Введение к работе
Актуальность работы. Опыт эксплуатации АЭС показывает, что невозможно полностью исключить возникновение течи трубопроводов и оборудования АЭС Своевременное обнаружения течи теплоносителя позволяет предотвратить возможное разрушение в системе трубопроводов реакторной установки (РУ) и, таким образом, повысить эксплуатационную безопасность АЭС
Требования по обнаружению течей теплоносителя отражены в нормативных документах верхнего уровня, которые регламентируют наличие средств и методов обнаружение течей теплоносителя первого контура превышающих допустимую величину, с возможностью определения местоположения (локализации) течи и оценки ее расхода
В то же время анализ существующих на АЭС методов обнаружения течей показывает, что они в основном связаны с мониторингом состояния среды в помещениях реакторной установки, контролем дренажа и баланса теплоносителя В силу «интегрального» характера контролируемых параметров указанные методы, как правило, не обеспечивают высокую чувствительность и быстроту обнаружения течи, не позволяют оценить местоположение течи и не дают возможности отличить множественные течи (например, течи по разъемным соединениям) от единичной течи большей величины
В свою очередь, применение концепции течь-перед-разрушением к трубопроводам АЭС требует внедрения метода контроля, обеспечивающего обнаружение малой течи на ранней стадии развития с заданной чувствительностью и точностью локализации
Согласно классификации МЭК 1250 1994, акустический метод обнаружения течи, по совокупности таких параметров, как чувствительность, точность локализации и возможности оценки величины течи, является одним из наиболее предпочтительных При этом наиболее распространенным является метод акустического контактного течеискания Однако использование контактных датчиков может быть сильно затруднено в условиях ограниченного доступа к оборудованию реакторной установки канального типа и становится практически нецелесообразным при необходимости контроля многочисленных
4 трубных коммуникаций малого диаметра Это обстоятельство делает актуальным разработку бесконтактного акустического метода контроля, использующего высокотемпературные микрофоны для обнаружения акустического шума течи
Так как работа существующих микрофонных систем контроля строится на мониторинге уровня звукового давления, обнаружение течи возможно, только если уровень шума течи выше уровня фоновых шумов в зоне контроля (т е отношение сигнал-шум больше единицы) Это ограничивает применимость метода при контроле малых течей в условиях мощных фоновых шумов, характерных для эксплуатации РУ В этом случае чувствительность метода может быть повышена только за счет увеличения числа микрофонов, что экономически нецелесообразно при контроле многочисленных коммуникаций РУ канального типа
Таким образом, разработка бесконтактного метода обнаружения и локализации малой течи, применимого при отношении сигнал-шум меньше единицы, является важной и актуальной задачей
Объект исследования: бесконтактный акустический метод обнаружения и локализации течей на АЭС с использованием микрофонов
Цель работы Цель работы заключается в повышении эксплуатационной безопасности АЭС за счет разработки бесконтактного акустического метода обнаружения и локализации малой течи, применимого при соотношении сигнал-шум меньше единицы
Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:
проведены базовые измерения спектральных характеристик шума течи и фоновых шумов в помещениях АЭС,
проведены базовые измерения характеристик ослабления звука в помещениях АЭС,
разработана новая конструкция высокотемпературного микрофона, обеспечивающего работу в расширенном диапазоне частот (до 31,5 кГц),
разработан пакет прикладных программ по моделированию отношения сигнал-шум в зоне контроля,
разработана усовершенствованная конструкция воздушного имитатора течи с возможность генерации нестационарного акустического шума,
разработан пакет прикладных программ для корреляционного анализа огибающих акустических шумов и пространственной локализации течи
Научная новизна работы состоит в том, что
разработаны методы обнаружения и локализации малой течи с использованием корреляционного анализа огибающих акустических сигналов, применимые при соотношениях сигнал-шум меньше единицы,
разработана аналитическая модель корреляционной матрицы огибающих акустических шумов,
разработана методика обоснования чувствительности микрофонной системы контроля и схемы размещения микрофонов, основанная на численном моделировании отношения сигнал-шум в зоне контроля,
- разработана методика оптимизации рабочего диапазона частот,
учитывающая спектральные характеристики шума течи, фоновых шумов и
характеристик ослабления звука в зоне контроля
Практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты были непосредственно использованы при
разработке и внедрении пилотного образца микрофонной системы обнаружения течей РБМК,
разработке микрофонной системы второго поколения реактора ATR,
разработке типового проекта интегрированной системы обнаружения течей теплоносителя РБМК,
внедрении микрофонной системы обнаружения течей (в составе интегрированной системы) на энергоблоках Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС
Положения, выносимые на защиту:
метод многоканального корреляционного анализа огибающих акустического шума течи,
метод пространственного обнаружения и локализации течи с использованием огибающих,
— методика обоснования чувствительности микрофонной системы контроля и
схемы размещения микрофонов, включая методику оптимизации рабочего
диапазона частот,
- результаты анализа оптимального диапазона частот и схемы размещения
датчиков микрофонной системы контроля течей входных и выходных
коммуникаций РБМК и входных трубопроводов ATR
Методы исследований и личное участие автора. Проведенные автором исследования базируются на экспериментальных данных, полученных на стендах НИКИЭТ, площадке Ленинградской АЭС и АЭС «Фуген» (Япония) Обработка экспериментальных данных с применением методов спектрального, корреляционного, частотно-временного анализа, методов математического моделирования, а также разработка прикладного программного обеспечения (Си, Matlab) проводились автором самостоятельно Автор принимал непосредственное участие в планировании и проведении экспериментов на стендах НИКИЭТ, выполнении измерений и испытаний в помещениях реактора РБМК-1000 (энергоблоки 1 и 2 Ленинградской АЭС) и на площадке АЭС «Фуген» Методы обнаружения и локализации малой течи при соотношениях сигнал-шум меньше единицы, а также методика обоснования чувствительности микрофонной системы и оптимизации параметров ее функционирования были разработаны автором самостоятельно
Для проведения измерений были использованы измерительные микрофоны UC-29, высокотемпературные микрофоны UC-63L, измерители звукового давления UN-04 и 1/3-октавные анализаторы спектра SA-27 (RION), анализатор спектра В&К 2034, многоканальный АЦП PAVEC MD-800MK и многоканальный регистратор данных ТЕАС XR-500
Апробация работы Основные результаты работ были представлены на техническом семинаре МАГАТЭ «Nuclear Power Plant Diagnostics - Safety Aspects and Licensing» (Порторож, Словения, 1997г), на двух конференциях ядерного общества Японии - AESJ «Meeting of Atomic Energy Society of Japan» (Ниигата, Япония, 1999г, Саппоро, Япония, 2001г), на двух международных конференциях ICONE «International Conference on Nuclear Engineering» (ICONE-8, Балтимор, США, 2000г, ICONE-11, Токио, Япония, 2003г), на
7 международной конференции SMORN-8 «Symposium on Nuclear Reactor Surveillance and Diagnostics» (Готтенборг, Швеция, 2002г)
Результаты диссертационной работы изложены в 9 статьях, опубликованных в журналах "Атомная энергия", Progress in Nuclear Energy, Journal of Nuclear Science and Technology и др , 6 докладах, опубликованных в материалах международных конференций
Структура и объем диссертации Объем диссертации 130 машинописных листов, 12 таблиц и 61 рисунков Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы (102 наименования)
