Способ определения массовой концентрации кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем
Владельцы патента RU 2391653:
Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский центр - Научно-исследовательский институт атомных реакторов" (RU)
Изобретение относится к аналитическому контролю молекулярного кислорода в теплоносителе и в контурах под давлением с водным теплоносителем, в том числе в контурах исследовательских и энергетических реакторов, входящих в их состав петлевых установок, других ядерно-энергетических установок (ЯЭУ) с азотной компенсацией давления и реакторов типа ВВЭР с паровой компенсацией давления. Способ определения массовой концентрации кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем включает отбор, охлаждение и дросселирование пробы. При этом измерение массовой концентрации растворенного кислорода осуществляется амперометрическим датчиком. Также осуществляют измерение давления в контуре и датчике. Затем расчитывают массовую концентрацию кислорода. При этом измерение массовой концентрации растворенного кислорода проводят при температуре 41-50°С. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности результатов измерения массовой концентрации растворенного кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем при сохранении непрерывности и оперативности измерений. 1 табл.
Изобретение относится к аналитическому контролю молекулярного кислорода в теплоносителе и позволяет решать задачи контроля молекулярного кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем, в том числе в контурах исследовательских и энергетических реакторов, входящих в их состав петлевых установок, других ядерно-энергетических установок (ЯЭУ) с азотной компенсацией давления и реакторов типа ВВЭР с паровой компенсацией давления.
Известен способ определения массовой концентрации кислорода в теплоносителе с использованием автоматизированной хроматографической приставки АКВА, совместимой с газовым хроматографом [О.С.Бендерская, В.М.Махин и др. Газохимический мониторинг в петлевых экспериментах по обоснованию безопасности реакторов типа ВВЭР. Сб. докладов четвертой межотраслевой конференции по реакторному материаловедению. Димитровград, 15-19 мая 1995 г. В 4-х томах. T.1. Димитровград, 1996. С.210-220].
Способ включает операции отбора и подготовки пробы, градуировки датчика, а также операции сбора и обработки данных. Он представляет собой типичный вариант газовой хроматографии с предварительным отбором пробы водного теплоносителя и выделением газовой составляющей теплоносителя с помощью специальных сит на основе тетраполифторэтилена с последующим измерением молекулярного кислорода на детекторе по теплопроводности, сигналы которого обрабатывают с помощью расчета концентраций по хроматограммам.
Способ позволяет обеспечить высокую достоверность результатов в пределах чувствительности датчика, то есть может быть использован в качестве аналога.
Недостатком данного способа является невозможность обеспечения оперативности и непрерывности контроля. Кроме того, возможно облучение персонала во время пробоотбора и транспортировки пробы к месту проведения хроматографического анализа. Способ также не позволяет обеспечить достоверность измерений при определении значений микроконцентраций кислорода за пределами чувствительности методики (0,07 мг/дм3).
Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемым изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является способ определения массовой концентрации кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем [О.С.Бендерская, М.М.Красовская, О.Н.Владимирова. Способ определения массовой концентрации кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем. Патент РФ №2281488, опубликован БИПМ №22, 2006.]. Способ включает операции отбора, охлаждения и дросселирования пробы, измерения массовой концентрации растворенного кислорода амперометрическим датчиком. При этом дополнительно измеряют давление в контуре и датчике, а массовую концентрацию кислорода рассчитывают по формуле:
где СО2 - массовая концентрация кислорода в контуре, мкг/кг;
П - массовая концентрация растворенного кислорода, измеренная амперометрическим датчиком, мкг/кг;
Рк - давление в контуре, кПа;
Рд - давление в датчике, кПа.
Способ позволяет обеспечить непрерывность и оперативность измерений, однако имеет низкую достоверность измерений, так как в различных температурных интервалах погрешность измерения различна.
Целью изобретения является повышение достоверности результатов измерения массовой концентрации кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем при сохранении непрерывности и оперативности измерений.
Предлагаемый способ включает отбор, охлаждение и дросселирование пробы, измерение массовой концентрации растворенного кислорода амперометрическим датчиком, измерение давления в контуре и датчике и последующий расчет массовой концентрации кислорода, причем измерение массовой концентрации растворенного кислорода проводят при температуре 41-50°С.
Экспериментально установлено, что минимальная относительная погрешность определения массовой концентрации растворенного кислорода наблюдается в диапазоне температур 41-50°С и не превышает 5% по абсолютной величине.
Поэтому существенным отличительным признаком заявляемого способа является измерение массовой концентрации растворенного кислорода при температуре 41-50°С.
При охлаждении теплоносителя до температур, отличных от указанного диапазона (<41°С и >50°С), относительная погрешность измерения концентрации растворенного кислорода может составлять более 10%, а в заявляемом диапазоне она не превышает 5%.
Отличительный признак в совокупности с известными позволяет с высокой степенью достоверности измерять концентрацию молекулярного кислорода в водном теплоносителе контуров под давлением, в том числе ядерно-энергетических установок и других технологических контуров и емкостей, при сохранении оперативности и непрерывности процесса измерения.
В случае, если отличительный признак будет отсутствовать, данные по концентрации кислорода будут недостоверными, что может привести к ошибочным прогнозам в определении коррозионной стойкости конструкционных материалов, сделает недостоверными данные по кинетике радиолитических процессов.
Способ реализуется следующим образом.
Отбирают пробу теплоносителя путем подачи на байпасный измерительный участок контура, при этом измеряют давление в контуре (Рк). Затем пробу охлаждают до температур 41-50°С, дросселируют и подают в амперометрический датчик. Датчиком измеряют массовую концентрацию молекулярно растворенного кислорода в охлажденной и дросселированной пробе (П). Одновременно измеряют давление в датчике (Рд). Измерения производят с учетом барометрического давления. Рассчитывают отношение давления в контуре к давлению в датчике и производят поправку результата прямого измерения на величину данного отношения по формуле
В таблице 1 приведены сравнительные результаты измерения массовых концентраций кислорода в теплоносителе петлевой установки исследовательского реактора МИР, полученных на длительной временной базе при различных температурах охлажденного теплоносителя.
Приведенные данные подтверждают достоверность определения массовых концентраций кислорода в контурах с водным теплоносителем с применением заявляемого способа.
Таким образом, заявляемый способ позволяет с высокой степенью достоверности оперативно и непрерывно проводить определение массовой концентрации кислорода в водном теплоносителе контуров под давлением, в том числе в теплоносителях первых контуров ядерно-энергетических установок и других технологических контурах и емкостях, то есть обеспечивает достижение цели.
| Таблица 1 | |||
| Температура теплоносителя в датчике |
Результат измерения массовой концентрации кислорода с применением амперометрического датчика при данной температуре, мг/дм3 | Результат измерения массовой концентрации кислорода хроматографическим методом с приставкой «АКВА» (эталонный интегральный метод), мг/дм3 | Отклонение, % |
| 20 | 0,082 | 0,094 | 12,8 |
| 20 | 0,124 | 0,146 | 15,0 |
| 22 | 0,110 | 0,139 | 20,9 |
| 22 | 0,066 | 0,083 | 20,5 |
| 25 | 0,074 | 0,086 | 13,9 |
| 30 | 0,060 | 0,057 | -5,2 |
| 41 | 0,040 | 0,042 | 4,8 |
| 41 | 0,070 | 0,067 | -4,4 |
| 45 | 0,081 | 0,084 | 3,6 |
| 45 | 0,041 | 0,043 | 4,7 |
| 50 | 0,207 | 0,216 | 4,1 |
| 55 | 0,028 | 0,031 | 9,7 |
| 60 | 0,022 | 0,025 | 12,0 |
Способ определения массовой концентрации кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем, включающий отбор, охлаждение и дросселирование пробы, измерение массовой концентрации растворенного кислорода амперометрическим датчиком, измерение давления в контуре и датчике и последующий расчет массовой концентрации кислорода, отличающийся тем, что измерение массовой концентрации растворенного кислорода проводят при температуре 41-50°С.
