Способ определения массовой концентрации кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем

Способ определения массовой концентрации кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем

Реферат

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 С_О2 - 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 теплоносителяв 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.