Способ и устройство для получения жидкой пробы

 

Изобретение относится к способу и устройству для получения жидкой пробы из защитной противоаварийной оболочки реактора атомной электростанции с помощью пробоотборного сосуда. С помощью импульса давления 28 в пробоотборном сосуде 8 образуют газовую подушку 15 в пространстве газовой подушки 13. Газовую подушку 15 используют для транспортировки части находящейся в пробоотборном сосуде 8 жидкости 6 из защитной противоаварийной оболочки реактора 2. Технический результат заключается в обеспечении получения представительных жидких проб для измерения вне оболочки, например, радиоактивности пробы. 2 с. и 14 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для получения жидкой пробы из защитной противоаварийной оболочки реактора атомной электростанции с помощью пробоотборного сосуда.

В области ядерной техники часто встает задача, без ухудшения прочности и герметичности оболочки получать извне представительные жидкие пробы находящейся в оболочке жидкости. Эти пробы должны подвергаться измерениям вне оболочки, например, на радиоактивность. При отборе проб должны избегаться отложения составных частей пробы, искажающие результат измерения. Кроме того, отбор проб должен быть выполнимым также с рассчитанными на условия аварии, предпочтительно механически пассивными компонентами.

При отборе жидких проб из внутреннего пространства защитной противоаварийной оболочки реактора атомной электростанции, в частности из ее отстойника, при тяжелой неисправности или аварии устанавливаются усложненные условия. Всасывание среды отстойника вследствие возможно высокого давления пара этой среды отстойника может быть очень невыгодным. И, например, по причинам готовности электрической энергии, вследствие недостаточной стойкости к излучению и т. д. работа насоса не может быть достаточно гарантирована. Таким образом здесь нужно искать пути, чтобы также при этих усложненных условиях обеспечить надежный отбор проб.

Из ЕР 0598789 B1 известны способ и устройство для получения проб из атмосферы в герметично замкнутой емкости, в частности, из защитной противоаварийной оболочки реактора атомной электростанции. При этом пробу заполняют в пробоотборный сосуд, и растворимые и/или конденсируемые в транспортирующей жидкости составляющие пробы выводят вместе с транспортирующей жидкостью из защитной противоаварийной оболочки реактора. Следует заметить, что способ и устройство, описанные там, предназначены не для жидких проб, а для газообразных проб.

Задачей настоящего изобретения является указание способа и устройства выше названного вида, которые предназначены для отбора жидких проб и надежно работают также при упомянутых усложненных условиях.

Относительно способа названная задача решается согласно изобретению за счет того, что в пробоотборном сосуде с помощью импульса давления образуют газовую подушку, которую используют для транспортировки по меньшей части, находящейся в пробоотборном сосуде жидкости из защитной противоаварийной оболочки реактора.

Предпочтительно действуют таким образом, что в предвключенной первой фазе перед заданием импульса давления жидкость из защитной противоаварийной оболочки реактора вводят в пробоотборный сосуд. Это может происходить, в частности, за счет того, что с пробоотборным сосудом соединяют емкость, находящуюся при пониженном давлении. Тогда емкость всасывает через подключенный соединительный трубопровод жидкость из защитной противоаварийной оболочки реактора в пробоотборный сосуд.

В последующей второй фазе - как упомянуто - с помощью импульса давления в пробоотборном сосуде образуют газовую подушку. Это может происходить путем открывания стоящего под давлением резервуара. Например, этот резервуар может быть емкостью, давление в которой создано компрессором, или газовым баллоном, находящимся под собственным давлением.

Параметры импульса давления ориентируются на местные условия. Для обычных расчетов величина импульса давления может составлять несколько бар, предпочтительно от 2 до 5 бар, а продолжительность импульса давления может составлять несколько секунд, предпочтительно от 20 до 100 секунд.

В следующей после этого третьей фазе, которая следует после подачи импульса давления, газовая подушка в пробоотборном сосуде может расширяться в находящуюся при пониженном давлении емкость. За счет этого, по меньшей мере, часть находящейся в пробоотборном сосуде жидкости вытесняется из пробоотборного сосуда в емкость.

Названная задача относительно устройства решается согласно изобретению за счет того, что пробоотборный сосуд содержит в верхней части пространство газовой подушки, которое соединено с датчиком импульса давления.

Предпочтительная форма выполнения отличается тем, что пробоотборный сосуд является предпочтительно цилиндрическим сосудом с входным отверстием для жидкости в области дна и с проходным отверстием для газа в области свода, а также с байпасным трубопроводом между областью дна и подключением, лежащим вне области свода.

В качестве датчика импульса давления может быть предусмотрен подлежащий открыванию посредством клапана резервуар, например емкость, доводимая до давления компрессором, или газовый баллон.

Датчик импульса давления целесообразно через ведущий в корпус реактора трубопровод соединяют с проходным отверстием для газа в области свода пробоотборного сосуда. Кроме того, доводимая до пониженного давления емкость может быть подключена через соединительную арматуру к пробоотборному сосуду. Обе названные последними формы выполнения могут быть предпочтительным образом скомбинированы друг с другом так, что в защитной противоаварийной оболочке реактора нужен только один единственный ввод.

К выходам емкости могут быть подключены, кроме того, жидкостной насос и газовый компрессор.

Примеры выполнения изобретения поясняются ниже с помощью семи фигур, на которых показаны: Фигура 1 устройство для получения жидкой пробы, которое работает с соответствующей изобретению техникой импульсов давления, Фигура 2 вырез этого устройства в первой фазе, в которой заполняют пробоотборный сосуд, Фигура 3 тот же самый вырез во второй фазе, в которой за счет импульса давления в пробоотборном сосуде получают транспортирующее давление, Фигура 4 тот же самый вырез, в котором в третьей фазе происходят разгрузка давления и транспортировка жидкости отстойника, Фигура 5 принципиальный эскиз входного отверстия пробоотборного сосуда, которое здесь имеет непостоянный выход и постоянный вход, Фигура 6 принципиальный эскиз пробоотборного сосуда с подключенной перед ним цилиндрической камерой в фазе всасывания (малое сопротивление), Фигура 7 показанный на Фигуре 6 принципиальный эскиз в фазе транспортировки (высокое сопротивление).

Устройство согласно фиг. 1 рассчитано для защитной противоаварийной оболочки реактора 2 не представленной более подробно атомной электростанции. Внутри этой защитной противоаварийной оболочки реактора 2 находится отстойник 4 из жидкой среды отстойника 6, в частности воды, которая в случае аварии может быть радиоактивной и поэтому должна соответственно контролироваться. Для этой цели в отстойнике 4 расположен пробоотборный сосуд 8. Последний выполнен в данном случае вверху в основном цилиндрическим и затем снизу коническим. В области дна он содержит входное отверстие для жидкости 10 и в области свода - проходное отверстие для газа 12, причем последнее снабжено подключением для транспортирующего трубопровода 14. Важным является байпасный трубопровод 16, который расположен между областью дна или несколько выше, как представлено, и лежащей вне области свода соединительной точкой 14а. В верхней части пробоотборного сосуда 8 образуется пространство газовой подушки 13, которое в определенной фазе эксплуатации заполнено газовой подушкой 15 (предпочтительно из воздуха). Транспортирующий трубопровод 14 соединен через ввод 17, проходящий через стенку защитной противоаварийной оболочки реактора 2, и две закрывающие арматуры 18 с местом разветвления 20.

К месту разветвления 20 подключен, с одной стороны, датчик импульса давления 22 и, с другой стороны, емкость 24, которая выполняет различные функции.

На одной стороне происходит подключение датчика импульса давления 22 через трубопровод импульса давления 26, через который импульсы давления могут правильно по времени подаваться в направлении защитной противоаварийной оболочки реактора 2. Подобный импульс давления на трубопроводе импульса давления 26 схематически обозначен позицией 28. Датчик импульса давления 22 в настоящем случае состоит из резервуара 30, который через клапан 32 соединен с трубопроводом 26. В случае резервуара 30 может идти речь о емкости 34, которая посредством компрессора 36 доводится до повышенного давления или поддерживается при нем. Для создания давления при этом может служить воздух или азот. Возможно также использовать в качестве резервуара 30 соответствующий газовый баллон или несколько таких баллонов. Важным является, что клапан 32 представляет собой быстродействующий клапан.

На другой стороне места разветвления 20 расположена через соединительный трубопровод 40 и соединительную арматуру 42 емкость 24. Как станет понятным позднее, емкость 24 действует не только в качестве сборного или приемного сосуда для жидкой пробы, но и также как датчик разряжения. Емкость 24 подключена первым выходом через жидкостной насос 44 к анализатору 46. Этот анализатор 46 служит для разбавления пробы и анализа. Он измеряет, в частности, имеющуюся в пробе радиоактивность. Его выход через трубопровод обратной подачи 48 и клапан 50 соединен с соединительным трубопроводом 40 и тем самым с местом разветвления 20.

Второй выход емкости 24 ведет через трубопровод откачки 52 и компрессор или нагнетатель 54, а также через клапан 56 также к соединительному трубопроводу 40 и тем самым к месту разветвления 20. Таким образом следует констатировать, что как датчик импульса давления 22 с помощью клапана 32, так и емкость 24 с помощью соединительной арматуры 42 являются подключаемыми к транспортирующему трубопроводу 14 и тем самым соединяемыми с пробоотборным сосудом 8.

Относительно работы представленного устройства следует сказать следующее.

В предварительной фазе вначале в отстойнике 4 защитной противоаварийной оболочки реактора 2 пробоотборный сосуд 8 нагружают давлением. Это происходит через транспортирующий трубопровод 14 и арматуры 18, а также клапан 32 из датчика импульса давления 22 сжатым воздухом или азотом. За счет этого пробоотборный сосуд 8 опорожняют.

В следующей затем первой фазе, которая представлена, в частности, на фиг. 2, происходит заполнение пробоотборного сосуда 8. Пробоотборный сосуд 8 доводится до давления, меньшего по сравнению с давлением защитной противоаварийной оболочки реактора 2 за счет того, что соединительная арматура 42 к емкости 24, которая имеет более низкое давление, чем защитная противоаварийная оболочка реактора 2, открывается. Пробоотборный сосуд 8 за счет этого заполняется средой отстойника 6.

После этого во второй фазе происходит приложение транспортирующего давления. Для этого пробоотборный сосуд 8 из емкости 34 кратковременно нагружают через быстро открывающийся клапан 32 давлением газа. А именно датчиком импульса давления 22 выдается импульс давления 28. Жидкость в пробоотборном сосуде 8 - вследствие давления газа - вытекает через расположенное внизу входное отверстие 10. То есть происходит обратное вымывание в защитную противоаварийную оболочку реактора 2.

В следующей после этого третьей фазе имеет место разгрузка давления и тем самым транспортировка воды отстойника. В этой фазе находящийся в трубопроводах 14, 26 и 40 газ быстро расширяется в емкость 24, которая к этому моменту времени обладает более низким давлением по сравнению с давлением защитной противоаварийной оболочки реактора 2. За счет этого через транспортирующий трубопровод 14, а именно вследствие газовой подушки 15 в пространстве газовой подушки 13 пробоотборного сосуда 8, часть находящейся в пробоотборном сосуде 8 жидкости транспортируется через транспортирующий трубопровод 14 из защитной противоаварийной оболочки реактора 2. Эта часть жидкости попадает в качестве пробы в емкость 24. Она может быть подвергнута измерению в анализаторе 46.

Для подготовки следующего отбора пробы емкость 24 откачивают после этого через компрессор или нагнетатель 54.

Представленным на Фигуре 1 устройством удается брать пробы расположенных ниже и/или кипящих жидкостей посредством только одного проходящего через ввод 16 защитной противоаварийной оболочки реактора 2 транспортирующего трубопровода 14. Возможной является также транспортировка - при избежании испарения - через легко реализуемые в установке высшие точки в трубопроводах 14, 26, 40.

Важным является, что втекание пробы в пробоотборный сосуд 8 происходит снизу. За счет этого осаждения могут соответственно вымываться и следующая проба не будет загрязняться.

Внутренний диаметр транспортирующего трубопровода выбирают больше/равным 10 мм так, что за счет имеющегося поверхностного натяжения достигается пробочное течение воды и исключается расслоение в горизонтальных частях трубопроводов на двухфазный поток.

Предпочтительные формы выполнения входного отверстия 10 пробоотборного сосуда 8 для уменьшения обратно вымываемого в защитную противоаварийную оболочку реактора 2 количества жидкости состоят в том, что это входное отверстие 10 выполнено так, что потери напора в обоих направлениях течения (при заполнении сосуда 8 и при обратном вымывании в защитную противоаварийную оболочку реактора 2) являются различными.

Фигура 5 показывает при этом форму выполнения с патрубком 58. Этот патрубок 58 находится на нижнем конце пробоотборного сосуда 8. Он имеет в направлении входа 60 непрерывное входное отверстие 62 и в направлении выхода 64 прерывное входное отверстие 66. Патрубок 58 таким образом действует в качестве одностороннего ограничителя расхода. Здесь коэффициент падения напора входного отверстия 62 в направлении входа 60 в два - три раза ниже, чем в направлении выхода 64.

Особенно предпочтительным является показанное на фиг. 6 и 7 выполнение пробоотборного сосуда 8 с односторонним ограничителем расхода 70. Последний обладает в фазе всасывания (фиг. 6) малым сопротивлением, а в фазе транспортировки (фиг. 7) высоким сопротивлением. Ограничитель расхода 70 состоит из цилиндрической камеры 72 с тангенциальным присоединительным патрубком 74 и аксиальным присоединительным патрубком 76. В фазе всасывания (сравни фиг. 6), то есть при заполнении пробоотборного сосуда 8, среда отстойника 6 входит через аксиальный патрубок 76, затопляет цилиндрическую камеру 72 и переходит из нее через тангенциальный патрубок 74 в пробоотборный сосуд 8. В этом направлении сопротивление потоку ограничителя расхода 70 является малым. Оно может поддерживаться еще меньшим, например, за счет диффузоров в обоих патрубках 74, 76.

В последующей фазе транспортировки (сравни фиг. 7), в результате тангенциального входа через патрубок 74, в цилиндрической камере 72, а также в выходном патрубке 76 образуется завихрение с соответственно высокой потерей напора. Из литературы известны при сравнимых формах течения, например при отделении пыли из газов в циклонах, потери напора, составляющие многократные, например, больше, чем пятикратное от потери напора соответственно обтекаемого колена трубы.

Установку ограничителя расхода 70 предпочтительно производят так, что при первом нагружении давлением является возможным остаточное опорожнение, то есть аксиальный присоединительный патрубок 76 устанавливают в вертикальном направлении.

Преимущество выполнения пробоотборного сосуда 8 с ограничителем расхода 70 согласно Фигурам 6 и 7 заключается в том, что можно значительно увеличивать продолжительность времени фазы транспортировки при неизменном сечении входного отверстия и таким образом увеличивать также общее транспортируемое количество среды отстойника, а также достижимую высоту транспортировки.

Формула изобретения

1. Способ для получения жидкой пробы из защитной противоаварийной оболочки реактора атомной электростанции с помощью прооботборного сосуда, отличающийся тем, что с помощью импульса давления в пробоотборном сосуде образуют газовую подушку, которую используют для транспортировки, по меньшей мере, части находящейся в пробоотборном сосуде жидкости из защитной противоаварийной оболочки реактора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед подачей импульса давления жидкость из защитной противоаварийной оболочки реактора вводят в пробоотборный сосуд.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что для введения жидкости емкость, находящуюся при пониженном давлении, соединяют с пробоотборным сосудом.

4. Способ по любому из пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, то импульс давления создают посредством открытия находящегося под давлением резервуара, например, емкости, доведенной до давления компрессором, или газового баллона.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что величина импульса давления составляет несколько бар, предпочтительно от 2 до 5 бар, а продолжительность импульса давления составляет несколько секунд, предпочтительно от 20 до 100 с.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что после подачи импульса давления газовую подушку в пробоотборном сосуде расширяют в емкость, находящуюся при пониженном давлении, за счет чего, по меньшей мере, часть находящейся в пробоотборном сосуде жидкости вытесняется из пробоотборного сосуда в эту емкость.

7. Устройство для получения жидкой пробы из защитной противоаварийной оболочки реактора атомной электростанции с помощью пробоотборного сосуда, отличающееся тем, что пробоотборный сосуд содержит в верхней части пространство газовой подушки, которое соединено с датчиком импульса давления.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что пробоотборный сосуд предпочтительно выполнен в виде цилиндрического сосуда с входным отверстием жидкости в области дна и с проходным отверстием газа в области свода, а также с байпасным трубопроводом между областью дна и расположенной вне области свода соединительной точкой.

9. Устройство по п. 7 или 8, отличающееся тем, что датчик импульса давления содержит открываемый посредством клапана резервуар, например, емкость, доводимую до давления компрессором, или газовый баллон.

10. Устройство по любому из п. 7-9, отличающееся тем, что датчик импульса давления через ведущий в защитную противоаварийную оболочку реактора трубопровод соединен с проходным отверстием газа в области свода пробоотборного сосуда.

11. Устройство по любому из п. 7-10, отличающееся тем, что доводимая до давления емкость подключена через соединительную арматуру к пробоотборному сосуду.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что к выходу емкости подключен анализатор для жидкостей.

13. Устройство по п. 11 или 12, отличающееся тем, что к выходам емкости подключены жидкостной насос и газовый компрессор.

14. Устройство по любому из пп. 7-13, отличающееся тем, что к проходному отверстию газа в области свода пробоотборного сосуда подключен транспортирующий трубопровод, который ведет к месту разветвления, к которому подключены трубопровод импульса давления и соединительный трубопровод.

15. Устройство по любому из пп. 7-14, отличающееся тем, что входное отверстие жидкости образовано патрубком с непрерывно изменяющимся сечением входа и прерывно изменяющимся сечением выхода.

16. Устройство по любому из пп. 7-14, отличающееся тем, что входное отверстие жидкости образовано полой цилиндрической камерой с тангенциальным присоединительным патрубком и с аксиальным присоединительным патрубком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7