Приложение D (справочное).Методы испытаний времени реакции для РДТ

Приложение D
(справочное)

Методы испытаний времени реакции для РДТ

D.1 Введение

Измерения времени реакции проводят на РДТ системы безопасности на атомных станциях, чтобы гарантировать, что станция может быть своевременно остановлена в случае мощного температурного переходного процесса в реакторе. В реакторах с охлаждением водой под давлением (ВВЭР) РДТ теплоносителя первого контура, которые входят в систему безопасности станции, обычно испытывают однократно каждый топливный цикл или примерно каждые 18 - 24 месяца. Кроме того, каждый раз после замены или ремонта РДТ измеряют время его реакции, прежде чем станция возобновит работу на мощности.

Так как время реакции РДТ зависит от температуры технологического процесса, давления и расхода во время работы, измерения времени реакции должны быть проведены при нормальных условиях работы или близких к ним, чтобы получить время реакции датчиков в условиях эксплуатации. С этой целью в конце 70-х годов прошлого века был разработан метод измерения времени реакции на ступенчатое изменение контурного тока (РСКТ), который с тех пор использовался на многочисленных атомных станциях во всем мире, чтобы удовлетворить требования к испытаниям времени реакции.

D.2 Краткая информация

Испытание РДТ на атомных станциях началось в 1978 г., после того как был утвержден метод РСКТ и были разработаны серийное испытательное оборудование, обучение и процедуры РСКТ. До 1978 г. немногие станции выполняли испытания времени реакции РДТ, а испытания обычно проводились с использованием метода испытания с погружением. Испытание с погружением включает изъятие РДТ со станции и их испытание в лабораторной среде. Во время разработки метода РСКТ в середине 70-х годов прошлого века было определено, что метод испытания с погружением недействителен для испытания времени реакции РДТ атомной станции. В этой связи ядерная промышленность постепенно отказалась от этого метода, за исключением лабораторных квалификационных испытаний новых РДТ и защитных гильз для их установки на станции.

D.3 Методы испытаний времени реакции РДТ

D.3.1 Описание испытания с погружением

Время реакции температурного датчика обычно измеряется в лабораторной среде методом испытания с погружением. При этом испытании датчик подвергают внезапному изменению температуры, а его выходной сигнал регистрируют, пока он не достигнет установившегося состояния.

Анализ испытания с погружением для получения времени реакции датчика очень прост. Например, если переходный процесс выходного сигнала датчика регистрируется в регистраторе, то время реакции определяется измерением времени, при котором выходной сигнал датчика достигает 63,2% своего конечного установившегося значения. Следует отметить, что, хотя определение времени реакции аналитически значимо только для системы первого порядка, оно традиционно используется для определения времени реакции большинства температурных датчиков независимо от их динамических характеристик. По этой причине термины "время реакции" и "постоянная времени" часто используются взаимозаменяемо для описания динамических характеристик РДТ даже при том, что термин "постоянная времени" относится только к системе первого порядка.

Время реакции РДТ, полученное методом испытания с погружением, - это относительный показатель, который должен сопровождаться описанием условий, при которых РДТ испытывался. Это важно, потому что время реакции РДТ сильно зависит от свойств конечной среды, в которую их погружают. Тип среды (воздух, вода и т.д.) и ее скорость, температура и давление всегда должны указываться с результатами времени реакции. Скорость жидкости - обычно самый важный фактор, за которым по важности следуют температура и давление. Эти параметры влияют на коэффициент теплопередачи пленки на поверхности датчика, который связан со временем реакции. Более высокие скорости жидкости увеличивают коэффициент теплопередачи пленки на поверхности датчика и уменьшают время реакции. Температура, однако, оказывает смешанное влияние. С одной стороны, температура действует так же, как скорость жидкости, то есть она увеличивает коэффициент теплопередачи пленки и уменьшает время реакции. С другой стороны, высокие температуры могут влиять на свойства материалов внутри датчика и либо увеличивать, либо уменьшать время реакции. Давление обычно не оказывает существенного эффекта на время реакции датчика, за исключением его влияния на свойства жидкости, которые управляют коэффициентом теплопередачи поверхности.

В дополнение к влиянию технологических условий на время реакции РДТ обычно воздействует установка РДТ в технологическом процессе. Влияние установки особенно важно для РДТ, укрепленных в термокармане, в которых каждый мил воздушного зазора в месте сопряжения РДТ - термокарман может оказать существенное влияние на время реакции сборки РДТ - защитная гильза. (Мил равен 1/1000 дюйма, или 0,0254 мм.)

D.3.2 Описание испытания РСКТ

Так как на время реакции температурного датчика сильно влияют технологические условия и тип установки, лабораторные измерения, такие, например, как испытания с погружением в эталонных условиях, не могут обеспечить точную информацию о времени реакции датчика "в условиях эксплуатации". Поэтому должен применяться натурный метод, которым можно воспользоваться в рабочем технологическом режиме. Метод РСКТ был разработан, чтобы обеспечить возможность натурных испытаний времени реакции, которые необходимы, чтобы измерить время реакции в условиях эксплуатации РДТ, установленных в рабочих технологических процессах.

Испытание РСКТ выполняют, соединяя РДТ с одним контактом моста Уитстона и изменяя ток моста от нескольких миллиампер приблизительно до 40 - 80 мА. Ступенчатое изменение тока дает нагрев джоулевым теплом в элементе РДТ и заставляет его сопротивление меняться пропорционально способности РДТ рассеивать теплоту в окружающую среду. Переходное изменение сопротивления РДТ образует сигнал переходного напряжения на выходе моста Уитстона, который называют "переходным процессом РСКТ" или "данными РСКТ для РДТ". Данный переходный процесс затем анализируют, чтобы получить время реакции РДТ при испытанных условиях. Данный анализ включает в себя алгоритм математической аппроксимации для преобразования данных РСКТ для получения переходной характеристики РДТ на ступенчатое изменение температуры жидкости вне РДТ.

Преимущество испытания РСКТ состоит в том, что оно разрешает оперативное испытание установленных РДТ вне гермооболочки реактора и обеспечивает фактическое время реакции РДТ "в условиях эксплуатации". Испытание учитывает все влияния установки на время реакции РДТ, включая влияние термокармана (если используется), посадки между РДТ и защитной гильзой и всех влияний технологических условий, таких как температура технологического процесса, давление и скорость потока жидкости.

Любой тип или модель РДТ, которые подлежат испытанию методом РСКТ, должны быть сначала квалифицированы. Квалификация включает в себя ряд лабораторных испытаний для верификации того, что метод РСКТ действителен для измерения времени реакции РДТ и установления погрешности результатов времени реакции для конкретной конструкции РДТ. Если РДТ монтируется в защитной гильзе, то должна быть проведена валидация РСКТ с РДТ, установленным в своей защитной гильзе. Квалификация РДТ методом РСКТ необходима, потому что обоснованность метода РСКТ зависит от конкретных допущений к характеристикам теплопередачи РДТ, которые должны быть удовлетворены, с тем чтобы гарантировать получение точных результатов методом РСКТ. На основе результатов лабораторных валидационных испытаний многочисленных РДТ средняя погрешность метода РСКТ была установлена на уровне 10%. То есть метод РСКТ обычно обеспечивает результаты времени реакции, которые находятся в пределах 10% фактического времени реакции РДТ.

D.3.3 Описание испытания саморазогрева

Испытание саморазогрева проводят на РДТ с помощью того же оборудования, что и для испытания РСКТ. Для испытания саморазогрева сначала используется малый ток (например, 5 мА) для нагрева чувствительного элемента РДТ. Ток остается подключенным, пока сопротивление РДТ не стабилизируется. Затем это сопротивление R измеряют и вычисляют мощность через РДТ по уравнению . Этот шаг повторяют с более высокими значениями тока до 40 - 80 мА, чтобы получить три или более частных значений, и результаты сводят в таблицу, указывая сопротивления РДТ при каждом токе в зависимости от электрической мощности, вырабатываемой в РДТ. Затем эта информация выводится в виде графика как R в зависимости от Р, и результат (который должен представлять собой прямую линию) называют "кривой саморазогрева" РДТ. Градиент кривой саморазогрева называют "индексом саморазогрева" (ИСР), измеряют в омах/ваттах (Ом/Вт), и он является параметром, представляющим интерес в данном испытании. ИСР - это индекс, соответствующий теплопередаче РДТ. Значение ИСР изменяется, если есть существенное изменение теплопередачи РДТ (то есть времени реакции). Это испытание не заменяет испытание методом РСКТ или испытание методом анализа шумов для получения времени реакции РДТ, поскольку не определяет время реакции РДТ.

D.3.4 Метод анализа шумов

Метод анализа шумов допускается использовать для определения ухудшения времени реакции РДТ (см. описание этого метода в приложении С). Преимущество метода анализа шумов состоит в том, что он не требует изъятия РДТ из работы во время испытания и одновременно допускает испытание многих РДТ. Если с помощью метода анализа шумов обнаружено, что у РДТ наступило ухудшение времени реакции, то следует использовать метод РСКТ для измерения времени его реакции для оценки степени ухудшения и определения того, отвечает ли РДТ требованиям ко времени реакции.

D.4 Испытание времени реакции термопар

Время реакции термопар измеряют в лаборатории при помощи той же процедуры, что и для РДТ (то есть испытание проводят с погружением в воду комнатной температуры, текущей со скоростью 1 м/с). Для натурного испытания времени реакции термопар применяют либо метод РСКТ, либо метод анализа шумов. Испытание РСКТ для термопар требует иного комплекта испытательного оборудования, чем для РДТ. В частности, время реакции термопар определяют методом РСКТ, используя переменный ток порядка 0,2 - 0,6 А. Это намного больший ток, чем при испытании РСКТ для РДТ. Причиной использования переменного тока для испытаний РСКТ термопар является эффект Пельтье. Причина использования тока намного более высокого уровня состоит в том, что сопротивление термопар распределено вдоль их соединительных проводов в противоположность РДТ, сопротивление которых сконцентрировано на их рабочем наконечнике. Поскольку ток РСКТ нагревает весь провод термопары, есть опасение, что нагрев может повлиять на удлинительные провода термопары и герметичность. Поэтому на станциях, где существует риск нагрева проводов термопар, измерения времени реакции проводят с помощью метода анализа шумов. Метод анализа шумов применяют на термопарах так же, как для датчиков давления, описанных ранее в настоящем стандарте.