[發明專利]用于控制反應堆設備和核反應堆設備中的氧氣濃度的方法和裝置

有效

• 申請號: 201580035824.5
• 申請日: 2015-06-11
• 公開（公告）號: CN106463187B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 彼得·妮基福羅維赫·馬蒂娜芙;康斯坦丁·德米特里耶維奇·伊萬諾夫;拉多米爾·沙米利耶維奇·阿斯克哈杜爾因;阿列克謝·尼古拉耶維奇·斯托羅甄延科;安德烈·阿列克塞耶維奇·西馬科夫;阿列克桑德爾·烏里耶維奇·萊基克
• 申請（專利權）人: 阿克梅工程公司
• 主分類號: G21C17/025
• 分類號: G21C17/025
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司11278
• 代理人: 張濤

技術領域

本發明涉及核能工業和核反應堆設備，并且更具體地涉及具有液態金屬冷卻介質的核反應堆設備(ядерным реакторным установкам)。同時，本發明還可以被應用于各種非核反應堆設備。

背景技術

具有液態金屬冷卻介質的核反應堆設備的關鍵問題之一是反應堆結構材料的腐蝕。為了防止腐蝕，使用形成保護性氧化物涂層的技術。反應堆結構材料(例如，鋼)的耐腐蝕性取決于這些涂層的完整性。

應當指出的是，所提及的問題可能發生在具有非液態金屬冷卻介質的核反應堆設備和非核反應堆設備中。盡管本發明相對于具有液態金屬冷卻介質的核反應堆設備進行了描述，但是本發明也可以用在具有非液態金屬冷卻介質的核反應堆設備和非核反應堆設備中。

氧氣傳統上被用于形成氧化物涂層。當反應堆設備運行時，結構材料的組分(例如鐵、鉻以及其它)擴散到冷卻介質中。由于所提及的結構材料的組分對氧化劑(例如，氧氣)具有較高的化學親和力，所以冷卻介質中結構材料的鐵、鉻以及其它組分的濃度的增加使氧化劑(例如，氧氣)的濃度降低。這可能導致保護性氧化物涂層的溶解，這將顯著提高腐蝕速率。因此，為了將腐蝕速率降低到確保反應堆設備在安全模式下長期運行的最低水平，需要向冷卻介質供應氧化劑以將其濃度增加到保護性氧化物涂層不被溶解在冷卻介質中這樣的水平。在這方面，氧氣是相當合適的氧化劑，因為它可以以氣體或不同材料(例如，制成冷卻介質的那些)的氧化物的形式被供應到冷卻介質中。

鑒于上述情況，重要的是控制和保持冷卻介質中氧化劑的所需濃度，特別是氧氣的濃度，使得與冷卻介質接觸的反應堆內表面上的保護性氧化物涂層不被溶解在冷卻介質中，從而防止反應堆材料的腐蝕。由于氧氣被不斷地消耗用于擴散到冷卻介質中的結構材料的鐵、鉻以及其它組分的氧化，所以為了將氧氣濃度保持在確保反應堆材料的最小腐蝕速率的規定范圍內，氧氣應當被供應到冷卻介質中，例如，當達到規定范圍的下限或氧氣濃度降低到低于可容許水平時。

專利RU2100480(1997年12月27日公告)公開了用于增加冷卻介質中氧氣濃度的這樣的方法，將與惰性氣體混合的氧氣注入到冷卻介質表面上方的保護性氣體中或直接注入到冷卻介質中，以及溶解冷卻介質中的冷卻介質組分氧化物。

然而，上述專利所描述的方法具有這樣的缺點：不可能控制氧氣注入到冷卻介質中(冷卻介質中氧氣濃度的增加)，即：氧氣供應的開始/結束和冷卻介質氧化物的溶解、測量冷卻介質中氧氣濃度的速率，即：將要供應的氧氣和將要溶解的冷卻介質氧化物的體積。此外，當向冷卻介質表面上方的大量保護性氣體供應與惰性氣體混合的氧氣時，氧氣擴散到冷卻介質中的速率相對較低并且冷卻介質表面上形成氧化物膜(外皮)的風險隨著與惰性氣體混合的氧氣分數的升高而增加。

專利RU2246561(2005年2月20日公告)公開了用于可控溶解冷卻介質中的冷卻介質氧化物的方法和裝置，但不包括關于用于控制以氣態形式注入到冷卻介質中的氧氣的可能性的任何數據。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于控制以氣態形式供應的反應堆設備中并且更具體地核反應堆設備的冷卻介質中的氧氣濃度的方法和裝置。此外，本發明的目的是確保核反應堆設備在不同模式(例如反應堆結構材料的鈍化模式、正常運行模式、在保護性氧化物涂層破壞期間的異常模式以及其他)下的有效且安全的準備和運行。鑒于上述情況，本發明的其它目的是在用于控制(增加)冷卻介質中的氧氣濃度、提高用于氧氣濃度控制的設備的安全性和提供確保核反應堆設備在所有模式下的安全準備和運行的設備控制系統的方法之間切換。

本發明的目的是通過使用用于控制反應堆設備的冷卻介質中的氧氣濃度的方法來實現的，該反應堆設備包含反應堆、位于反應堆中的冷卻介質、具有朝向反應堆的近冷卻介質空間的出口的氣體系統、置于冷卻介質中保持固相冷卻介質氧化物并且適于使冷卻介質流過它的質量交換裝置、部分置于冷卻介質中并且部分安裝在近冷卻介質空間中并且適于從近冷卻介質空間向冷卻介質供應氣體的分散器、以及位于冷卻介質中的氧氣傳感器。