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

Формула изобретения

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, отличающийся тем, что дополнительно измеряют давление в контуре и датчике, а массовую концентрацию кислорода рассчитывают по формуле

где С₀₂ - массовая концентрация кислорода в контуре, мкг/кг;

П - массовая концентрация растворенного кислорода, мкг/кг;

Рк - давление в контуре, кПа;

Рд - давление в датчике, кПа.

Описание изобретения к патенту

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 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, А.К.Абанькин, Э.А.Зотов. 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 эталона.

Недостатком данного способа является невозможность обеспечения оперативности и непрерывности контроля. Кроме того, возможно облучение персонала во время пробоотбора и транспортировки пробы для проведения хроматографического анализа. Способ также не позволяет обеспечить достоверность измерений при определении значений микроконцентраций кислорода, находящихся на границе или за пределами чувствительности методики (70 мкг/кг).

Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемым изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является способ измерения содержания растворенных газовых составляющих кислорода и водорода с помощью амперометрического датчика, включающий отбор, охлаждение, дросселирование пробы и измерение массовых концентраций растворенных кислорода и водорода. Способ позволяет обеспечить непрерывность и оперативность измерений, но не обеспечивает достоверность измерений, так как сохранение достоверности измерений при контроле содержания газов в контурах под давлением, например, в первом контуре реакторов типа ВВЭР-1000, предполагается обеспечить применением амперометрического датчика при давлении 0,5-1,0 МПа и температуре 20-40°С [Шведова М.Н., Крицкий В.Г., Софьин М.В. и др. «Системы мониторинга состояния ВХР на базе автоматизированного химического контроля действующих энергоблоков АЭС». Препринт, М.: ЦНИИ Атоминформ, 2004 г., 88 с.], что противоречит тенденции растворимости газов при повышении давления [В.И.Бараненко, В.Г.Асмолов, B.C.Киров «Термодинамика и теплообмен в ЯЭУ с газонасыщенным теплоносителем»].

Целью изобретения является повышение достоверности результатов и расширение области использования способа при сохранении оперативности и непрерывности процесса контроля молекулярного кислорода в контурах с водным теплоносителем под давлением.

Предлагаемый способ определения массовой концентрации кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем включает отбор, охлаждение и дросселирование пробы, измерение массовой концентрации растворенного кислорода амперометрическим датчиком. 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, мкг/кг;

Рк - давление в контуре, кПа;

Рд - давление в датчике, кПа.

Существенными отличительными признаками способа являются дополнительные операции измерения давления теплоносителя в контуре и амперометрическом датчике, расчет отношения значений этих величин и поправка измеренного значения массовой концентрации растворенного кислорода на данное отношение.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют повысить достоверность определения 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, при сохранении оперативности и непрерывности процесса измерения.

В случае, если отличительные признаки будут отсутствовать, с помощью амперометрического датчика будет возможно измерить лишь частичную массовую концентрацию кислорода, молекулярно растворенного в теплоносителе контура, что приведет к неизбежным 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, дросселируют и подают в амперометрический датчик. Датчиком измеряют массовую концентрацию молекулярно растворенного кислорода в дросселированной и охлажденной пробе (П). Одновременно измеряют давление в датчике (Рд). Измерения производят при одинаковой температуре теплоносителя до и после дросселирования 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 измерений массовых концентраций кислорода в теплоносителе исследовательского реактора МИР, полученных на длительной временной базе при различных давлениях в контуре.

Приведенные данные подтверждают достоверность измерений массовых концентраций кислорода в контурах с различным давлением с водным теплоносителем с применением заявляемого способа.

Таким образом, заявляемый способ позволяет оперативно и непрерывно проводить определение массовой концентрации кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем при различных давлениях с высокой степенью достоверности, то есть обеспечивает достижение цели.

Таблица 1
Давление в контуре, кПа	Давление пробы в датчике, кПа	Результат прямого измерения массовой концентрации растворенного кислорода с помощью датчика, мкг/кг	Результат определения массовой концентрации кислорода с применением заявляемого способа, мкг/кг	Результат измерения массовой концентрации кислорода хроматографическим методом с приставкой «АКВА» (эталонный метод), мкг/кг
4000,50	122,50	12,57	410,50	458,57
4800,50	125,70	1,00	38,19	48,57
10300,60	123,80	1,57	130,63	145,71
11400,50	119,30	0,57	54,47	67,14
13601,60	158,40	0,43	36,92	42,86
15651,9	158,30	0,71	70,20	74,14