用于控制反应堆设备和核反应堆设备中的氧气浓度的方法和装置制造方法及图纸

公开了一种用于调节反应堆设备的冷却介质中的氧气浓度的方法和系统，该反应堆设备包括反应堆、位于所述反应堆中的冷却介质、气体系统、质量交换装置、分散器和用于感测冷却介质中的氧气浓度的传感器。该方法包括由系统执行的以下步骤：估算氧气浓度；将氧气浓度与可容许值进行比较；估算氧气浓度的变化；如果浓度降低，则将降低值和/或降低速率与相应的阈值进行比较；如果氧气浓度的降低值和/或降低速率低于阈值，则激活质量交换装置；如果氧气浓度的降低值和/或降低速率高于阈值，则将含氧气体从气体系统馈送到冷却介质周围的空间和/或激活分散器。技术效果：使冷却介质中的氧气浓度的调节更加可控，并且提高反应堆设备的安全性和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及核能工业和核反应堆设备，并且更具体地涉及具有液态金属冷却介质的核反应堆设备(ядернымреакторнымустановкам)。同时，本专利技术还可以被应用于各种非核反应堆设备。
技术介绍
具有液态金属冷却介质的核反应堆设备的关键问题之一是反应堆结构材料的腐蚀。为了防止腐蚀，使用形成保护性氧化物涂层的技术。反应堆结构材料(例如，钢)的耐腐蚀性取决于这些涂层的完整性。应当指出的是，所提及的问题可能发生在具有非液态金属冷却介质的核反应堆设备和非核反应堆设备中。尽管本专利技术相对于具有液态金属冷却介质的核反应堆设备进行了描述，但是本专利技术也可以用在具有非液态金属冷却介质的核反应堆设备和非核反应堆设备中。氧气传统上被用于形成氧化物涂层。当反应堆设备运行时，结构材料的组分(例如铁、铬以及其它)扩散到冷却介质中。由于所提及的结构材料的组分对氧化剂(例如，氧气)具有较高的化学亲和力，所以冷却介质中结构材料的铁、铬以及其它组分的浓度的增加使氧化剂(例如，氧气)的浓度降低。这可能导致保护性氧化物涂层的溶解，这将显著提高腐蚀速率。因此，为了将腐蚀速率降低到确保反应堆设备在安全模式下长期运行的最低水平，需要向冷却介质供应氧化剂以将其浓度增加到保护性氧化物涂层不被溶解在冷却介质中这样的水平。在这方面，氧气是相当合适的氧化剂，因为它可以以气体或不同材料(例如，制成冷却介质的那些)的氧化物的形式被供应到冷却介质中。鉴于上述情况，重要的是控制和保持冷却介质中氧化剂的所需浓度，特别是氧气的浓度，使得与冷却介质接触的反应堆内表面上的保护性氧化物涂层不被溶解在冷却介质中，从而防止反应堆材料的腐蚀。由于氧气被不断地消耗用于扩散到冷却介质中的结构材料的铁、铬以及其它组分的氧化，所以为了将氧气浓度保持在确保反应堆材料的最小腐蚀速率的规定范围内，氧气应当被供应到冷却介质中，例如，当达到规定范围的下限或氧气浓度降低到低于可容许水平时。专利RU2100480(1997年12月27日公告)公开了用于增加冷却介质中氧气浓度的这样的方法，将与惰性气体混合的氧气注入到冷却介质表面上方的保护性气体中或直接注入到冷却介质中，以及溶解冷却介质中的冷却介质组分氧化物。然而，上述专利所描述的方法具有这样的缺点：不可能控制氧气注入到冷却介质中(冷却介质中氧气浓度的增加)，即：氧气供应的开始/结束和冷却介质氧化物的溶解、测量冷却介质中氧气浓度的速率，即：将要供应的氧气和将要溶解的冷却介质氧化物的体积。此外，当向冷却介质表面上方的大量保护性气体供应与惰性气体混合的氧气时，氧气扩散到冷却介质中的速率相对较低并且冷却介质表面上形成氧化物膜(外皮)的风险随着与惰性气体混合的氧气分数的升高而增加。专利RU2246561(2005年2月20日公告)公开了用于可控溶解冷却介质中的冷却介质氧化物的方法和装置，但不包括关于用于控制以气态形式注入到冷却介质中的氧气的可能性的任何数据。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于控制以气态形式供应的反应堆设备中并且更具体地核反应堆设备的冷却介质中的氧气浓度的方法和装置。此外，本专利技术的目的是确保核反应堆设备在不同模式(例如反应堆结构材料的钝化模式、正常运行模式、在保护性氧化物涂层破坏期间的异常模式以及其他)下的有效且安全的准备和运行。鉴于上述情况，本专利技术的其它目的是在用于控制(增加)冷却介质中的氧气浓度、提高用于氧气浓度控制的设备的安全性和提供确保核反应堆设备在所有模式下的安全准备和运行的设备控制系统的方法之间切换。本专利技术的目的是通过使用用于控制反应堆设备的冷却介质中的氧气浓度的方法来实现的，该反应堆设备包含反应堆、位于反应堆中的冷却介质、具有朝向反应堆的近冷却介质空间的出口的气体系统、置于冷却介质中保持固相冷却介质氧化物并且适于使冷却介质流过它的质量交换装置、部分置于冷却介质中并且部分安装在近冷却介质空间中并且适于从近冷却介质空间向冷却介质供应气体的分散器、以及位于冷却介质中的氧气传感器。使用该方法，按如下步骤进行：基于从冷却介质中的氧气传感器接收到的数据来估算冷却介质中的氧气浓度；将氧气浓度的估算值与可容许值进行比较；如果估算的冷却介质中的氧气浓度的变化表明浓度降低，则将降低值和/或降低速率与相应的阈值进行比较；如果冷却介质中的氧气浓度的估算值低于可容许值并且估算的氧气浓度的降低值和/或降低速率低于相应的阈值，则激活质量交换装置；如果冷却介质中的氧气浓度的估算值低于可容许值并且估算的氧气浓度的降低值和/或降低速率高于相应的阈值，则从系统向近冷却介质空间供应含氧气体和/或激活分散器。如果在激活质量交换装置或供应含氧气体和激活分散器之后，估算的冷却介质中的氧气浓度达到或超过可容许值，则该方法的优选选择提出停用质量交换装置或分散器和/或停止从气体系统向近冷却介质空间供应含氧气体。此外，除了停止从气体系统向近冷却介质空间供应含氧气体之外，可以从气体系统向近冷却介质空间供应无氧气体。本专利技术的目的还通过使用反应堆设备的冷却介质中的氧气浓度的控制系统来实现，该反应堆设备包含反应堆、位于反应堆中的冷却介质、具有朝向反应堆的近冷却介质空间的出口的气体系统、置于冷却介质中保持冷却介质的固相氧化物并且适于使冷却介质流过它的质量交换装置、部分置于冷却介质中并且部分置于近冷却介质空间中并且适于从近冷却介质空间向冷却介质供应气体的分散器、以及位于冷却介质中的氧气传感器。该控制系统包括：用于估算冷却介质中的氧气浓度的模块，其被设计为：接收来自冷却介质中的氧气传感器的数据、基于接收到的关于冷却介质中的氧气浓度的数据来估算氧气浓度、并且将估算值传送至用于将冷却介质中的氧气浓度的估算值与可容许值进行比较的模块；用于将冷却介质中的氧气浓度的估算值与可容许值进行比较的模块，其适于：获取来自氧气浓度估算模块的冷却介质中的氧气浓度的估算值并且将其与可容许值进行比较；用于估算冷却介质中的氧气浓度的降低的模块，其适于：估算冷却介质中的氧气浓度的降低值和/或降低速率以及将估算的冷却介质中的氧气浓度的降低值和/或降低速率传送到用于比较所估算的冷却介质中的氧气浓度的降低的模块；用于比较估算的冷却介质中的氧气浓度的降低的模块，其适于：接收估算的冷却介质中的氧气浓度的降低值和/或降低速率并且将其与相应的阈值进行比较；用于控制质量交换装置的模块，其被配置为：如果估算的冷却介质中的氧气浓度低于可容许值并且估算的氧气浓度的变化值和/或变化速率低于相应的阈值，则激活质量交换装置；用于控制气体系统和/或分散器的模块，其被配置为：如果估算的冷却介质中的氧气浓度低于可容许值并且估算的氧气浓度的变化值和/或变化速率高于相应的阈值，则通过向近冷却介质空间供应含氧气体来激活气体系统和/或激活分散器。在其变体之一中，用于估算冷却介质中的氧气浓度的降低的模块可以被配置为：基于从用于估算冷却介质中的氧气浓度的模块接收到的估算的冷却介质中的氧气浓度来估算冷却介质中的氧气浓度的降低值和/或降低速率。此外，用于估算冷却介质中的氧气浓度的降低的模块的一些变体可以适于：确定冷却介质中的氧气浓度的降低并且将信息传送到用于比较估算的冷却介质中的氧气浓度的降低的模块和/或用于控制质量交换装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制反应堆设备的冷却介质中的氧气浓度的方法，其特征在于，所述反应堆设备包括反应堆、位于所述反应堆中的所述冷却介质、具有朝向所述反应堆的近冷却介质空间的出口的气体系统、置于所述冷却介质中的质量交换装置、分散器以及位于所述冷却介质中的氧气传感器，所述质量交换装置包含所述冷却介质的固相氧化物并且适于使所述冷却介质流过它，所述分散器部分置于所述冷却介质中并且部分置于所述近冷却介质空间中并且适于从所述近冷却介质空间向所述冷却介质供应气体，所述方法包含以下步骤：‑基于从所述冷却介质中的所述氧气传感器接收到的数据来估算所述冷却介质中的所述氧气浓度；‑将估算的所述冷却介质中的所述氧气浓度与可容许值进行比较；‑估算所述冷却介质中的所述氧气浓度的变化；‑如果估算的所述冷却介质中的所述氧气浓度的所述变化表明浓度降低，则将降低值和/或降低速率与相应的阈值进行比较；‑如果估算的所述冷却介质中的所述氧气浓度低于所述可容许值并且估算的所述氧气浓度的所述降低值和/或所述降低速率低于所述相应的阈值，则激活所述质量交换装置；‑如果估算的所述冷却介质中的所述氧气浓度低于所述可容许值并且估算的所述氧气浓度的所述降低值和/或所述降低速率高于所述相应的阈值，则从所述气体系统向所述近冷却介质空间供应含氧气体和/或激活所述分散器。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.11 RU 20141238581.一种用于控制反应堆设备的冷却介质中的氧气浓度的方法，其特征在于，所述反应堆设备包括反应堆、位于所述反应堆中的所述冷却介质、具有朝向所述反应堆的近冷却介质空间的出口的气体系统、置于所述冷却介质中的质量交换装置、分散器以及位于所述冷却介质中的氧气传感器，所述质量交换装置包含所述冷却介质的固相氧化物并且适于使所述冷却介质流过它，所述分散器部分置于所述冷却介质中并且部分置于所述近冷却介质空间中并且适于从所述近冷却介质空间向所述冷却介质供应气体，所述方法包含以下步骤：-基于从所述冷却介质中的所述氧气传感器接收到的数据来估算所述冷却介质中的所述氧气浓度；-将估算的所述冷却介质中的所述氧气浓度与可容许值进行比较；-估算所述冷却介质中的所述氧气浓度的变化；-如果估算的所述冷却介质中的所述氧气浓度的所述变化表明浓度降低，则将降低值和/或降低速率与相应的阈值进行比较；-如果估算的所述冷却介质中的所述氧气浓度低于所述可容许值并且估算的所述氧气浓度的所述降低值和/或所述降低速率低于所述相应的阈值，则激活所述质量交换装置；-如果估算的所述冷却介质中的所述氧气浓度低于所述可容许值并且估算的所述氧气浓度的所述降低值和/或所述降低速率高于所述相应的阈值，则从所述气体系统向所述近冷却介质空间供应含氧气体和/或激活所述分散器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果在激活所述质量交换装置或供应所述含氧气体以及激活所述分散器之后，估算的所述冷却介质中的所述氧气浓度达到或超过所述可容许值，则所述质量交换装置或所述分散器应当被停用和/或从所述气体系统向所述近冷却介质空间供应所述含氧气体应当被停止。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，除了停止从所述气体系统向所述近冷却介质空间供应所述含氧气体之外，从所述气体系统向所述近冷却介质空间供应无氧气体。4.一种反应堆设备的冷却介质中的氧气浓度的控制系统，其特征在于，所述反应堆设备包括反应堆、位于所述反应堆中的所述冷却介质、具有朝向所述反应堆的近冷却介质空间的出口的气体系统、置于所述冷却介质中的质量交换装置、分散器、以及位于所述冷却介质中的氧气传感器，所述质量交换装置包含所述冷却介质的固相氧化物并且适于使所述冷却介质流过它，所述分散器部分置于所述冷却介质中并且部分置于所述近冷却介质空间中并且适于从所述近冷却介质空间向所述冷却介质供应气体，此外，所述控制系统包括：用于估算所述冷却介质中的所述氧气浓度的模块，其适于：接收来自所述冷却介质中的所述氧气传感器的数据、基于接收到的所述数据来估算所述冷却介质中的所述氧气浓度、并且将所述冷却介质中的所述氧气浓度的估算值传送到用于将估算的所述冷却介质中的所述氧气浓度与可容许值进行比较的模块；用于将估算的所述冷却介质中的所述氧气浓度与所述可容许值进行比较的所述模块，其适于：接收来自用于估算所述冷却介质中的所述氧气浓度的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·妮基福罗维赫·马蒂娜芙，康斯坦丁·德米特里耶维奇·伊万诺夫，拉多米尔·沙米利耶维奇·阿斯克哈杜尔因，阿列克谢·尼古拉耶维奇·斯托罗甄延科，安德烈·阿列克塞耶维奇·西马科夫，阿列克桑德尔·乌里耶维奇·莱基克，
申请(专利权)人：阿克梅工程公司，
类型：发明
国别省市：俄罗斯;RU