反应堆冷却剂系统管道温度分布测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种通过测量声音时间延迟的速度来测量流过热管段或冷管段的反应堆冷却剂的温度分布的系统。该构思使用基于真空微电子技术的辐射硬化和耐温超声波信号驱动器。该系统采用通过水传播的超声波信号，并且依赖于声速随着水的密度和温度变化而变化的特性。因此，测量的声音在水中的速度差可以与水的温度变化直接相关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】反应堆冷却剂系统管道温度分布测量系统
本专利技术整体涉及轻水核反应堆，尤其涉及一种用于实时监测反应堆冷却剂系统管道内反应堆冷却剂的温度的仪表系统。
技术介绍
用处于压力下的水进行冷却的核反应堆发电系统的一次侧包括闭合回路，该闭合回路被隔离并且与二次侧处于热交换关系，以产生有用能量。一次侧包括：反应堆容器，所述反应堆容器包封堆芯内部结构，该堆芯内部结构支撑包含裂变材料的多个燃料组件；热交换蒸汽发生器内的一次回路；加压器的内部容积；用于循环加压水的泵和管道；所述管道将每个蒸汽发生器和泵独立地连接到反应堆容器。包括蒸汽发生器、泵和连接到容器的管道系统的一次侧的各部件形成一次侧的回路。为了说明的目的，图1示出了简化的核反应堆一次系统，其包括大体圆柱形的反应堆压力容器10，所述反应堆压力容器10具有封闭头12(也在图2中示出)，所述封闭头12包封核堆芯14。液体反应堆冷却剂(诸如水)通过泵16被泵送通过反应堆冷却剂回路管道20的冷管段23至堆芯14而进入到容器10中，在所述堆芯14处，热能被吸收，并且热能被排放到热交换器18，所述热交换器18通常被称为蒸汽发生器，在所述蒸汽发生器中热量被传递到应用回路(未示出)(诸如蒸汽驱动的涡轮发电机)。然后，反应堆冷却剂返回到泵16，从而完成一次回路。通常，多个上述回路通过反应堆冷却剂管道20连接到单个反应堆容器10。这些回路中的至少一条通常包括通过充液管路21连接到反应堆冷却剂回路管道20的热管段25的加压器19。在图2中更详细地示出了示例性反应堆设计。除了由平行的竖直且共同延伸的燃料组件22组成的多个堆芯14之外，为了本说明书的目的，另一个容器内部结构可以被分成下内部构件24和上内部构件26。在传统设计中，下内部构件的功能是支撑、对齐和引导堆芯部件和仪器以及引导容器内的流动。上内部构件限制或提供燃料组件22的辅助约束(为了简化，在该图中仅示出其中两个)以及支撑和引导仪器和部件(诸如控制杆28)。在如图2所示的示例性反应堆中，冷却剂通过一个或多个入口喷嘴30进入反应堆容器10，向下流过容器和堆芯筒32之间的环形空间，在下气腔34中转向180度，向上通过下支撑板37和下堆芯板36且穿过并围绕燃料组件，燃料组件22安放在下堆芯板上。在一些设计中，下支撑板37和下堆芯板36由与下支撑板37处于相同高度处的单结构式的下堆芯支撑板替代。流过堆芯14和周围区域38的冷却剂通常以每秒大约20英尺的速度为大约400,000加仑/分钟这么大。由此产生的压力下降和摩擦力倾向于使燃料组件上升，这种运动由上内部构件26限制，所述上内部构件26包括圆形上堆芯板40。离开堆芯14的冷却剂沿着上堆芯板40的下侧流动并且向上流动通过多个穿孔42。然后，冷却剂向上和径向流动到一个或多个出口喷嘴44。上内部构件26可以由容器10或容器头部12支撑并且包括上支撑组件46。主要通过多个支撑柱48在上支撑组件46和上堆芯板40之间传递负载。支撑柱在选定的燃料组件22和上堆芯板40中的穿孔42上方对齐。可直线移动的控制杆28通常包括驱动杆50以及包括中子毒杆28的星形组件52，所述中子毒杆28通过控制杆引导管54被引导穿过上内部构件26并进入对准的燃料组件22中。引导管被固定地连接到上支撑组件46并连接到上堆芯板40的顶部。通过在堆芯内的燃料组件内将中子毒杆插入到导向套管内以及从导向套管内取出中子毒杆，控制杆调节堆芯内核反应的程度。溶解在反应堆冷却水中的硼也用来控制核反应，并且实现较之控制杆反应性更加渐进的变化。通过改变反应性，反应堆操作者可以改变堆芯内冷却剂的温度。在用于跟踪堆芯内核反应状态的核反应堆仪器系统中，计算操作参数(例如过压增量温度和过温度增量温度(OPΔT/OTΔT))需要高精度温度测量。热管段25和冷管段23管道中的流体的反应堆冷却剂系统(RCS)温度测量通常通过围绕管圆周66间隔大约120度放置三个电阻温度检测器(RTD)74来实现，如图3所示。(在其他情况下，六个RTD放置成相隔大约60度)。RTD元件74被放置在热电偶套管76中，这使得RTD能够通过热电偶套管金属接口与冷却水进行物理接触，并保护RTD免受流动水的冲击。RTD-热电偶套管接口基本上用作热液压过滤器。传统上，从对三个RTD74进行采样得到系统温度值。最初过滤RTD信号以减少过程和电噪声。在初始过滤之后，执行基于混合平均温度的流校正。在对流进行初始过滤和调整之后，比较三个所产生的信号，并且根据该结果，可以从下游处理中丢弃其中一个信号。混合平均温度确定的响应时间和准确性是当前基于RTD的温度测量仪器面临的两个主要挑战。典型的响应时间约为2秒至4秒。该响应时间归因于RTD-热电偶套管接口的热力学性质。RTD仪器的响应时间被添加到整个系统响应时间。混合平均温度是用当前RTD仪器测量的挑战性参数，因此难以实现其测量的准确性。反应堆冷却剂系统热管段25和冷管段23中的流体是湍流并且没有充分混合，这导致冷却剂温度发生大幅变化。如图4所示，热管段内存在超过25华氏度的瞬时温差。这种快速的温度波动是所需误差容限的另一个来源。RTD74仅测量湍流内离散点处的温度，如前所述，其可导致测量温度的不准确的突然变化。
技术实现思路
通过一种核反应堆系统克服上述问题，该核反应堆系统提供反应堆冷却剂在传感器位置处的混合平均温度的实时测量，所述核反应堆系统包括：反应堆容器；核堆芯，所述核堆芯包括容纳在反应堆容器内并浸没在反应堆冷却剂内的多个核燃料组件，所述燃料组件构造成加热反应堆冷却剂；与热应用机构和反应堆容器流体连通的一次冷却剂回路管道系统，用于在反应堆容器和热应用机构之间输送反应堆冷却剂并使得反应堆冷却剂返回反应堆容器；和与一次冷却剂回路管道流体连通的辅助管道系统，用于向一次冷却剂回路管道系统添加或提取反应堆冷却剂。声发送器声学耦接到在所述一次冷却剂回路管道系统或辅助管道系统中的任一个的外表面上的第一位置，并且构造成通过反应堆冷却剂发送声脉冲。优选地，声脉冲是连续的脉冲信号。声接收器声学耦接到所述一次冷却剂回路管道系统或辅助管道系统中的任一个的外表面上的第二位置，该第二位置与第一位置基本直径上相对，其中，声接收器构造成接收声脉冲。声控制系统连接到声发送器和声接收器，并且被构造成确定在声发送器处的声脉冲的发送与在声接收器处的声脉冲的接收之间的时间滞后，并使该时间滞后与反应堆冷却剂的温度相关联。在一个实施例中，核反应堆系统还包括：第二声发送器，其声学耦接到在一次冷却剂回路管道系统或辅助管道系统中的任一个的外表面上的第三位置，并且被构造成通过反应堆冷却剂发送第二声脉冲；第二声接收器，其声学耦接到在一次冷却剂回路管道系统或辅助管道系统中的任一个的外表面上的第四位置，该第四位置与第三位置基本直径上相对，其中，声接收器构造成接收第二声脉冲。在后一实施例中，声控制系统还连接到第二声发送器和第二声接收器，并且构造成确定在第二声发送器处的第二声脉冲的发送与在第二声接收器处的第二声脉冲的接收之间的第二时间滞后并使得第二时间滞后与反应堆冷却剂的温度相关联。优选地，声脉冲是超声脉冲，并且该系统包括流量计，该流量计构造成测量在一次冷却剂回路管道系统或辅助管道系统中的任一个内的反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核反应堆系统，包括：反应堆容器(10)；核堆芯(14)，所述核堆芯包括容纳在所述反应堆容器(10)内并浸没在反应堆冷却剂内的多个核燃料组件(22)，所述燃料组件构造成加热所述反应堆冷却剂；一次冷却剂回路管道系统(20)，所述一次冷却剂回路管道系统与热应用机构(18)和所述反应堆容器流体连通，用于在所述反应堆容器(10)和所述热应用机构之间输送所述反应堆冷却剂并使得所述反应堆冷却剂返回到所述反应堆容器；辅助管道系统(21)，所述辅助管道系统与所述一次冷却剂回路管道系统(20)流体连通，用于将所述反应堆冷却剂添加到所述一次冷却剂回路管道系统或从所述一次冷却剂回路管道系统提取所述反应堆冷却剂；声发送器(56)，所述声发送器声学耦合到在所述一次冷却剂回路管道系统(20)或所述辅助管道系统(21)中的任一个的外表面上的第一位置，并且构造成通过所述反应堆冷却剂发送声脉冲；声接收器(58)，所述声接收器声学耦合到在所述一次冷却剂回路管道系统(20)或所述辅助管道系统(21)中的任一个的外表面上的第二位置，所述第二位置与所述第一位置基本直径上相对，其中，所述声接收器(58)构造成接收所述声脉冲；和声控制系统(80)，所述声控制系统连接到所述声发送器(56)和所述声接收器(58)，并且构造成确定在所述声发送器处的所述声脉冲的发送和在所述声接收器处的所述声脉冲的接收之间的时间滞后并且将所述时间滞后与所述反应堆冷却剂的温度相关联。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.10 US 15/066,3231.一种核反应堆系统，包括：反应堆容器(10)；核堆芯(14)，所述核堆芯包括容纳在所述反应堆容器(10)内并浸没在反应堆冷却剂内的多个核燃料组件(22)，所述燃料组件构造成加热所述反应堆冷却剂；一次冷却剂回路管道系统(20)，所述一次冷却剂回路管道系统与热应用机构(18)和所述反应堆容器流体连通，用于在所述反应堆容器(10)和所述热应用机构之间输送所述反应堆冷却剂并使得所述反应堆冷却剂返回到所述反应堆容器；辅助管道系统(21)，所述辅助管道系统与所述一次冷却剂回路管道系统(20)流体连通，用于将所述反应堆冷却剂添加到所述一次冷却剂回路管道系统或从所述一次冷却剂回路管道系统提取所述反应堆冷却剂；声发送器(56)，所述声发送器声学耦合到在所述一次冷却剂回路管道系统(20)或所述辅助管道系统(21)中的任一个的外表面上的第一位置，并且构造成通过所述反应堆冷却剂发送声脉冲；声接收器(58)，所述声接收器声学耦合到在所述一次冷却剂回路管道系统(20)或所述辅助管道系统(21)中的任一个的外表面上的第二位置，所述第二位置与所述第一位置基本直径上相对，其中，所述声接收器(58)构造成接收所述声脉冲；和声控制系统(80)，所述声控制系统连接到所述声发送器(56)和所述声接收器(58)，并且构造成确定在所述声发送器处的所述声脉冲的发送和在所述声接收器处的所述声脉冲的接收之间的时间滞后并且将所述时间滞后与所述反应堆冷却剂的温度相关联。2.根据权利要求1所述的反应堆系统，所述反应堆系统包括：第二声发送器(56)，所述第二声发送器声学地耦合到所述一次冷却剂回路管道系统(20)或所述辅助管道系统(21)中的任一个的外表面上的第三位置，并且构造成通过所述反应堆冷却剂发送第二声脉冲；第二声接收器(58)，所述第二声接收器声学耦合到在所述一次冷却剂回路管道系统(20)或所述辅助管道系统(21)中的任一个的外表面上的第四位置，所述第四位置与所述第三位置基本直径上相对，其中，所述第二声接收器构造成接收所述第二声脉冲；和其中，所述声控制系统(80)还连接到所述第二声发...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·V·卡瓦哈尔，M·D·海贝尔，N·G·阿利亚，M·M·瓦尔特，R·W·弗拉曼，M·A·詹姆斯，D·M·苏梅戈，
申请(专利权)人：西屋电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US