用于控制反應堆設備和核反應堆設備中的氧氣濃度的方法和裝置制造方法及圖紙

公開了一種用于調節反應堆設備的冷卻介質中的氧氣濃度的方法和系統，該反應堆設備包括反應堆、位于所述反應堆中的冷卻介質、氣體系統、質量交換裝置、分散器和用于感測冷卻介質中的氧氣濃度的傳感器。該方法包括由系統執行的以下步驟：估算氧氣濃度；將氧氣濃度與可容許值進行比較；估算氧氣濃度的變化；如果濃度降低，則將降低值和/或降低速率與相應的閾值進行比較；如果氧氣濃度的降低值和/或降低速率低于閾值，則激活質量交換裝置；如果氧氣濃度的降低值和/或降低速率高于閾值，則將含氧氣體從氣體系統饋送到冷卻介質周圍的空間和/或激活分散器。技術效果：使冷卻介質中的氧氣濃度的調節更加可控，并且提高反應堆設備的安全性和使用壽命。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及核能工業和核反應堆設備，并且更具體地涉及具有液態金屬冷卻介質的核反應堆設備(ядернымреакторнымустановкам)。同時，本專利技術還可以被應用于各種非核反應堆設備。
技術介紹
具有液態金屬冷卻介質的核反應堆設備的關鍵問題之一是反應堆結構材料的腐蝕。為了防止腐蝕，使用形成保護性氧化物涂層的技術。反應堆結構材料(例如，鋼)的耐腐蝕性取決于這些涂層的完整性。應當指出的是，所提及的問題可能發生在具有非液態金屬冷卻介質的核反應堆設備和非核反應堆設備中。盡管本專利技術相對于具有液態金屬冷卻介質的核反應堆設備進行了描述，但是本專利技術也可以用在具有非液態金屬冷卻介質的核反應堆設備和非核反應堆設備中。氧氣傳統上被用于形成氧化物涂層。當反應堆設備運行時，結構材料的組分(例如鐵、鉻以及其它)擴散到冷卻介質中。由于所提及的結構材料的組分對氧化劑(例如，氧氣)具有較高的化學親和力，所以冷卻介質中結構材料的鐵、鉻以及其它組分的濃度的增加使氧化劑(例如，氧氣)的濃度降低。這可能導致保護性氧化物涂層的溶解，這將顯著提高腐蝕速率。因此，為了將腐蝕速率降低到確保反應堆設備在安全模式下長期運行的最低水平，需要向冷卻介質供應氧化劑以將其濃度增加到保護性氧化物涂層不被溶解在冷卻介質中這樣的水平。在這方面，氧氣是相當合適的氧化劑，因為它可以以氣體或不同材料(例如，制成冷卻介質的那些)的氧化物的形式被供應到冷卻介質中。鑒于上述情況，重要的是控制和保持冷卻介質中氧化劑的所需濃度，特別是氧氣的濃度，使得與冷卻介質接觸的反應堆內表面上的保護性氧化物涂層不被溶解在冷卻介質中，從而防止反應堆材料的腐蝕。由于氧氣被不斷地消耗用于擴散到冷卻介質中的結構材料的鐵、鉻以及其它組分的氧化，所以為了將氧氣濃度保持在確保反應堆材料的最小腐蝕速率的規定范圍內，氧氣應當被供應到冷卻介質中，例如，當達到規定范圍的下限或氧氣濃度降低到低于可容許水平時。專利RU2100480(1997年12月27日公告)公開了用于增加冷卻介質中氧氣濃度的這樣的方法，將與惰性氣體混合的氧氣注入到冷卻介質表面上方的保護性氣體中或直接注入到冷卻介質中，以及溶解冷卻介質中的冷卻介質組分氧化物。然而，上述專利所描述的方法具有這樣的缺點：不可能控制氧氣注入到冷卻介質中(冷卻介質中氧氣濃度的增加)，即：氧氣供應的開始/結束和冷卻介質氧化物的溶解、測量冷卻介質中氧氣濃度的速率，即：將要供應的氧氣和將要溶解的冷卻介質氧化物的體積。此外，當向冷卻介質表面上方的大量保護性氣體供應與惰性氣體混合的氧氣時，氧氣擴散到冷卻介質中的速率相對較低并且冷卻介質表面上形成氧化物膜(外皮)的風險隨著與惰性氣體混合的氧氣分數的升高而增加。專利RU2246561(2005年2月20日公告)公開了用于可控溶解冷卻介質中的冷卻介質氧化物的方法和裝置，但不包括關于用于控制以氣態形式注入到冷卻介質中的氧氣的可能性的任何數據。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種用于控制以氣態形式供應的反應堆設備中并且更具體地核反應堆設備的冷卻介質中的氧氣濃度的方法和裝置。此外，本專利技術的目的是確保核反應堆設備在不同模式(例如反應堆結構材料的鈍化模式、正常運行模式、在保護性氧化物涂層破壞期間的異常模式以及其他)下的有效且安全的準備和運行。鑒于上述情況，本專利技術的其它目的是在用于控制(增加)冷卻介質中的氧氣濃度、提高用于氧氣濃度控制的設備的安全性和提供確保核反應堆設備在所有模式下的安全準備和運行的設備控制系統的方法之間切換。本專利技術的目的是通過使用用于控制反應堆設備的冷卻介質中的氧氣濃度的方法來實現的，該反應堆設備包含反應堆、位于反應堆中的冷卻介質、具有朝向反應堆的近冷卻介質空間的出口的氣體系統、置于冷卻介質中保持固相冷卻介質氧化物并且適于使冷卻介質流過它的質量交換裝置、部分置于冷卻介質中并且部分安裝在近冷卻介質空間中并且適于從近冷卻介質空間向冷卻介質供應氣體的分散器、以及位于冷卻介質中的氧氣傳感器。使用該方法，按如下步驟進行：基于從冷卻介質中的氧氣傳感器接收到的數據來估算冷卻介質中的氧氣濃度；將氧氣濃度的估算值與可容許值進行比較；如果估算的冷卻介質中的氧氣濃度的變化表明濃度降低，則將降低值和/或降低速率與相應的閾值進行比較；如果冷卻介質中的氧氣濃度的估算值低于可容許值并且估算的氧氣濃度的降低值和/或降低速率低于相應的閾值，則激活質量交換裝置；如果冷卻介質中的氧氣濃度的估算值低于可容許值并且估算的氧氣濃度的降低值和/或降低速率高于相應的閾值，則從系統向近冷卻介質空間供應含氧氣體和/或激活分散器。如果在激活質量交換裝置或供應含氧氣體和激活分散器之后，估算的冷卻介質中的氧氣濃度達到或超過可容許值，則該方法的優選選擇提出停用質量交換裝置或分散器和/或停止從氣體系統向近冷卻介質空間供應含氧氣體。此外，除了停止從氣體系統向近冷卻介質空間供應含氧氣體之外，可以從氣體系統向近冷卻介質空間供應無氧氣體。本專利技術的目的還通過使用反應堆設備的冷卻介質中的氧氣濃度的控制系統來實現，該反應堆設備包含反應堆、位于反應堆中的冷卻介質、具有朝向反應堆的近冷卻介質空間的出口的氣體系統、置于冷卻介質中保持冷卻介質的固相氧化物并且適于使冷卻介質流過它的質量交換裝置、部分置于冷卻介質中并且部分置于近冷卻介質空間中并且適于從近冷卻介質空間向冷卻介質供應氣體的分散器、以及位于冷卻介質中的氧氣傳感器。該控制系統包括：用于估算冷卻介質中的氧氣濃度的模塊，其被設計為：接收來自冷卻介質中的氧氣傳感器的數據、基于接收到的關于冷卻介質中的氧氣濃度的數據來估算氧氣濃度、并且將估算值傳送至用于將冷卻介質中的氧氣濃度的估算值與可容許值進行比較的模塊；用于將冷卻介質中的氧氣濃度的估算值與可容許值進行比較的模塊，其適于：獲取來自氧氣濃度估算模塊的冷卻介質中的氧氣濃度的估算值并且將其與可容許值進行比較；用于估算冷卻介質中的氧氣濃度的降低的模塊，其適于：估算冷卻介質中的氧氣濃度的降低值和/或降低速率以及將估算的冷卻介質中的氧氣濃度的降低值和/或降低速率傳送到用于比較所估算的冷卻介質中的氧氣濃度的降低的模塊；用于比較估算的冷卻介質中的氧氣濃度的降低的模塊，其適于：接收估算的冷卻介質中的氧氣濃度的降低值和/或降低速率并且將其與相應的閾值進行比較；用于控制質量交換裝置的模塊，其被配置為：如果估算的冷卻介質中的氧氣濃度低于可容許值并且估算的氧氣濃度的變化值和/或變化速率低于相應的閾值，則激活質量交換裝置；用于控制氣體系統和/或分散器的模塊，其被配置為：如果估算的冷卻介質中的氧氣濃度低于可容許值并且估算的氧氣濃度的變化值和/或變化速率高于相應的閾值，則通過向近冷卻介質空間供應含氧氣體來激活氣體系統和/或激活分散器。在其變體之一中，用于估算冷卻介質中的氧氣濃度的降低的模塊可以被配置為：基于從用于估算冷卻介質中的氧氣濃度的模塊接收到的估算的冷卻介質中的氧氣濃度來估算冷卻介質中的氧氣濃度的降低值和/或降低速率。此外，用于估算冷卻介質中的氧氣濃度的降低的模塊的一些變體可以適于：確定冷卻介質中的氧氣濃度的降低并且將信息傳送到用于比較估算的冷卻介質中的氧氣濃度的降低的模塊和/或用于控制質量交換裝置的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于控制反應堆設備的冷卻介質中的氧氣濃度的方法，其特征在于，所述反應堆設備包括反應堆、位于所述反應堆中的所述冷卻介質、具有朝向所述反應堆的近冷卻介質空間的出口的氣體系統、置于所述冷卻介質中的質量交換裝置、分散器以及位于所述冷卻介質中的氧氣傳感器，所述質量交換裝置包含所述冷卻介質的固相氧化物并且適于使所述冷卻介質流過它，所述分散器部分置于所述冷卻介質中并且部分置于所述近冷卻介質空間中并且適于從所述近冷卻介質空間向所述冷卻介質供應氣體，所述方法包含以下步驟：?基于從所述冷卻介質中的所述氧氣傳感器接收到的數據來估算所述冷卻介質中的所述氧氣濃度；?將估算的所述冷卻介質中的所述氧氣濃度與可容許值進行比較；?估算所述冷卻介質中的所述氧氣濃度的變化；?如果估算的所述冷卻介質中的所述氧氣濃度的所述變化表明濃度降低，則將降低值和/或降低速率與相應的閾值進行比較；?如果估算的所述冷卻介質中的所述氧氣濃度低于所述可容許值并且估算的所述氧氣濃度的所述降低值和/或所述降低速率低于所述相應的閾值，則激活所述質量交換裝置；?如果估算的所述冷卻介質中的所述氧氣濃度低于所述可容許值并且估算的所述氧氣濃度的所述降低值和/或所述降低速率高于所述相應的閾值，則從所述氣體系統向所述近冷卻介質空間供應含氧氣體和/或激活所述分散器。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.06.11 RU 20141238581.一種用于控制反應堆設備的冷卻介質中的氧氣濃度的方法，其特征在于，所述反應堆設備包括反應堆、位于所述反應堆中的所述冷卻介質、具有朝向所述反應堆的近冷卻介質空間的出口的氣體系統、置于所述冷卻介質中的質量交換裝置、分散器以及位于所述冷卻介質中的氧氣傳感器，所述質量交換裝置包含所述冷卻介質的固相氧化物并且適于使所述冷卻介質流過它，所述分散器部分置于所述冷卻介質中并且部分置于所述近冷卻介質空間中并且適于從所述近冷卻介質空間向所述冷卻介質供應氣體，所述方法包含以下步驟：-基于從所述冷卻介質中的所述氧氣傳感器接收到的數據來估算所述冷卻介質中的所述氧氣濃度；-將估算的所述冷卻介質中的所述氧氣濃度與可容許值進行比較；-估算所述冷卻介質中的所述氧氣濃度的變化；-如果估算的所述冷卻介質中的所述氧氣濃度的所述變化表明濃度降低，則將降低值和/或降低速率與相應的閾值進行比較；-如果估算的所述冷卻介質中的所述氧氣濃度低于所述可容許值并且估算的所述氧氣濃度的所述降低值和/或所述降低速率低于所述相應的閾值，則激活所述質量交換裝置；-如果估算的所述冷卻介質中的所述氧氣濃度低于所述可容許值并且估算的所述氧氣濃度的所述降低值和/或所述降低速率高于所述相應的閾值，則從所述氣體系統向所述近冷卻介質空間供應含氧氣體和/或激活所述分散器。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，如果在激活所述質量交換裝置或供應所述含氧氣體以及激活所述分散器之后，估算的所述冷卻介質中的所述氧氣濃度達到或超過所述可容許值，則所述質量交換裝置或所述分散器應當被停用和/或從所述氣體系統向所述近冷卻介質空間供應所述含氧氣體應當被停止。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，除了停止從所述氣體系統向所述近冷卻介質空間供應所述含氧氣體之外，從所述氣體系統向所述近冷卻介質空間供應無氧氣體。4.一種反應堆設備的冷卻介質中的氧氣濃度的控制系統，其特征在于，所述反應堆設備包括反應堆、位于所述反應堆中的所述冷卻介質、具有朝向所述反應堆的近冷卻介質空間的出口的氣體系統、置于所述冷卻介質中的質量交換裝置、分散器、以及位于所述冷卻介質中的氧氣傳感器，所述質量交換裝置包含所述冷卻介質的固相氧化物并且適于使所述冷卻介質流過它，所述分散器部分置于所述冷卻介質中并且部分置于所述近冷卻介質空間中并且適于從所述近冷卻介質空間向所述冷卻介質供應氣體，此外，所述控制系統包括：用于估算所述冷卻介質中的所述氧氣濃度的模塊，其適于：接收來自所述冷卻介質中的所述氧氣傳感器的數據、基于接收到的所述數據來估算所述冷卻介質中的所述氧氣濃度、并且將所述冷卻介質中的所述氧氣濃度的估算值傳送到用于將估算的所述冷卻介質中的所述氧氣濃度與可容許值進行比較的模塊；用于將估算的所述冷卻介質中的所述氧氣濃度與所述可容許值進行比較的所述模塊，其適于：接收來自用于估算所述冷卻介質中的所述氧氣濃度的所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彼得·妮基福羅維赫·馬蒂娜芙，康斯坦丁·德米特里耶維奇·伊萬諾夫，拉多米爾·沙米利耶維奇·阿斯克哈杜爾因，阿列克謝·尼古拉耶維奇·斯托羅甄延科，安德烈·阿列克塞耶維奇·西馬科夫，阿列克桑德爾·烏里耶維奇·萊基克，
申請(專利權)人：阿克梅工程公司，
類型：發明
國別省市：俄羅斯;RU