Призначення, принцип вимірювання та функції, які виконує система виміру концентрації бору
Система вимірювання концентрації бору (СВКБ) призначена для вимірювання концентрації бору в усіх режимах роботи реакторної установки (нормальна експлуатація, зміна потужності, зупинка і перехідні процеси). СВКБ забезпечує моніторинг концентрації бору-10 (борної кислоти) у технологічних системах першого контуру при роботі енергоблоку на потужності і в період планово-попереджувального ремонту (ППР) [3].
Оскільки в процесі експлуатації реакторної установки Технологічний Регламент Безпечної Експлуатації (ТРБЕ) регламентує саме концентрацію борної кислоти (Н3ВО3) в теплоносії першого контуру, або технологічних розчинах, то дана система виконує перерахунок концентрації ізотопу 10В в концентрацію борної кислоти.
СВКБ забезпечує:
безперервне вимірювання концентрації бору за допомогою автоматичних боромірів, які базуються на принципі поглинання нейтронів;
ефективне вимірювання концентрації бору (стійкість виміру), точність, надійність, швидкий вихід на режим вимірювань;
зменшення дозових навантажень обслуговуючого персоналу АЕС.
Принцип безперервного виміру ґрунтується на зміні потужності нейтронного потоку, який випускається джерелом нейтронів, внаслідок часткового поглинання нейтронів ізотопом бору-10, яке пропорційно вмісту бору в теплоносії. Залишкове нейтронне випромінювання реєструється детектором. Виміряна величина перетворюється у відповідну величину концентрації борної кислоти. Крім того, до складу апаратури вимірювання концентрації бору (АВКБ) входять дисплеї, записуючі пристрої, і відповідне програмне забезпечення, що дозволяє відображати параметри вимірювань і реєстрацію даних в хронологічній послідовності на кожному блоці.
Система вимірювання концентрації борної кислоти більш детально забезпечує:
розрахунок концентрації борної кислоти;
проведення розрахунку змінного середнього значення концентрації бору;
проведення перерахунку виміряних даних про концентрацію борної кислоти в залежності від температури розчину;
введення калібрувальних констант розрахунку і кількості вимірів для усереднення;
обробку, зберігання і представлення інформації на панелях оператора;
точність і швидкість виміру параметра;
калібрування обладнання з використанням калібрувального бороміра;
вимірювання температури проби в вимірювальній кюветі;
вимірювання витрати проби на зливі з вимірювальної кювети;
передачу інформації про виміри по цифровому послідовному каналу RS485;
взаємодія з системою контролю і діагностики боромірів;
передачу інформації про вимірювання витрати та концентрації борної кислоти в Інформаційно-обчислювальну мережу (ІОМ) та логічний контролер;
гальванічне розділення вихідних ланцюгів від інших ланцюгів бороміра.
Структурна схема системи вимірювання концентрації бору показана на рис. 2.3.
Рис. 2.3 – Структурна схема СВКБ
До складу СВКБ входить наступне обладнання:
три датчика проточних боромірів типу BorAn PN160-1;
блоки попередніх підсилювачів (ПП);
блоки живлення і перетворення та блоки попередньої обробки інформації (БЖП та БОПІ відповідно);
блоки розподілу уніфікованого струмового сигналу з гальванічним поділом (БГРТ);
програмований контролер для управління арматурою і передачі сигналів в ІОМ та панелі оператора;
система контролю та діагностики боромірів;
панелі оператора для управління електрифікованої арматурою, зберігання і відображення інформації, сигналізації про відхилення концентрації борної кислоти, температури і витрати проби від заданих величин;
шафи РТЗО для подачі живлення по командам програмованого контролера на електрифіковану арматуру;
трубопроводи подачі проб на бороміри;
трубопроводи скидання і відведення води від боромірів з ручною і електрифікованої арматурою.
Як було сказано вище, в складі СВКБ присутні три проточних бороміри типу BorAn PN160. На кожний з боромірів може подаватися проба від трьох різних джерел, через систему пробовідбору. Джерелами проби є реактор, компенсатор тиску (КТ), система підживлення ТК, системи аварійного та планового розхолоджування ТН - 10, 20, 30. У таблиці 2.1 показано розподіл пробовідбору по боромірам для блоку №1, а в таблиці 2.2 для блоку №2 Південноукраїнської АЕС [6].
Таблиця 2.1 – Перелік боромірів і точок відбору проб блоку №1
Позначення, позиція бороміра |
Точки контролю (відбір проб) |
Режим роботи РУ |
Місце скидання проби |
BorAnPN160-1, 1TV10Q01 |
З реактора |
Робота на потужності |
Бак оргпротікань |
З КТ |
Робота на потужності |
Бак оргпротікань |
|
Напір насоса 1ТН10D01 |
Розхолоджування РУ від СЗБ №1 |
Всос насоса 1ТН10D01 |
|
BorAnPN160-1, 1TV20Q01 |
З реактора |
Робота на потужності |
Бак оргпротікань |
Напір насоса 1ТН20D01 |
Розхолоджування РУ від СЗБ №2 |
Всос насоса 1ТН20D01 |
|
BorAnPN160-1, 1TV30Q01 |
Напір бустерних насосів |
Робота на потужності, водообмін |
Всос бустерних насосів |
Напір насоса 1ТН30D01 |
Розхолоджування РУ від СЗБ №3 |
Всос насоса 1ТН30D01 |
Таблиця 2.2 – Перелік боромірів і точок відбору проб блоку №2
Позначення, позиція бороміра |
Точки контролю (відбір проб) |
Режим роботи РУ |
Місце скидання проби |
BorAnPN160, 2TV10Q01 |
З реактора |
Робота на потужності |
Бак оргпротікань |
З КТ |
Робота на потужності |
Бак оргпротікань |
|
Напір насоса 2ТН10D01 |
Розхолоджування РУ від СЗБ №1 |
Всос насоса 2ТН10D01 |
|
BorAnPN160, 2TV20Q01 |
З реактора |
Робота на потужності |
Бак оргпротікань |
Напір насоса 2ТН20D01 |
Розхолоджування РУ від СЗБ №2 |
Всос насоса 2ТН20D01 |
|
BorAnPN160, 2TV30Q01 |
Напір бустерних насосів |
Робота на потужності, водообмін |
Всос бустерних насосів |
Напір насоса 2ТН30D01 |
Розхолоджування РУ від СЗБ №3 |
Всос насоса 2ТН30D01 |
Конструкція датчика бороміра забезпечує високочутливий вимір виробничих концентрацій бору-10 до 65 г / кг. Всі вимірювання по борній кислоті визначаються перерахунком по ізотопу 10В.
Технологічна частина СВКБ забезпечує проходження проби через бороміри із заданою витратою і калібрування боромірів з використанням калібрувальних розчинів.
Складовими частинами датчика бороміра являються:
вимірювальна кювета;
ємність датчика бороміра;
джерело нейтронів;
детектор нейтронів;
термоперетворювач опору (термометр опору).
Конструкція датчика для вимірювання концентрації бору-10 і борної кислоти в технологічних системах АЕС відрізняється від конструкції датчика калібрувального бороміра. Вид збоку проточного датчика бороміра з технологічною частиною приведений на рис 2.4.
Рис. 2.4 – Вид збоку проточного бороміра BorAn PN160 з технологічною частиною
1 – ємкість датчика бороміра; 2 – стенд датчика бороміра; 3 – стенд комплекту вентилів; 4 – манометр показує; 5 – витратомір; 6, 7, 8, 9, 10 – кульові вентилі; 11 – регулятор витрати; 12 – трубопроводи сполучні; 13 – воронка; 14 – термоперетворювач опору; 15 – джерело нейтронів; 16 – носій джерела нейтронів; 17 – гільза джерела нейтронів; 18 – вимірювальна кювета.
Технологічна частина проточного бороміра (ПБ) призначена для підключення бороміра до технологічних систем АЕС, які мають різні параметри і забезпечення оптимальних параметрів для виміру концентрації бору-10 і виконання калібрування ПБ.
Підведення проб від технологічних систем АЕС виконується до вентиля (6), скидання проби – через вентиль (7). Вентилі (6, 7) пофарбовані в червоний колір (мається можливість їх замикання на замок).
Подача проб на технологічну частину бороміра для забезпечення виміру концентрації бору виробляється трубопроводом 14x2мм (14мм – зовнішній діаметр, 2мм – товщина стінки).
При підключенні технологічної частини бороміра необхідно, щоб проба від технологічної системи АЕС була охолоджена до температури 30¸50 ° C. Максимально допустима температура проби – до 80 ° C.
Залежно від максимального перепаду тиску між точками відбору і скидання вимірюваного розчину технологічної системи АЕС, в технологічній частині бороміра використовується регулятор витрати (11), який забезпечує номінальну витрату через вимірювальну кювету 40 л / год.
В режимі вимірювання концентрації бору в розчині від технологічних систем АЕС, вентилі (6, 7) – відкриті, а вентилі (8, 9, 10) – закриті і замкнені, з метою виключення несанкціонованого перемикання. Вимірюване середовище проходить через вентиль (6), вимірювальну кювету ємності датчика бороміра (1), витратомір (5), регулятор витрати (11) і скидається через вентиль (7) в технологічні системи АЕС (бак оргпротікань). Тиск розчину на подачі в боромір вимірюється манометром (4).
Детектор нейтронів розміщується всередині вимірювальної кювети і забезпечує вимірювання потоку нейтронів. Максимально допустима потужність експозиційної дози гамма-випромінювання для детектора нейтронів становить 2000 Р / год.
Ємність датчика бороміра наповнюється чистою демінералізованою водою в обсязі, приблизно 35 л, що забезпечує уповільнення нейтронів від нейтронного джерела, екранування випромінювання в навколишнє середовище і навпаки, виключає вплив фону навколишнього середовища на процес вимірювання.
Термометр опору розміщується в вимірювальної кюветі і служить для виміру температури вимірювальної проби. Показники термометра використовуються для корекції результатів заміру концентрації бору по температурі.