СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗАЗОРА МЕЖДУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ КАНАЛОМ И ГРАФИТОВОЙ КЛАДКОЙ РЕАКТОРОВ РБМК Российский патент 2000 года по МПК G21C17/112 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и служит для определения ресурса работы ядерных реакторов типа РБМК по критерию исчерпания зазора в системе технологический канал (ТК) - графитовая кладка (ГК).

Известны способы определения ресурса работы ядерных реакторов РБМК, заключающиеся в экстраполяции данных краткосрочных экспериментальных исследований свойств и поведения материалов ТК и ГК в условиях радиационного облучения на длительные сроки -10-20 лет [1].

Недостатком указанных способов являются низкая точность вследствие невозможности точного воспроизведения режимов эксплуатации указанных изделий при экспериментальных исследованиях.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, при котором производят прямое измерение зазора в системе ТК - ГК посредством различных датчиков, например вихретоковых [2].

Недостатком способа является низкая точность измерений по причине крайне слабого влияния величины зазора на показания таких датчиков.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Указанная цель достигается за счет того, что для определения зазора в канал вставляют термосканирующее устройство, заполняют канал водой с температурой, ниже температуры стенки канала, и фиксируют скорость охлаждения стенки канала в реперных точках, затем сливают воду и фиксируют скорость разогрева стенки канала в реперных точках, при этом расстояние между реперными точками равно расстоянию между большим и малым графитовыми кольцами, а число точек контроля температуры в сечении канала составляет не менее четырех, и они расположены попарно на линиях максимального диаметра канала.

Схема реализации способа и конструкция ТК показана на фиг. 1. В режиме остановленного реактора, в период планового ремонта, температура кладки за счет взаимодействия с остаточным радиоактивным излучением находится в пределах 100-150 градусов по Цельсию. Охлаждение кладки происходит за счет принудительной циркуляции инертного газа гелия или азота в зазоре 3 между ТК и ГК. Геометрия зазора между ТК и ГК задается графитовыми кольцами большего 4 и меньшего 5 диаметра так, что кольцо большего диаметра 4 касается графитовой кладки и образует зазор с наружной стенкой ТК 2 порядка 2 мм. Кольцо меньшего диаметра касается наружной стенки ТК и образует зазор с графитовой кладкой 1 также порядка 2 мм. Кольца 4 и 5 расположены по высоте ТК и ГК поочередно (участок АВ). Нарушение величины зазора происходит в результате радиационного распухания графитовой кладки, с одной стороны, и увеличения диаметра канала, с другой. В этом случае происходит сплошное касание колец 4 и 5 как графитовой кладки, так и наружной поверхности ТК (участок CD), фиг. 1. Кроме того, к нарушению величины зазора приводит искривления осей ТК и ГК. Нарушение величины зазора приводит к ухудшению охлаждения кладки, а при полном его исчерпании - к защемлению ТК.

Предлагаемый способ основан на использовании разницы температурных градиентов между графитовой кладкой 1 и стенкой ТК 2 в точках касания графитовых колец типа 4 и типа 5 соответственно. Указанная разница образуется за счет различия коэффициентов теплопроводности каналов передачи тепла SA, и SB, фиг. 1. Канал SA образован средами графит (кладка) - графит (кольцо 4) - графит (кольцо 5) - металл (ТК). Канал SB образован средами графит (кладка) - графит (кольцо 4) - зазор (гелий или азот) - металл (ТК). При наличии постоянного теплоотвода с внутренней поверхности ТК, который осуществляется за счет циркуляции теплоносителя 6 по тракту 7-8, формируются различные температурные градиенты в тепловых трактах SA и SB. Это приводит к адекватной градиентам разнице температур на внутренней поверхности ТК в точках А и В. В случае полного исчерпания зазора формируется канал передачи тепла третьего типа - графит (кладка) - графит (кольцо 4) - металл (ТК), см. участок CD, фиг. 1. Таким образом все три типа состояния зазора будут формировать характерное распределение температурного поля на наружной и внутренней поверхности ТК.

На фиг. 2 (кривая 1) показаны графики флуктуаций температурного поля по высоте ТК на его внутренней поверхности в зависимости от состояния зазора. Позиция 9 фиг. 2 соответствует температуре в точке B фиг. 1, позиция 10 соответствует температуре в точке А, а позиция 11 участку с нулевым зазором CD, фиг. 1. В случае станционарного режима разогрева стенки канала градиент температуры в каждом из вышеописанных каналов передачи тепла остается постоянным. Высокая степень теплопроводности циркония способствует существенному выравниванию температурных полей на внутренней стенке ТК, что затрудняет их фиксацию. Кроме того, в режиме стационарного разогрева существенный вклад в суперпозицию температурных полей вносят тепловые поля посторонних источников тепла, например топливных сборок в соседних ячейках. Оценка вклада таких источников в суммарное поле температур достаточно затруднен.

В предлагаемом способе, в качестве информативного параметра, соответствующего величине воздушного (заполненного гелием или азотом) зазора предлагается использовать время разогрева или охлаждения стенки ТК в режиме изменения градиента температуры. Заметное изменение градиента можно достигнуть, например, при наливании или удалении холодной воды из ТК или при ограничении доступа теплоносителя к локальной точке ТК на время произведения замеров (момент касания датчика температуры к стенке ТК). Для реализации способа измерительный зонд 12 оснащается разнесенными по высоте датчиками температуры или термосканерами R, К, F, фиг. 1, расположенные с шагом, равным расстоянию между большим и малым графитовыми кольцами. Термосканер погружается в канал и фиксируется, неподвижно охватывая датчиками выбранный объем реперных точек контроля. Очевидно, что скорость повышения температуры в таких точках после удаления теплоносителя будет зависеть от величины газового зазора, см. фиг. 2, кривая 2. Сравнение скоростей разогрева и охлаждения стенки ТК позволяют производить исключение случайных погрешностей измерения за счет сравнения кривых. Контроль температуры в двух противоположных точках на линии максимального диаметра позволит производить сверку градуировочных характеристик датчиков в функции от величины зазора по заранее известному значению прироста зазора в противоположных точках контроля на уровне большего кольца 4.

Так как предлагаемый способ диагностики реализуется в режиме нестанционарного разогрева, он практически нечувствителен к посторонним источникам тепла и максимально чувствителен к процессам теплопередачи, связанным именно с величиной зазора.

Способ позволит определять также зоны разрыва контакта между большим и малым графитовыми кольцами вследствие нарушения на этих участках регулярности колебаний температуры или скорости ее изменения на внутренней стенке ТК.

Реализация предлагаемого способа измерений возможна как с помощью различного рода датчиков температуры, например термопар, так и с использованием тепловизоров с фиксацией данных на видеокассете, или других систем бесконтактного измерения температуры поверхности - ультразвуковых или лазерных.

Использование предлагаемого способа существенно повысит качество, скорость и достоверность диагностики зазора в системе ТК-ГК РБМК. Это позволит точно прогнозировать сроки ремонта или замены оборудования активной зоны реактора.

Источники информации
1. Долежаль Н.А., Емельянов И.Я. "Канальный ядерный энергетический реактор" - М. Атомиздат, 1980.

2. Сборник трудов Кафедры "Автоматика, контроль и диагностика АЭС" - Обнинск, ИАТЭ, 1993, с. 15-18.

Использование: для повышения качества, скорости и достоверности диагностики зазора в системе ТК-ГК РБМК, что позволит точно прогнозировать сроки ремонта или замены оборудования активной зоны реактора. Сущность изобретения: в канал вставляют термосканирующее устройство, заполняют канал водой с температурой, ниже температуры стенки канала, фиксируют скорость охлаждения стенки канала в реперных точках, затем сливают воду и фиксируют скорость разогрева стенки канала в реперных точках, при этом расстояние между реперными точками равно расстоянию между большим и малым графитовыми кольцами, а число точек контроля температуры в сечении канала составляет не менее четырех и они распложены попарно на линиях максимального диаметра канала. 2 ил.

Способ контроля зазора между технологическим каналом и графитовой кладкой реакторов РБМК, заключающийся в фиксации зависимости параметров датчиков в функции от величины зазора, отличающийся тем, что в канал вставляют термосканирующее устройство, заполняют канал водой с температурой ниже температуры стенки канала и фиксируют скорость охлаждения стенки канала в реперных точках, затем сливают воду и фиксируют скорость разогрева стенки канала в реперных точках, при этом расстояние между реперными точками равно расстоянию между большим и малым графитовыми кольцами, а число точек контроля температуры в сечении канала составляет не менее четырех и они расположены попарно на линиях максимального диаметра канала.