СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КАНАЛАХ ВОДОГРАФИТОВОГО РЕАКТОРА Российский патент 2000 года по МПК G21C17/00 

Изобретение относится к технике эксплуатации атомных станций с реакторами типа РБМК и предназначено для контроля расхода теплоносителя в технологических каналах и распределительно-групповых коллекторах.

Известен способ измерения расхода теплоносителя в технологических каналах (ТК), основанный на измерении расхода с помощью шариковых расходомеров, частота вращения шара в которых определяется с помощью магнитоиндукционных преобразователей (МИП), при этом контроль за расходом через канал (каналы) и расходами в распределительно-групповых коллекторах (РГК) осуществляется аппаратурой и оператором на основании сигналов о снижении расхода теплоносителя в канале (каналах) до уровня уставок [1].

Недостатками данного способа контроля расхода теплоносителя в технологических каналах (ТК) и распределительно-групповых коллекторах (РГК) являются:
1. Отсутствие зависимости между числом каналов, в которых достигнут уровень уставок по расходу, и суммарным снижением расхода в РГК. Это означает, что снижение расхода в РГК в известном способе фиксируется при достижении расходом уровня уставок в определенном числе ТК, тогда как, например, возможна ситуация, когда начало снижения расхода в РГК сопровождается снижением расхода во всех ТК без достижения уровня уставок в каком-либо ТК и общее снижение расхода в РГК при этом может превысить величину снижения расхода в определенном регламентом числе ТК.

2. Не решен вопрос контроля перераспределения расходов в ТК какого-либо РГК, вызванное, например, перераспределением мощностей между ТК при неизменном расходе через РГК. Это, в свою очередь, не позволяет четко отличать снижение расхода в ТК (компенсируемое соответствующим увеличением расходов в других ТК) от аварийного снижения расхода в ТК, когда происходит и одновременное с этим снижение расхода в РГК.

Устранение указанных недостатков в предлагаемом способе достигается следующим образом:
1. Для более четкой идентификации аварийного снижения расходов в ТК (в отличие от технологического перераспределения расходов в ТК) вводятся, на основе метода физического взвешивания расходов в ТК по общему расходу через РГК, "плавающие" уставки для контроля за расходами в ТК (при неизменном расходе через РГК).

2. Для ускоренной идентификации аварийного снижения расходов в РГК вводится, также на основе метода физического взвешивания, только не абсолютных значений расходов, а величин изменения расходов в ТК к величине общего изменения расхода через все каналы РГК, уставка на величину этого общего изменения. Величина этой уставки определяется как максимально возможное значение разности между установленным (заданным) значением расхода во всех ТК РГК и его текущим значением. Такая уставка дает возможность ввести многоуровневые уставки на снижение расхода для каждого ТК за счет перераспределения общего изменения расхода на различное число ТК с соответствующим изменением и значений уставок для каждого ТК. Это позволяет на более ранних стадиях идентифицировать аварийную ситуацию (например, такую как образование течи в РГК, при которой может начаться снижение расхода во всех или практически во всех ТК, что должно быть как можно более оперативно установлено) путем вариации числа ТК, в которых произошло изменение расхода.

Конкретно это реализуется следующим образом:
1. К МИП подключают многоканальное устройство (для удобства дальнейшего изложения - многоканальный датчик) измерения расхода теплоносителя (для удобства дальнейшего рассмотрения примем число каналов равным четырем, при этом первый канал является опорным).

2. Все каналы имеют по два измерительных тракта, при этом:
2.1. Первые измерительные тракты каналов предназначены:
2.1.1. опорного канала - для измерения величины периода, который соответствует значению расхода, установленному через данный ТК - Q_ТКiуст0, измеренные опорными каналами величины периодов для всех ТК данного РГК используются для определения Q_РГКуст - установленного значения расхода через РГК в целом:
(1)
2.1.2. трех других каналов - для измерения и хранения информации о величине периодов, которые соответствуют скорректированному установленному значению расхода через технологический канал - Q_ТКiуст1, Q_ТКiуст2 и Q_ТКiуст3 на отличающиеся друг от друга величины уставок - ΔQ_TKiуcт1, ΔQ_TKiуcт2 и ΔQ_TKiуcт3, при этом:
Q_TKiуcт1 = Q_TKiуcт0+ΔQ_TKiуcт1; (2а)
Q_TKiуcт2 = Q_TKiуcт0+ΔQ_TKiуcт2; (2б)
Q_TKiуcт3 = Q_TKiуcт0+ΔQ_TKiуcт3, (2в)
а
ΔQ_TKiуcт1 < ΔQ_TKiуcт2 < ΔQ_TKiуcт3. (3)
Соотношения (2a) удобнее представить в виде:
Q_TKiуcт1 = Q_TKiуcт0(1+δ₁); (4а)
Q_TKiуcт2 = Q_TKiуcт0(1+δ₂); (4б)
Q_TKiуcт3 = Q_TKiуcт0(1+δ₃), (4в)
где
δ₁ = ΔQ_TKiуcт1/Q_TKiуcт0; (5а)
δ₂ = ΔQ_TKiуcт2/Q_TKiуcт0; (5б)
δ₃ = ΔQ_TKiуcт3/Q_TKiуcт0, - (5в)
относительные значения уставок.

2.2. Вторые измерительные тракты каналов предназначены:
2.2.1. опорного канала - для измерения величины периода, соответствующего текущему значению расхода через данный ТК - Q_ТКiтек0.

Измеренные опорными каналами значения расходов для всех ТК данного РГК используются для определения текущего значения расхода через РГК в целом - Q_РГКтек по соотношению:
(6)
2.2.2. трех других каналов - для измерения и оценки текущего значения расхода - Q_ТКiтек по сравнению с соответствующими установленными значениями с использованием следующих соотношений:
Q_ТКiтек - Q_ТКiуст1 ≤ 0; (7а)
Q_ТКiтек - Q_ТКiуст2 ≤ 0; (7б)
Q_ТКiтек - Q_ТКiуст3 ≤ 0. (7в)
2.3. Для повышения надежности измерений и расширения функциональных возможностей способа каналы датчиков измерений расхода в каждом ТК объединены в измерительные группы контролируемого РГК, при этом:
опорная группа (группа измерения расхода в РГК) - включает в себя опорные каналы всех датчиков для измерения установленного Q_ТКiуст0 и текущего Q_ТКiтек значений расходов теплоносителя во всех каналах данного РГК для определения по ним установленного Q_РГКуст и текущего Q_РГКтек значения расхода в РГК по соотношениям (1) и (6) соответственно;
первая группа (группа измерения начала снижения расходов в ТК на величину ΔQ_TKiуcт1) - включает в себя первые каналы всех датчиков для измерения Q_ТКiуст1 и Q_ТКiтек, запоминания значений расходов Q_ТКiуст1 и сравнения их с текущими значениями расходов теплоносителя Q_ТКiтек во всех каналах данного РГК для определения с использованием соотношений (7а) числа каналов N₁, в которых уровень снижения расхода превысил (или достиг) значений ΔQ_TKiуcт1;
вторая группа (группа измерения промежуточного снижения расходов в ТК на величину ΔQ_TKiуcт2) - включает в себя вторые каналы всех датчиков для измерения Q_ТКiуст2 и Q_ТКiтек, запоминания значений расходов Q_ТКiуст2 и сравнения их с текущими значениями расходов теплоносителя Q_ТКiтек во всех каналах данного РГК для определения с использованием соотношений (7б) числа каналов N₂ в РГК, в которых уровень снижения расхода превысил (или достиг) значений ΔQ_TKiуcт2;
третья группа (группа измерения снижения расходов на величину ΔQ_TKiуcт3) - включает в себя третьи каналы всех датчиков для измерения Q_ТКiуст3 и Q_ТКiтек, запоминания значений расходов Q_ТКiуст3 и сравнения их с текущими значениями расходов Q_ТКiтек теплоносителя во всех каналах данного РГК для определения по ним с использованием соотношений (7в) числа каналов N₃ в РГК, в которых уровень снижения расхода превысил (или достиг) значений ΔQ_TKiуcт3.
3. С помощью опорной группы определяют наличие общего снижения расхода в РГК с использованием соотношения:
Q_РГКуст - Q_РГКтек ≤ 0. (8)
4. С помощью первой группы определяют наличие начала снижения расхода теплоносителя в каналах РГК и, при наличии снижения расхода теплоносителя в N₁ или большем числе каналов на величину ΔQ_TKiуcт1, формируют соответствующий сигнал в схему аварийной защиты реактора (N₁ - заданное число каналов).

5. С помощью второй группы определяют наличие снижения расхода теплоносителя до некоторого промежуточного уровня в каналах РГК и, при наличии снижения расхода теплоносителя в N₂ или большем числе каналов на величину ΔQ_TKiуcт2, формируют соответствующий сигнал в схему аварийной защиты реактора (N₂ - заданное число каналов, при этом N₂ меньше N₁).

6. С помощью третьей группы определяют наличие снижения расхода теплоносителя до уровня существующих уставок, равного Q_ТКiуст3, в каналах РГК и, при наличии снижения расхода теплоносителя в N₃ или большем числе каналов на величину ΔQ_TKiуcт3, формируют соответствующий сигнал в схему аварийной защиты реактора (N₃ - заданное число каналов, при этом соответственно число N₃ меньше N₂, которое, в свою очередь, меньше N₁).

7. Число каналов N₁, N₂ и N₃ и соответствующие величины снижения расходов в них ΔQ_TKiуcт1, ΔQ_TKiуcт2 и ΔQ_TKiуcт3 связаны между собой соотношением:
(9)
то есть соотношение (9) в принципе определяет основу выбора числа каналов N₁, N₂ и N₃ и уровни значений уставок Q_ТКiуст1, Q_ТКiуст2 и Q_ТКiуст3 (Q_ТКiуст1, Q_ТКiуст2 и Q_ТКiуст3 связаны соотношениями (2) и (3) с ΔQ_TKiуcт1, ΔQ_TKiуcт2 и ΔQ_TKiуcт3). Соотношение (9) также показывает, как реализуется физическое взвешивание величин изменения расходов в ТК по величине изменения расхода в РГК путем распределения общего изменения расхода в РГК ΔQ_сниж на различное число ТК (от N₁ до N₃).

8. При числе ТК, меньшем N₁, в которых расход ниже установленного уровня Q_ТКiуст1, и, при отсутствии ТК со снижением расхода на величины ΔQ_TKiуcт2 и ΔQ_TKiуcт3, а также при
Q_РГКтек = Q_РГКуст, (10)
происходит смена уставок расходов по схеме:
Q'_ТКiуст0 = Q_ТКiтек

(11)

где
Q'_ТКiуст0 - новое установленное значение расхода в i-том ТК;
Q'_ТКiуст1, Q'_ТКiуст2, Q'_ТКiуст3 - новые установленные значения расхода, увеличенные по сравнению с Q'_ТКiуст0 на величину уставок соответственно;
δ₁, δ₂ и δ₃ - относительные значения уставок, определяемые по соотношениям (5а), (5б) и (5в) соответственно.

Производимая смена уставок при неизменном расходе через РГК позволяет отслеживать изменения расхода в каналах РГК, обусловленные, например, перераспределением энерговыделения (мощности) между ними. Фактически это означает, что выполняется соотношение
(12)
то есть происходит перераспределение расходов между каналами при неизменном расходе через РГК, и это позволяет на основе физического взвешивания расходов в ТК по общему расходу через РГК производить корректировку уставок в процессе контроля за расходами в ТК.

В то же время при наличии снижения расхода через РГК процесс корректировки уставок блокируется.

Таким образом, достижение заявляемой цели производится на основе информации, получаемой от многоканальных устройств контроля расхода, устанавливаемых на каждом ТК, что позволяет по сравнению с известным способом существенно повысить надежность измерений аварийного снижения расхода как в ТК, так и в РГК в целом, и проконтролировать этот процесс за время, близкое к времени одного оборота чувствительного элемента (шара) шарикового расходомера (практически это время определяется временем, необходимым для измерения расхода теплоносителя в канале с минимальным его значением).

Сущность предлагаемого способа может быть более детально пояснена примером реализации его устройством (фиг. 1), а также временных диаграмм (фиг. 2-5), характеризующих работу устройства.

На фиг. 1 приведена блок - схема устройства, на которой приняты следующие обозначения:
1_1-N - блоки проверки инверсности сигналов, снимаемых с МИП;
2_1-N- 5_1-N - измерительные каналы;
6-9 - блоки формирования сигналов для схемы аварийной защиты реактора;
10 -схема ИЛИ.

Работа устройства на фиг. 1 может быть охарактеризована временными диаграммами на фиг. 2-5.

Обозначения, принятые на фиг. 2-5:
F_мип - текущая частота импульсов, снимаемых с МИП;
T_мип - текущий период обращения шара расходомера;
T₀ ≡ 1/Q_ТКiуст0 - установленный (заданный) период обращения шара расходомера, обратно пропорциональный установленному (заданному) расходу Q_ТКiуст0 в i-том ТК;
τ₁ ≡ ΔQ_TKiуcт1/(Q_TKiуcт0•Q_TKiуcт1) - приращение периода, пропорциональное ставке ΔQ_TKiуcт1 на снижение расхода в i-том ТК;
τ₂ ≡ ΔQ_TKiуcт2/(Q_TKiуcт0•Q_TKiуcт2) - приращение периода, пропорциональное уставке ΔQ_TKiуcт2 на снижение расхода в i-том ТК;
τ₃ ≡ ΔQ_TKiуcт3/(Q_TKiуcт0•Q_TKiуcт3) - приращение периода, пропорциональное уcтaвке ΔQ_TKiуcт3 на снижение расхода в i-том ТК;
τ - текущее приращение периода, пропорциональное текущему снижению ΔQ_TKiсниж расхода в i-том ТК.

На фиг. 2 представлены диаграммы для случая, когда
T_мип = 1/F_мип > T₀+τ₃, (13)
то есть для случая резкого снижения расхода до уровня, перекрывающего все три введенные уставки.

Как видно из фиг. 2, флаг (в данном случае под флагом понимается сигнал постоянного уровня) для блоков 7-9, формирующих сигналы для схемы аварийной защиты реактора, выставляется всеми тремя каналами датчика блоками 3_i - 5_i.

На фиг. 3 представлен случай постепенного снижения расхода от момента времени
T₀+τ₁ ≤ T_мип = 1/F_мип < T₀+τ₂ (14)
до
T_мип = 1/F_мип > T₀+τ₃. (15)
Фиг. 3 в этом случае показывает процесс постепенного выставления флагов на формирование аварийных сигналов измерительными каналами датчика. Диаграммы на фиг. 4 аналогичны диаграммам на фиг. 3, только они приведены для случая снижения расхода от момента времени
T₀+τ₂ ≤ T_мип = 1/F_мип < T₀+τ₃ (16)
до
T_мип = 1/F_мип > T₀+τ₃. (17)
Блок проверки инверсности 1 предназначен для проверки полярности сигналов с МИП (при изменении направления течения теплоносителя в случае разрыва ТК полярность импульсов, снимаемых с МИП, меняется) и выдачи соответствующего сигнала "Разрыв ТК" в схему формирования аварийных сигналов.

Сигнал "Блокировка", показанный на фиг. 1, предназначен для блокирования выдачи устройством соответствующих сигналов при проведении регламентных работ, связанных с изменением (например, профилированием) расходов через ТК.

Сигнал "Пуск" предназначен для проведения устройством измерения и запоминания расходов в ТК и РГК и формирования уставок с последующим переводом устройства в режим текущих измерений в соответствии с алгоритмом, изложенным в п.п. 1-8 настоящего описания.

На фиг. 5 графически представлен процесс физического взвешивания расходов на примере 2-х каналов при постоянном значении расхода Q_РГКтек через РГК.

Источник информации
1. Конструирование ядерных реакторов: Учеб. пособие для вузов/И.Я. Емельянов, В.И.Михан, В.И.Солонин; Под. общ. ред. акад. Н.А.Доллежаля. - М.: Энергоиздат, 1982, с. 221.

Использование: при контроле расхода теплоносителя и целостности технологических каналов и распределительно-групповых коллекторов, для повышения быстродействия и надежности определения аварийного снижения расхода теплоносителя. Сущность изобретения: измеряют расход теплоносителя через технологические каналы (ТК), при этом идентификацию аварийного изменения расхода в технологических каналах производят с учетом физического взвешивания расходов в технологических каналах по расходу в распределительно-групповом коллекторе (РГК), для чего измерение расходов теплоносителя в ТК и РГК производят одновременно с определением величины отклонений расходов в ТК от заданных значений и числа ТК, в которых произошли эти отклонения, путем взвешивания величины изменения расходов в ТК к заданной величине изменения расхода в РГК с использованием многоуровневых уставок на значения расхода для каждого ТК. 5 ил.

Способ контроля расхода теплоносителя в технологических каналах (ТК) водографитового реактора, основанный на измерении расхода теплоносителя через технологические каналы реактора, отличающийся тем, что идентификацию аварийного изменения расхода в технологических каналах производят с учетом физического взвешивания расходов в технологических каналах по расходу в распределительно-групповом коллекторе (РГК), для чего измерение расходов теплоносителя в технологических каналах и РГК в целом производят одновременно с определением величины отклонений расходов в ТК от заданных значений и числа ТК, в которых произошли эти отклонения, путем взвешивания величины изменения расходов в ТК к заданной величине изменения расхода в РГК с использованием многоуровневых уставок на значения расхода для каждого ТК.