Способ коррозионно-термических испытаний Советский патент 1992 года по МПК G01N17/00 G01N3/18 

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к коррозионно-термиче- ским испытаниям облученных длинномерных тепловыделяющих элементов (твзлов) реакторов типа ВВЭР, РБМК, БН и решает задачу оценки надежности твэлов при их нагревании до температур, преимущественно превышающих эксплуатационные (аварийные температуры), при воздействии жидкой и газообразной коррозионной среды и термоциклировании

Известен способ коррозионно-термиче- ских испытаний необлученных длинномерных твэлов реактора РБМК в вертикально

расположенной камере (автоклаве) с использованием нагревателя с длиной, превышающей длину испытуемого твэла, включающий следующие операции; твэл помещают в автоклав; автоклав герметизируют и помещают в неподвижную вертикально расположенную нагретую печь, имеющую длину не менее длины твэла; через автоклав пропускают по подогреваемому паропроводу водяной пар из внешнего источника пара; выдерживают твэл в сформированном коррозионно-термическом режиме заданное время; извлекают автокчав из печи, охлаждают автоклав, отсекают источник пара,

Ч 00

со со

00

СА)

производят разгерметизаций автоклава; извлекают твэл из автоклёв&г измеряют (изучают) эффекты автоклавирования на твэле.

Наиболее близким аналогом, совпадающим с предлагаемым изобретением является способ, заключающийся в том, что нагреванию и выдержке в парах коррозион- но-активной жидкости (в парах воды) подвергают герметизированные недлинномерные твэлы (отрезки, фрагменты твэлов). Этот способ позволяет устранить некоторые недостатки способа-аналога. В частности, он обеспечивает возможность испытывать фрагменты одного и того же твэла в различных режимах, т.е. уменьшить расход дорогостоящих твэлов; уменьшить массу и объем радиационно- и йз(5Шоопас- ных продуктов коррозии, образующийся при критических испытаниях.

Производительность испытаний по способу-прототипу не только не возрастает, но уменьшается за счет введения дополнительных операций по фрагментации исходного твэла и герметизации фрагментов. Во избежание влияния герметизированных торцев фрагмента на напряжённее состояние оболочки (торцевые эффекты) длина фрагмента должна превышать значение 10- 15 диаметров оболочки.

Невозможность сохранить во фрагментах твзлрв исходное давление и состав внут- ритвэльного газа существенно уменьшает достоверность (представительность) информации, получаемой в результате испытаний фрагментов длиномерного твэла.

Цель изобретения - повышение достоверности и производительности испытаний путем перемещения вдоль испытуемого неф рагментированного твэла нагревателя, длина которого меньше длины испытуемого твэла, и уровня жидкой агрессивной среды в зазоре между нагревателем и твэлом.

При этом повышение достоверности результатов испытаний обеспечивается за счет сохранения давления и состава внутри- твзльной среды в нефрагментированном твэле, а повышение производительности испытаний обеспечивается за счет увеличения количества коррозионно-термиче- ских и/или термоциклических испытаний, проводимых за одну загрузку камеры (автоклава).

Поставленная целъ достигается тем, что испытаниям подвергают длинномерный не- фрагментированный твэл, в котором сохраняются исходное давление и состав енутритвэльной среды; используют нагреватель, длина которого меньше длины испытуемого твэла; воздействие нагрева на

участки твэла осуществляют путем перемещения нагревателя вдоль твэла с заданной выдержкой на каждом участке; воздействие жидкой агрессивной среды обеспечивают

заполнением ею зазора между нагревателем и твэлом до или в процессе воздействия нагрева; воздействие газообразной среды обеспечивают путем поддержания уровня жидкой среды на нижней границе испытуе0 мого участка; термоциклирование осуществляется периодическим заполнением зазора жидкой средой выше верхней границы испытуемого участка; при стационарном расположении нагревателя относительно

5 испытательной цилиндрической камеры (автоклава) камеру частично заполняют жидкой агрессивной средой, твэл перемещают вдоль камеры, а перемещение уровня жидкой среды и заполнение ею зазора осуще0 ствляют изменением давления в камере; для уменьшения поглощения стенками камеры подводимой к твэлу энергии от нагревателя и наблюдения за твэлом в процессе испытаний используют камеру,

5 например, из кварца, а нагреватель выполняют кольцевым и устанавливают его на наружной поверхности камеры; для обеспечения возможности испытаний при повышенных давлениях, температурах и

0 скоростях нагрева используют нагреватель в виде высокочастотного электромагнитного индуктора, который размещают внутри металлической камеры и отделяют от твэла изолирующей трубкой, например, из квар5 ца.

На чертеже изображена схема устройства для коррозионно-термических и термоциклических испытаний, где 1 - испытуемый длинномерный нефрагментированный твэл;

0 2 - длинномерная камера (автоклав); 3 - уровень жидкой агрессивной среды (воды); 4 - нагреватель; 5 - испытуемый участок твэла; б - верхняя крышка камеры с устройствами контроля и сброса давления; 7 - тру5 бопровод для гидравлического соединения камеры с отдельной емкостью, содержащей жидкую агрессивную среду; 8 - отдельная емкость с жидкой агрессивной средой; 9 - приборы контроля давления газа; 10 - жид0 кая агрессивная среда; 11 - регулятор давления газа; 12 - источник газового давления,

Нефрагментированный твэл 1 ядерного реактора РБМК-1000, имеющий диаметр

5 t3,6 мм и длину 3644 мм, загружают с зазором в камеру 2 длиной 4000 мм, выполненную из стальной трубы d x da 10X16 мм. Производят гидравлическое соединение нижней части камеры посредством трубопровода 7 с отдельной емкостью 8 обьемом 2

л, содержащей 1 л жидкой агрессивной среды (воды) 10. Герметизируют камеры при атмосферном давлении посредством верхней крышки 6. На расстоянии, например 2000 мм от нижней части камеры устанав- ливают с зазором нагреватель - трубчатую печь сопротивления 4 СУОЛ-0,25.1.1 /12МР- ИЗ, имеющую длины нагревателя 150 мм. Резогревают печь до достижения температуры на оболочке твэла в сечении по цент- ру печи 1000°С. При этом на расстоянии Z ±75 мм от центра печи (Z 0) температура оболочки твэла составляет 400°С, а на расстоянии Z ±175 мм от центра печи температура оболочки твэла составляет 100°С. Длина испытуемого участка 5 в данном примере составляет 350 мм,

В отдельной емкости с водой создают избыточное давление газа 0,1 МПа путем ее подключения к источнику газового давле- ния 12 через регулятор давления 11. При заданном избыточном давлении газа часть воды будет выдавлзна в зазор между твэлом и стенкой камеры, т.е. частично заполнит камеру. Уровень воды 3 в камере будет на- ходиться в пределах нагреваемого участка на отметке Z - -150 мм от центра печи. Температура на отметке Z И50 мм составляет 180°С, что превышает температуру кипения воды при избыточном давлении 0,1 МПа. Поэтому часть воды будет испарена. Регулировкой давления газа в отдельной емкости (и, соответственно, в камере) поддерживают уровень воды в камере на отметке Z -165 мм от центра печи, т.е. на нижней границе испытуемого участка, где температура оболочки твэла составляет 120°С и соответствует температуре кипения воды при избыточном давлении 0,1 МПа.

Заданные условия обеспечивают на длине нагреваемого участка градиент температуры от 1000 до 100°С и соответствующий этим температурам состав коррозионной среды - вода или водяной пар различной плотности.

После выдержки испытуемого участка твэла в сформированном коррозионно-тер- мическом режиме нагреватель перемещают вверх вдоль камеры (и, соответственно, вдоль твэла) на 350 мм, т.е. на новый испы- туемый участок. Производят выдержку испытуемого участка в прежнем или новом коррозионно-термическом режиме.

В данном примере по длине оДного твэла может быть проведено за одну загрузку камеры до 10 испытаний.

Еще большее увеличение производи- тельности испытаний достигается путем использования менее протяженного нагревателя в виде, например, одновиткового электромагнитного индуктора. При необходимости проведения испытаний при повышенных давлениях (до 15 МПа), температурах i (до ISO tj,), скоростях нагрева (до 100°С/с) электромагнитный индуктор целесообразно размещать внутри металлической камеры и изолировать его от твэла, например, с помощью кварцевой трубки. В этом случае вода (пары воды) будут заполнять зазоры между твэлом и кварцевой трубкой, между кварцевой трубкой и нагревателем.

При необходимости вести наблюдения за состоянием твэла в процессе испытаний и для уменьшения поглощения стенками камеры подводимой к твэлу энергии от нагревателя камеру (или часть камеры) выполняют из оптически-прозрачного кварца, а нагреватель выполняют кольцевым и устанавливают на наружной поверхности камеры.

При необходимости проведения термоциклических испытаний (резкого охлаждения испытуемого участка после его выдержки в заданном коррозионно-термическом режиме) периодически заполняют зазор между твэлом и стенкой камеры жидкой средой (водой) путем сброса давления над уровнем воды в камере и/или увеличением давления газа в отдельной емкости 8.

Формула изобретения

1.Способ коррозионно-термических испытаний твзлов ядерных реакторов, по которому участки испытуемого твэла подвергают воздействию нагрева и жидкой и газообразной коррозионной среды и тер- моциклированию, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и производительности испытаний, используют нагреватель, длина которого меньше длины испытуемого твэла, устанавливают его с зазором относительно твэла, воздействие нагрева на участки твэла осуществляют путем перемещения нагревателя вдоль твэла с заданной выдержкой на каждом участке, воздействие жидкой агрессивной среды обеспечивают путем поддержания уровня жидкой среды на нижней границе испытуе- мого участка, а термоциклирование осуществляют периодическим заполнением зазора жидкой средой.

2,Способ по п.1, отличающийся тем, что используют вертикальную цилиндрическую камеру, частично заполняют ее агрессивной средой, твэл перемещают вдоль камеры, а перемещение уровня среды и заполнение зазора осуществляют изменением давления в камере.

3. Способ nonni и 2, отличающий- с я тем, что используют камеру из,кварца, а

нагреватель выполняют кольцевым и устанав ливают на наружной поверхности камеры.

Изобретение относится к атомной энергетике, используется при оценке надежности длинномерных твэлов в условиях повышенных (аварийных) температур, при воздействии жидкой и газообразной коррозионной среды. Цель: повышение достоверности и производительности испытаний Сущность изобретения помещают твэл в камеру из кварца, участки испытуемого твэ- ла подвергают воздействию нагрева, жидкой и газообразной коррозионной среды и термоциклированию. Используют кольцевой нагреватель, длина которого меньше длины испытуемого Yвэлa и устанавливают его с зазором относительно твэла на наружной поверхности камеры или внутри нее Перемещают нагреватель вдоль твэла с заданной выдержкой на каждом участке. До или в процессе воздействия нагрева заполняют зазор жидкой агрессивной средой и изменяют ее уровень изменением давления в камере. Воздействие газообразной среды обеспечивают путем поддержания уровня жидкой среды на нижней границе испытуемого участка, а термоциклирование осуще- ствляют периодическим заполнением зазора жидкой средой. 2 з п ф-лы, 1 ил. сл

If 9 10 11Я

|