodnocovacího systému. Zařízení к indikaci p r ů n i k u vody do sodíku podle vynálezu je zabezpečena znalost o s p r á v n é f u n k c i jak jednotlivých uzlů zařízení, tak i systému jako celku v k a ž d é m okamžiku jeho provozu, což zabezpečuje spolehlivost měření a jednoznačnost výsledků a t é m ě ř vylučuje nebezpečí f a l e š n ý c h poplachů, čímž se zamezuje vzniku obrovských ekonomických ztrát n á s l e d k e m výpadků elekrické energie při provozu e l e k t r á r e n . Příklad zařízení к indikaci netěsnosti parního g e n e r á t o r u podle vynálezu je uveden schematicky na přiloženém obrázku. Na výstupním sodíkovém potrubí 8 sekce parního generátoru jaderné elektrárny s rýchlým sodíkovým r e a k t o r e m jsou vedle sebe instalovány dva analyzátory: první analyzátor 18 a d r u h ý analyzátor 19 tak, že do k a p a l n é h o sodíku sodíkového potrubí jsou ponořeny první kovová m e m b r á n a 6 a druhá kovová m e m b r á n a 7, obě zhotoveny z vrstvy niklu o tloušťce 0,10 mm, vzdálenost mezi m e m b r á n a m i je 300 mm. К příslušným m e m b r á n á m p ř i l é h a j í vakuová potrubí tvo-
2 5 010 2 6 řící první vakuoměrný prostor 9 a druhý vakuoměrný prostor 10, na něž jsou napojený jednak první vakuoměr 13 a druhý vakuoměr 14, jednak dálkově ovládané ventily; p r v n í ventil 2 a d r u h ý ventil 3. к nimž dosedají další vakuová potrubí: první vývěvový prostor 11 a d r u h ý vývěvový prostor 12 přiléhající к iontovým vývěvám, к první iontové vývěvě 4 a d r u h é iontové vývěvě 5. Na první vývěvový prostor 11 je napojena va-kuovým potrubím s dávkovacím ventilem 18 láhev testovacího plynu 17 s náplní čistého vodíku. Uprostřed mezi oběma kovovými m e m b r á n a m i je zasazeno do sodíkového potrubí 8 teploměrné čidlo 15, jímž je termočlánek. Teploměrné čidlo 15, první vakuoměr 13 a d r u h ý vakuoměr 14, první ventil 2 a druhý ventil 3 a první iontová vývěva 4 a d r u h á iontová vývěva 3 jsou napojeny vodiči 20 na řídicí blok 1. Provoz prvního analyzátoru 18 a d r u h é h o analyzátoru 19 je řízen automaticky řídicím blokem 1 ve dvouetapových periodách, které se stále střídají. Etapy jsou zahajovány a končeny okamžikem, kdy na povel řídicího bloku 1 se buď první ventil 2 či druhý ventil 3 otevře a současně alternativní z obou ventilů se uzavře. V první etapě je otevřen ventil 2 a uzavřen d r u h ý ventil 3 ia jsou prováděna k o n t i n u á l n ě tato měření: první iontová vývěva 4 vytváří pot ř e b n é provozní vakuum ve vakuové soustavě prvního analyzátoru 13 a měří proudovou odezvu, která je f u n k c í k o n c e n t r a c e vodíku, který pronikl z k a p a l n é h o sodíku sodíkového potrubí 8 a celou vakuovou soustavou prvního analyzátoru 18, tj. první kovovou m e b r á n o u B, prvním vakuoměrným prostorem 9 a prvním ventilem 2 do prvního vývěvového p r o s t o r u 11, přitom tuto měřenou k o n c e n t r a c i u r č u j e těsnost celé vakuové soustavy prvního analyzátoru 18. První vakuoměr 13 měří přímo tlak vodíku ve vakuové soustavě prvního a n a l y z á t o r u 18. Na začátku první etapy, v prvních sekund á c h se podle p r ů b ě h u snížení tlaku ve vakuové soustavě prvního analyzátoru 18 testuje čerpací schopnost první iontové vývevy 4. Při změně k o n c e n t r a c e vodíku v sodíku následkem p r ů n i k u vody do sodíku, rea g u j e na tuto změnu nejen první iontová vývěva 4, ale ve známé závislosti též první vakuoměr 13. Současně d r u h á iontová vývěva 5 k o n t r o l u j e svou kontinuální činností těsnost d r u h é h o vývěvového p r o s t o r u 12, a d r u h é h o ventilu 3. Konečně, d r u h ý vakuo-
měr 14 měří k o n t i n u á l n ě tlak ve d r u h é m v a k u o m ě r n é m p r o s t o r u 10, který od uzavření d r u h é h o ventilu 3 stoupá následkem vyrovnávání parciálním tlakem vodíku v kapalném sodíku v sodíkovém potrubí 8 difúzí přes druhou kovovou m e m b r á n u 7. Podle teploty sodíku m ě ř e n é t e p l o m ě r n ý m čidlem 15 se testuje korozní stav d r u h é kovové m e m b r á n y 7. Nakonec dosáhne tlak v prvním vývěvovém p r o s t o r u 11 zhruba kons t a n t n í rovnovážné hodnoty prakticky rovné parciálnímu tlaku vodíku v sodíku. Podle Sievertova zákona je tento parciální tlak f u n k c í k o n c e n t r a c e vodíku v sodíku, měřené stále teploměrným čidlem 15. Řídicí blok 1 následkem toho zjišťuje absolutní k o n c e n t r a c e vodíku v sodíku a přiřadí ji к ú d a j ů m zjištěným za d a n é teploty sodíku první iontovou vývěvou 4 a prvním vakuom ě r e m 13, čímž tyto přístroje kalibruje. Po dosažení a změření konstatního rovnovážného tlaku ve d r u h é m v a k u o m ě r n é m prostoru 10 řídicí blok uzavře první ventil 2 a současně otevře d r u h ý ventil 3, čímž začne d r u h á etapa provozu měření. Ve druhé etapě si .,první" součástky vymění své f u n k c e s „druhými". Jinak je měření principiálně stejné jako v první etapě. V případě potřeby lze prověřit správnost m ě ř e n í iontových vývěv a v a k u o m ě r ů ve d r u h é etapě nadávkováním známého množství vodíku či jiného testovaného plynu dávkovacím ventilem 18 do prvního vývěvového prostoru z láhve 17 testovacího plynu. Řídicí blok 1 uchovává v paměti poslední výsledky kalibrace, k o r i g u j e podle ní ú d a j e jednotlivých přístrojů, při vzájemném nesouhlasu jednotlivých měřicích přístrojů upozorní na jejich pravděpodobnou p o r u c h u a v p ř í p a d ě náhlého zvýšení k o n c e n t r a c e vodíku v kapalném sodíku sodíkového potrubí 8 signalizuje havárii. Jeho ú d a j e jsou vždy nejedním způsobem ověřeny, a proto jsou spolehlivé a jednoznačné. Pravděpodobnost falešných poplachů a s tím souvisejících ekonomických ztrát je n e s r o v n a t e l n ě menší, než-li u podobných zařízení používaných doposud. Zařízení podle vynálezu může být použito u p a r n í c h g e n e r á t o r ů , jejich částí, sekcí, větví apod., j a d e r n ý c h e l e k t r á r e n s rychlými sodíkovými reaktory, zvláště v jejich soustavách havarijní ochrany, na zkušebních sodíkových smyčkách, s t e n d e c h a podobných zařízení p r a c u j í c í c h s k a p a l n ý m sodíkem.
250102 8
7
P Ř E D M Ě T
1. Zařízení к indikaci p r ů n i k u vody do k a p a l n é h o sodíku v nádobě, potrubí či parním g e n e r á t o r u vyznačující se tím, že sestává z řídicího bloku (1), p r v n í h o analyzátoru (18), d r u h é h o a n a l y z á t o r u [19) a nejm é n ě jednoho teploraěrného čidla (15), a toto t e p l o m ě r n é čidlo (15), první kovová m e m b r á n a (6) p r v n í h o analyzátoru (18) a d r u h á kovová m e m b r á n a (7) d r u h é h o analyzátoru (12) jsou ve styku s k a p a l n ý m sodíkem umístěným v jedné a téže nádobě či v jednom a témž sodíkovém potrubí (8), přičemž první analyzátor (18) je o p a t ř e n prvním v a k u o m ě r e m (13) spojeným s prvním p r o s t o r e m (9) vymezeným první kovovou m e m b r á n o u (6) a prvním ventilem (2), a s třetím p r o s t o r e m (11) vymezeného prvním ventilem (2) a první iontovou vývěvou
V Y N A L E Z U
(4). a d r u h ý analyzátor (19) je opatřen druhým v a k u o m ě r e m (14) spojeným s prostorem (10) vymezeného d r u h o u kovovou memb r á n o u (7) a d r u h ý m ventilem (3), a se čtvrtým p r o s t o r e m (12) vymezeného druhým ventilem (3) a d r u h o u iontovou vývěvou (5), přičemž cba dálkově ovládané ventily, tj. první ventil (3), první iontová výveva (4) i d r u h á iontová vývěva (5), první vakuoměr (13) i d r u h ý vakuoměr (14) a t e p l o m ě r n é čidlo jsou n a p o j e n y vodiči (20) na řídicí blok (1). 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že buď na třetí vakuový prostor (11), nebo na čtvrtý vakuový prostor (12) je nap o j e n a přes mikrodávkovací ventil (16) láhev testovacího plynu (17).
1 list výkresů
2 5 010 2
—
---"S.
тг ô
