Методы контроля целостности контура циркуляции теплоносителя весьма специфичны для ЯЭУ. Контроль разгерметизации контура, как правило, основан на измерении разнообразных косвенных, а реже прямых параметров. Существующие методы контроля можно разделить на четыре группы: 1) методы контроля по параметрам теплоносителя;
- методы контроля по составу и параметрам окружающей контролируемый объект газовой смеси; 3) методы контроля температурных полей контролируемого объекта в месте разгерметизации; 4) акустикоэмиссионные (шумовые) методы.
Контроль целостности контура по параметрам теплоносителя основан на регистрации изменений расхода или давления теплоносителя, возникающих при появлении течи на контролируемом участке контура. В классическом методе о наличии течи судят по разности показаний двух расходомеров или манометров, устанавливаемых на выходе и входе теплоносителя в объект контроля. Вариант метода с одним расходомером, установленном на входе в канал, применяется практически во всех канальных реакторах. Расходомер имеет уставку по максимуму расхода, превышение которой является признаком разгерметизации канала. Достоинство этого метода - однозначность выявления разгерметизации при больших течах теплоносителя, недостаток - низкая чувствительность при малых течах.
Контроль целостности контура по параметрам газовой смеси основан на контроле таких параметров (и их комбинаций) отсасываемой из окружающего пространства газовой смеси, как влажность, температура, давление, активность, а также состав смеси. При возникновении течи возрастают влажность, теплопроводность, теплоемкость газовой смеси, интенсифицируются процессы окисления, повышается активность смеси. В качестве первичных приборов используются детекторы влажности различных типов, детекторы давления, температуры (ТЭП), анализаторы активности газа. Достоинство этих методов - высокая чувствительность к малым течам. Недостатки связаны со сложностью реализации при разветвленных контурах циркуляции.
В основу методов контроля целостности контура по акустическим сигналам положена регистрация акустических колебаний в металлоконструкции контура, возникающих в месте разгерметизации при истечении теплоносителя. Частотный диапазон этих колебаний простирается от сотен герц до сотен килогерц. Акустические колебания хорошо распространяются по металлу и могут быть зарегистрированы в удобной для измерений точке контура. Акустикоэмиссионные методы обладают рядом достоинств: высокая информативность, избирательность, простота устройств, отсутствие специальных требований к конструкции контура, широкие функциональные возможности, возможность прогнозирования разгерметизации путем контроля за растрескиванием металла контура.
Метод регистрации акустической эмиссии, сопровождающей процесс трещинообразования в металле, может быть использован для контроля целостности корпусов и ответственных элементов оборудования ядерной энергетической установки. В качестве первичных шумовых (акустических) преобразователей (ПШП) применяются магнитострикционные и пьезокерамические детекторы.
Системы контроля целостности контура по параметрам теплоносителя строятся на основе штатных систем контроля расхода и давления теплоносителя. Достоинство таких систем - отсутствие дополнительных затрат на их реализацию. Недостаток - применяемые в настоящее время расходомеры и манометры не обладают достаточной чувствительностью и точностью, чтобы зафиксировать начало разрушения трубопровода.
Системы контроля целостности контура по параметрам газовой смеси имеют высокую чувствительность и широкий диапазон измерения. Недостатки этих систем: большая инерционность, громоздкость, ограниченная ремонтопригодность, слабая избирательность. Тем не менее их достоинства позволяют отдавать им предпочтение перед другими системами, и они широко используются в ЯЭУ с РБМК.
Основными характеристиками систем контроля целостности циркуляции контура является чувствительность, разрешающая способность и оперативность. Для систем контроля по изменению расхода чувствительность зависит от погрешности и диапазона измерения расходомера. У систем контроля, связанных с анализом влажности газовой смеси, чувствительность может составить 0,06-0,1 л/ч. Чувствительность акустикоэмиссионных систем зависит от уровня фоновых шумов и может достигать 5-10 л/ч.
Наилучшей разрешающей способностью, т.е. однозначностью определения места разгерметизации, обладают методы по контролю расхода и акустикоэмиссионные. Отношение сигнала о разгерметизации топливного канала РБМК к фоновому (герметичному) составляет от 5 до 100. В системах анализа параметров газовой смеси разрешающая способность зависит от возможных перетоков и быстроты распространения влаги по окружающим импульсным трубкам. Разрешающая способность составляет 1,8-3,0. Оперативность выявления разгерметизации контура зависит от построения системы. Системы контроля по параметрам теплоносителя наиболее оперативны (секунды). Для систем контроля параметров газовой смеси оперативность определяется скоростью прохождения смеси от места разгерметизации до детектора (в РБМК это время составляет 2-5 мин ).
Таким образом, к средствам измерения и контроля параметров ЯЭУ предъявляются следующие требования: высокая надежность измерительных устройств, их высокое быстродействие, достаточная точность в динамическом и статическом режимах (метрологические характеристики), возможность работы в условиях реакторного излучения и дистанционного управления, удовлетворительная работоспособность при значительных перегрузках по входным сигналам, высокие общетехнические характеристики (габаритные размеры, масса, удобство обслуживания и замены и т.п.).
Параметрические методы контроля работоспособности объектов основаны на измерении, соответствующем функциональном преобразовании результатов измерений и оценке выходных и внутренних параметров объекта контроля. Эти методы обеспечивают контроль объектов в статических и динамических режимах работы и в нерабочих состояниях.
