Устройство для автоматического анализа параметров теплоносителя и способ его реализации

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к системам для контроля параметров материалов с помощью электрохимических и магнитных средств и может применяться на атомных и тепловых электрических станциях, станциях теплоснабжения, в котельных, металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Устройство для автоматического анализа параметров теплоносителя, содержащее устройство подготовки проб, выполненное с возможностью осуществления отбора, подготовки и подачи анализируемой пробы жидкого или газового теплоносителя, анализатор жидкости, и электронный блок управления. Устройство подготовки проб содержит один теплообменник, состоящий из пароприемника и холодильника, а анализатор жидкости содержит одну измерительную ячейку, которая может содержать один или более датчик для измерения параметров теплоносителя. Также предложен способ контроля параметров теплоносителя. Технический результат - снижение габаритов, повышение надежности. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к системам для контроля параметров материалов с помощью электрохимических и магнитных средств. В частности, настоящее изобретение относится к устройствам для автоматического контроля параметров теплоносителей атомных и тепловых электрических станций, станций теплоснабжения, а также может использоваться в металлургической, химической, пищевой отраслях промышленности.

Обзор уровня техники

Надежность и устойчивость работы оборудования энергоблоков, применяемых в промышленности, во многом зависит от параметров поступающего в силовые агрегаты теплоносителя. Для непрерывного контроля параметров теплоносителя и своевременного предотвращения различных отклонений, которые могут привести к снижению срока эксплуатации изделия или к его аварии, применяются устройства, конструктивно и функционально объединяющие в себе две подсистемы - устройство подготовки проб и анализатор проб.

Известные устройства подготовки проб основаны на применении змеевиковых теплообменников, имеющих высокое гидродинамическое сопротивление и малую скорость конденсации жидкости из парообразного теплоносителя (например, заявка на изобретение РФ 2005122473). В подобных системах применяются механические редукторы давления, дроссели или переливные системы, что в свою очередь снижает общее время безотказной работы системы и требует ее регулярного технического обслуживания (например, патент на изобретение РФ 2344290).

Кроме того, известные анализаторы проб выполняются по модульному принципу, что в свою очередь приводит к увеличению погрешности измерений и требует постоянного ручного контроля параметров системы в контрольных точках (например, заявка на изобретение РФ 94026994).

Некоторые из перечисленных недостатков были устранены в устройстве для автоматического контроля водного теплоносителя электростанций (свидетельство на полезную модель РФ 38508), содержащем по меньшей мере одно устройство подготовки пробы и по меньшей мере один анализатор с датчиком. Однако в этом устройстве измерительная ячейка (отдельная емкость для измерения какого-либо параметра среды) содержит в своем составе только один датчик. При одновременном анализе нескольких параметров теплоносителя измерительные ячейки оказываются последовательно соединены между собой гидравлически, что увеличивает размеры и массу установки, а так же время обработки одной пробы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретение является разработка устройства для контроля параметров жидкого или парообразного теплоносителя, имеющего небольшие размеры и обеспечивающего при этом подготовку анализируемой пробы с необходимым уровнем надежности работы и заданными параметрами подготовки, а также быстрый и точный анализ пробы. Задачей настоящего изобретения также является разработка способа автоматического контроля параметров жидкого или парообразного теплоносителя.

Предложено устройство для автоматического анализа параметров теплоносителя и способ его реализации, содержащее устройство подготовки проб, выполненное с возможностью осуществления отбора, подготовки и подачи анализируемой пробы жидкого или парообразного теплоносителя, анализатор жидкости, содержащий по меньшей мере один датчик, и электронный блок управления. Устройство подготовки проб содержит один теплообменник, а анализатор жидкости содержит измерительную ячейку, которая может содержать один или более датчик для измерения параметров теплоносителя.

Использование только одного теплообменника, в том числе и для пара высокого давления и измерительной ячейки с одним или несколькими датчиками, обеспечивает небольшие размеры устройства, а также быстрый анализ проб.

Согласно одному из вариантов реализации теплообменник представляет собой пароприемник, выполненный с возможностью конденсации пара, причем в пароприемнике для исходного теплоносителя предусмотрен тангенциальный ввод. Указанная конструкция теплообменника позволяет осуществлять конденсацию и охлаждение пробы за небольшое время и без необходимости использования дополнительных теплообменников.

Согласно еще одному варианту реализации пароприемник выполнен с возможностью ручного отбора подготовленной пробы.

Согласно еще одному варианту реализации измерительная ячейка выполнена с возможностью промывки (чистки). Это необходимо для получения достоверных результатов измерений.

Согласно еще одному варианту реализации указанная измерительная ячейка включает несколько датчиков или их комбинаций: датчик измерения ЭДС, датчик измерения удельной электрической проводимости, датчик измерения концентрации растворенного молекулярного кислорода, датчик измерения температуры, датчик измерения давления и другие датчики.

Также предложен способ анализа параметров теплоносителя, согласно которому подают анализируемую пробу жидкого или парообразного теплоносителя в теплообменник, готовят указанную пробу в теплообменнике путем конденсации пара при наличии парообразного теплоносителя, регулируют температуру и давление указанной пробы, подают указанную пробу в измерительную ячейку, измеряют параметры указанной пробы, осуществляют промывку измерительной ячейки. При этом все этапы способа осуществляются автоматически под управлением электронного блока управления или в ручную, или комбинацией вышеуказанных способов, а указанную пробу подают в теплообменник посредством тангенциального ввода.

Другие аспекты и особенности настоящего изобретения станут понятны после ознакомления с описанием и прилагающимися чертежами.

Устройство подготовки проб и анализатор могут использоваться как совместно, так и по отдельности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 представлена функциональная схема устройства контроля параметров теплоносителя согласно одному из вариантов реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

Согласно предпочтительному варианту реализации устройство для контроля параметров теплоносителя состоит из устройства подготовки проб (УПП), содержащего теплообменник в виде пароприемника 1 с охлаждаемыми стенками и холодильника 2, и анализатора, содержащего измерительную ячейку 3, датчики 4-7, а также из электронного блока управления (см. Фиг.1). Помимо этого, для промывки ячейки 3 предусмотрена емкость 8 для хранения дистиллированной воды. Для управления перемещением теплоносителя и для функционирования устройства предусмотрены краны 19-16, которые конструктивно могут быть объединены, например, краны 13 и 14 могут быть заменены одним краном.

УПП предназначено для подготовки и подачи пробы на анализатор путем регулирования ее давления и температуры. УПП может быть использовано для работы с теплоносителями в жидкой и парообразной форме (вода и водные растворы веществ), не вызывающими коррозии нержавеющей стали и никелированной латуни.

В предпочтительном варианте реализации УПП обеспечивает:

- отбор, подготовку и подачу анализируемой пробы водного и парового теплоносителей с температурой от +30°С до +565°С и давлением от 0,05 МПа до 32 МПа на автоматические приборы химического контроля путем снижения давления и температуры;

- возможность отбора, подготовки и подачи анализируемой пробы для проведения ручного анализа оператором устройства;

- регулировку температуры анализируемой пробы на выходе от +2°С до +50°С;

- требуемый уровень срабатывания защиты (перекрытие потока анализируемой пробы при выходе температуры и/или давления пробы за установленные пределы регулировок);

- индикацию температуры, давления и расхода пробы, а так же передачу информации об измеряемых параметрах пробы и аварийных сигналов в АСУ ТП верхнего уровня;

- подключение при необходимости одновременно нескольких датчиков в зависимости от числа контролируемых параметров анализируемой пробы;

- механическую очистку пробы.

Управление запорными клапанами УПП по результатам измерения температуры пробы и сигнализации о выходе давления пробы за допустимые пределы осуществляется электронным блоком управления или вручную.

В одном из вариантов реализации УПП формирует пробу для анализатора по меньшей мере 6 раз в час. Кроме того, подготовка каждой новой пробы может происходить одновременно с контролем параметров предыдущей пробы в анализаторе.

Следует отметить, что повышение скорости формирования параметров обеспечивается конструкцией пароприемника, построенного по принципу “сцежа”. Теплоноситель в точке отбора поступает в пароприемник через тангенциальный ввод (32 кг/см² при t=565°С), т.е. пароприемник можно охарактеризовать как систему расширения с охлаждением с дальнейшей конденсацией и накоплением конденсата в нижней части пароприемника.

Анализатор представляет собой анализатор жидкости, предназначенный для измерения ЭДС электродных систем и преобразования результатов в величины концентрации/активности ионов, измерения удельной электрической проводимости, концентрации растворенного молекулярного кислорода, температуры жидкости, давления жидкости и/или других параметров как по отдельности, так и совместно, для проведения предварительной обработки результатов измерений (математической и статистической), для управления элементами регулирования и защиты УПП, для передачи в автоматические системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) массива текущих и/или накопленных данных и для выдачи выходных унифицированных аналоговых и дискретных сигналов в системы автоматического управления и регулирования.

Анализатор обеспечивает индикацию результатов измерений на цифровом индикаторе блока контроллера, сигнализацию выхода за пределы заданных значений (установок) по потенциометрическим, амперометрическим и кондуктометрическим каналам.

Анализатор имеет аналоговый выходной унифицированный сигнал постоянного тока, а также цифровой интерфейс стандарта RS-485 для передачи в автоматические системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) (не показаны) массива накопленных и текущих данных. Измерения в анализаторе обладают повышенной точностью благодаря применению новых алгоритмов обработки данных, а именно благодаря учету энтропийных процессов в тепловых контурах и в аналитических химических реакциях.

Основной контролируемой средой является вода и водные растворы первого и второго контуров и вспомогательных систем АЭС и ТЭС. Состав этой среды может включать конденсат и обессоленный конденсат турбины, питательную и котловую воду или конденсат пара, в том числе их Н-катионированные пробы. В питательной воде допускаются следующие примеси: железа и меди - до 5÷10 мкг/кг, аммиака до 1000 мкг/кг, гидразина до 100 мкг/кг. Среда может быть коррозионно-активной (рН от 5,0 до 12,5). При этом допускается наличие механических примесей с размерами частиц не более 0,3 мм.

Датчики анализатора могут включать датчик измерения ЭДС с преобразованием результатов в величины концентрации и/или активности ионов, датчик измерения удельной электрической проводимости, датчик измерения концентрации растворенного молекулярного кислорода, датчик измерения температуры, датчик измерения давления и/или других параметров как по отдельности, так и совместно.

Для измерения активности ионов рН(рХ) в растворах используется потенциометрический метод. Электродная система, применяемая в комплекте с измерительным преобразователем, состоит из ионоселективного измерительного электрода, электрода сравнения и датчика температуры.

Для измерения концентрации ионов натрия в растворах используется потенциометрический метод. Электродная система, применяемая в комплекте с измерительным преобразователем, состоит из Na-селективного измерительного электрода, электрода сравнения, датчика температуры и рН-электрода для контроля уровня подщелачивания пробы.

Для измерения концентрации молекулярного растворенного кислорода используется мембранная амперометрическая ячейка, представляющая собой электродную систему, отделенную от анализируемой среды газопроницаемой мембраной. Электродная система включает в себя индикаторный, вспомогательный и защитный электроды.

Измерение удельной электрической проводимости основано на измерении активной составляющей переменного тока, проходящего между электродами кондуктометрической ячейки, через которую протекает анализируемая среда.

Устройство контроля параметров в целом обладает повышенной надежностью из-за отсутствия механического редуктора давления, дросселя и переливной системы, а благодаря электронному блоку управления процесс проведения измерений полностью автоматизирован и не требует предварительной настройки и последующей регулировки устройства.

Способ анализа параметров теплоносителя согласно предпочтительному варианту реализации включает подачу охлаждающей воды в контур охлаждения пароприемника 1 и холодильника 2, подачу анализируемой пробы (например, перегретого пара) на тангенциальный ввод пароприемника 1. Перегретый пар, поступивший в пароприемник 1, охлаждается до температуры насыщения и конденсируется. При этом конденсат, имеющий требуемую температуру, после открытия крана 14 поступает в измерительную ячейку 3.

Пробу подготавливают путем регулировки ее температуры и давления и по сигналу датчика LE (19) кран 14 закрывается и поступивший конденсат последовательно анализируется датчиками 4, 6, 7 параметров (QE-4,QE-6,QE-7) и датчиком 5 измерения температуры (ТЕ). Результат замера поступает на электронный блок управления.

Конденсат, оставшийся в пароприемнике 1, сливают после закрытия крана 14 посредством открытия крана 13. После определения характеристик воды кран 16 открывают и сливают конденсат из ячейки 3. Далее, кран 16 закрывают и открывают кран 15, через который в ячейку 3 из емкости 8 подают воду (дистиллят) на промывку этой ячейки. После чего вода сливается из ячейки 3. По завершении этой операции весь процесс может быть возобновлен.

В системе предусмотрена возможность ручного отбора пробы при открытии крана 13. Кран 10 служит для подачи теплоносителя на установку.

Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами реализации, раскрытыми в данном описании лишь в иллюстративных целях, и охватывает все модификации и варианты, не выходящие за рамки объема и сущности изобретения, которые определены формулой изобретения.

1. Устройство для автоматического анализа параметров теплоносителя, содержащее
устройство подготовки проб, выполненное с возможностью осуществления отбора, подготовки и подачи анализируемой пробы жидкого или газообразного теплоносителя, анализатор жидкости и электронный блок управления,
отличающееся тем, что устройство подготовки проб содержит один теплообменник, состоящий из пароприемника и холодильника, а анализатор жидкости содержит одну измерительную ячейку, которая может содержать один или более датчиков для измерения параметров теплоносителя.

2. Устройство по п.1, в котором теплообменник представляет собой пароприемник, выполненный с возможностью конденсации пара, причем в пароприемнике для исходного теплоносителя предусмотрен тангенциальный ввод.

3. Устройство по п.2, в котором пароприемник выполнен с возможностью ручного отбора приготовленного теплоносителя.

4. Устройство по п.1, в котором измерительная ячейка выполнена с возможностью промывки.

5. Устройство по п.1, в котором указан по меньшей мере один измерительный датчик.

6. Устройство по п.1, в котором к анализатору подключаются датчик измерения ЭДС, датчик измерения удельной электрической проводимости, датчик измерения концентрации растворенного молекулярного кислорода, датчик измерения температуры или датчик измерения давления.

7. Способ анализа параметров теплоносителя, согласно которому подают анализируемую пробу жидкого или газообразного теплоносителя в теплообменник,
готовят указанную пробу в теплообменнике путем снижения температуры и давления указанной пробы до требуемых величин,
подают указанную пробу в измерительную ячейку, измеряют параметры указанной пробы,
осуществляют промывку измерительной ячейки,
отличающийся тем, что все этапы осуществляются как под управлением электронного блока управления, так и в ручном режиме, или их комбинацией, причем указанную пробу подают в теплообменник посредством тангенциального ввода.