DE19848598A1

DE19848598A1 - Mehrfach ummantelte Natriumleckerkennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19848598A1
Application number: DE19848598A
Authority: DE
Inventors: Nobumi Ohyama
Original assignee: Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: JPH11125690A; FR2770021B1; GB2330659B; GB2330659A; JP3028941B2; US6067337A; FR2770021A1; DE19848598B4; GB9822823D0

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrfach ummantelte Natri umleckerkennungsvorrichtung bzw. -suchvorrichtung, die in ver schiedenen Anlagen einsetzbar ist: z. B. in einer Kühlsystem- Rohrleitung, in der ein Schutzrohr eines flüssigmetallgekühl ten schnellen Brutreaktors installiert ist; in einem Kernreak torbehälter, der durch ein Schutzrohr mit Natrium umgeben ist; in verschiedenen Prüfeinrichtungen und Anlagen, in denen ein elektrisch leitendes Fluid verwendet wird.

Natrium ist ein Kühlmittel in flüssigmetallgekühlten schnellen Brutreaktoren, Natrium-Prüfeinrichtungen usw. Zur Messung der Temperatur in der Natriumrohrleitung wird ein Schutzrohr zur Messung der Natriumtemperatur (Schutzrohr) di rekt an der Rohrleitung installiert, und in das Schutzrohr wird ein Thermoelement eingesetzt, durch das die Natriumtempe ratur gemessen wird.

Fig. 1 zeigt ein typisches herkömmliches Prozeßinstru mentierungssystem. Ein Schutzrohr 2 zur Temperaturmessung wird an eine Rohrleitung 1 eines Natriumkühlsystems angeschweißt, in der Natrium von hoher Temperatur fließt. Ein ummanteltes Thermoelement 3 wird in einer Inertgas- oder Luftatmosphäre in das Schutzrohr 2 eingesetzt und über eine Anschlußeinheit 4 mit Ausgleichsleitungen 5 verbunden. Ein erfaßtes Signal wird zu einem Prozeßinstrumentierungssystem 30 der Anlage übermit telt.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die nur den Teil des Temperaturmessungs-Schutzrohrs 2 in Fig. 1 darstellt. Wie in Fig. 3 gezeigt, die einen horizontalen Schnitt entsprechend den Pfeilen A-A in Fig. 2 darstellt, sind die Elementdrähte 7 des ummantelten Thermoelements 3 in einem Isoliermaterial an geordnet, das in die Ummantelung eingefüllt ist. In der An schlußeinheit 4 sind die Thermoelementdrähte 7 und die Aus gleichsleitungen 5 an einem Drahtverbindungsteil 6 miteinan der verbunden. Zu beachten ist, daß das Bezugszeichen 8 eine heiße Lötstelle der Thermoelementdrähte 7 bezeichnet.

Das herkömmliche ummantelte Thermoelement vom oben be schriebenen Typ ist ein MI-Kabel, bei dem das Ummantelungsma terial z. B. SUS316 ist, die Thermoelementdrähte eine Kombina tion aus Alumel und Chromel sind und das Isoliermaterial Ma gnesiumoxid ist.

Gelegentlich wird das oben beschriebene Schutzrohr an einem Abschnitt, der in die Natriumleitung 1 eingesetzt ist, wegen der Natriumströmung in der Rohrleitung 1 durch Kármán- Wirbel in Vibration versetzt. Wenn das Schutzrohr nicht sehr kräftig konstruiert ist, kann die Vibration zum Bruch des Schutzrohrs führen. Wenn das Schutzrohr gebrochen ist, kann in der Rohrleitung enthaltenes Natrium durch das Schutzrohr aus der Rohrleitung nach außen entweichen. Wenn jedoch im Falle eines Schutzrohrs wie dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten eine geringe Menge Natrium aus der Natriumrohrleitung in das Schutzrohr ausläuft, ist es schwierig, das Auslaufen von Na trium nur aus einer Temperaturänderung an der heißen Lötstelle 8 der in der Ummantelung isolierten Thermoelementdrähte nach zuweisen.

Folglich ist es bei den bekannten Verfahren technisch schwierig, das Auslaufen von Natrium in dem Augenblick festzu stellen, wenn eine geringe Natriummenge in das Schutzrohr aus gelaufen ist, und es gibt kein wirksames Mittel, ein Natrium leck im Frühstadium des Lecks nachzuweisen, wenn das an die Natriumrohrleitung angeschweißte Schutzrohr durch die Fluidvi bration oder dergleichen gebrochen ist. Dementsprechend ist gefordert worden, eine Nachweisvorrichtung zum Nachweis einer geringen ausgelaufenen Natriummenge in dem Schutzrohr infolge eines Bruchs des Schutzrohrs in einem Frühstadium des Lecks zu entwickeln.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine mehrfach ummantelte Natriumleckerkennungsvorrichtung bereitzustellen, durch die ein Natriumleck-Störfall (oder ein Störfall durch Auslaufen eines elektrisch leitenden Fluids) durch Bruch eines Schutzrohrs zur Temperaturmessung in einem Frühstadium des Lecks erfaßt wird und eine angemessene Anlagensteuerung ausge führt wird, bevor der Störfall schwerwiegend wird.

Durch die vorliegende Erfindung werden die oben be schriebenen Probleme gelöst und ein Einfluß auf Kernreak toreinrichtungen oder dergleichen, ein Einfluß auf die äußere Umgebung und ein Einfluß auf die Gesellschaft minimiert und folglich eine Minimierung des Schadens ermöglicht.

Die erfindungsgemäße mehrfach ummantelte Natriumlecker kennungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kombination aus den folgenden Komponenten aufweist: einem mehrfach ummantelten Natriumleckdetektor mit einem ummantelten Thermoelement und Natriumleckerkennungs- bzw. -suchelement drähten, die in einem Isoliermaterial angeordnet sind, das in eine Mehrfachummantelung eingefüllt wird; einer Natriumleckbe urteilungseinrichtung, die nach einem Signal von dem mehrfach ummantelten Natriumleckdetektor beurteilt, ob ein Natrium leck vorhanden ist oder nicht; einer Alarmeinrichtung, die ei nen Alarm auslöst, wenn eingeschätzt wird, daß ein Natriumleck vorhanden ist; und Signalleitungen, welche diese Einrichtungen verbinden. Der mehrfach ummantelte Natriumleckdetektor wird in Übereinstimmung mit dem Außendurchmesser der Ummantelung di mensioniert, so daß er in ein Schutzrohr, das bereits in einer vorhandenen Rohrleitung installiert worden ist, ohne Änderung des Schutzrohrs eingesetzt werden kann. Auf diese Weise kann das in der Rohrleitung befindliche Natrium in einen Ausschluß behälter oder dergleichen abgeleitet werden, bevor es aus der Rohrleitung ausläuft. Dementsprechend ist es möglich einen Leckstörfall von großem Ausmaß in einer Anlage zu verhindern.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind zum Teil offensichtlich und gehen zum Teil aus der Beschreibung hervor.

Die Erfindung weist dementsprechend die Konstruktions merkmale, Elementekombinationen und die Teileanordnung auf, die in der nachstehend dargelegten Konstruktion anhand von Beispielen erläutert werden, und der Schutzumfang der Erfin dung wird durch die Patentansprüche aufgezeigt.

Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Schema, das ein typisches herkömmliches Pro zeßinstrumentierungssystem darstellt;

Fig. 2 eine Detailansicht eines herkömmlichen Schutz rohrs zur Temperaturmessung;

Fig. 3 einen horizontalen Schnitt des in Fig. 2 darge stellten Schutzrohrs entsprechend den Pfeilen A-A;

Fig. 4 ein Schema einer Ausführungsform der erfindungs gemäßen mehrfach ummantelten Natriumlecksuchvorrichtung;

Fig. 5 eine Detailansicht der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 6 einen horizontalen Schnitt entsprechend den Pfeilen B-B in Fig. 5;

Fig. 7 ein Diagramm, welches das Ausgangssignal des Thermoelements darstellt;

Fig. 8 ein Schema, das eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen mehrfach ummantelten Natriumlecksuchvor richtung darstellt;

Fig. 9 einen horizontalen Schnitt entsprechend den Pfeilen C-C in Fig. 8;

Fig. 10 ein Diagramm, welches das Ausgangssignal des Thermoelements darstellt; und

Fig. 11 ein Schema, das eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen mehrfach ummantelten Natriumlecksuch vorrichtung darstellt.

Fig. 4 zeigt ein Schema, das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen mehrfach ummantelten Natriumlecksuchvor richtung darstellt. Fig. 5 zeigt eine Detailansicht der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung. Fig. 6 zeigt einen horizon talen Schnitt entsprechend den Pfeilen B-B in Fig. 5. Fig. 7 zeigt ein Diagramm, welches das Ausgangssignal des Thermoele ments darstellt. Zu beachten ist, daß gleiche Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 die gleichen Teile bezeichnen.

An die Rohrleitung eines Natriumkühlsystems wird ein Schutzrohr 2 angeschweißt, wie in Fig. 1 dargestellt. Das Schutzrohr 2 weist eine Mehrfachummantelung mit einem herkömm lichen ummantelten Thermoelement und Natriumlecksuch elementdrähten auf, die darin so vorgesehen sind, daß aus der Rohrleitung auslaufendes Natrium, wenn es in das Schutzrohr 2 eintritt, sofort nachgewiesen werden kann. Daher wird das Schutzrohr 2 so angeordnet, daß es als wesentliche Funktion eine Temperaturmessung ausführen und außerdem das Auslaufen von Natrium nachweisen kann.

Eine Mehrfachummantelung 9 ist eine zylinderförmige Röhre, deren distales Ende offen ist. Das Material, aus dem die Mehrfachummantelung 9 besteht, ist SUS316. In der Mehrfa chummantelung 9 sind ein ummanteltes Thermoelement 10 und Drähte eines Natriumlecksuchelements angeordnet. Das ummantel te Thermoelement 10 ist ein herkömmliches Thermoelement, das aus Alumel- und Chromel-Elementdrähten gebildet wird. Die Na triumlecksuchelementdrähte sind eine Kombination aus einem Alumeldraht 11 und einem Chromeldraht 12, die Thermoelement drähte sind. Die Mehrfachummantelung 9 ist mit einem Isolier material 14 gefüllt, das im wesentlichen aus Magnesiumoxid be steht. Die distalen Enden der Elementdrähte 11 und 12 sind im Inneren des distalen Endes 13 der Mehrfachummantelung 9 ange ordnet und unter normalen Umständen durch das Isoliermaterial elektrisch isoliert.

Wenn, wie in Fig. 5 dargestellt, das Schutzrohr 2 ge brochen ist und Natrium 15 in das Schutzrohr 2 ausläuft, dringt das auslaufende Natrium 15 in das Isoliermaterial 14 ein (siehe den schraffierten Abschnitt in der Figur), da das distale Ende 13 der Mehrfachummantelung 9 offen ist. Infolge dessen werden die distalen Enden der Alumel- und Chromeldrähte 11 und 12, die Lecksuchelementdrähte sind bzw. der Leckerken nung dienen, durch das Natrium 15, welches durch das Isolier material 14 eindringt, elektrisch kurzgeschlossen und bilden eine heiße Verbindung bzw. Meßstelle oder Lötstelle. Als Er gebnis funktionieren der Alumeldraht 11 und der Chromeldraht 12 wie ein Thermoelement. Folglich erhält man ein Thermoele ment-Ausgangssignal, das proportional zur Atmosphärentempera tur ist. Wie in Fig. 7 dargestellt, zeigt das Thermoelement- Ausgangssignal (das Leck tritt zur Zeit T0 auf) eine Charakte ristik, in der es mit der Zeit allmählich abnimmt. Genauer ge sagt, das Natrium 15 dringt mit der Zeit durch das Isolierma terial 14 in die Mehrfachummantelung ein. Wenn das Natrium 15 so weit eingedrungen ist, daß die Mehrfachummantelung eine Temperatur von etwa 100°C erreicht, erstarrt das Natrium 15 und dringt nicht mehr ein. In einem bestimmten Stadium, bevor das Natrium 15 erstarrt, bilden der Alumeldraht 11 und der Chromeldraht 12 durch das Natrium eine heiße Meßstelle bzw. Lötstelle, und die heiße Meßstelle bewegt sich mit der Zeit in der Mehrfachummantelung 9 zu einer Seite hin, wo die Tempera tur niedriger ist.

Das in dem mehrfach ummantelten Natriumleckdetektor er zeugte Thermoelement-Ausgangssignal wird in eine in Fig. 4 dargestellte Natriumleckbeurteilungseinrichtung 40 eingegeben. Durch Erfassen des Ausgangssignals stellt die Natriumleckbeur teilungseinrichtung 40 fest, daß das Natrium 15 wegen eines Bruchs des Schutzrohrs 2 in das Schutzrohr 2 eindringt, und löst eine Alarmeinrichtung 50 aus. Auf diese Weise ist es auch möglich, mit Hilfe des erfaßten Signals Natrium aus der Natri umrohrleitung automatisch abzulassen. Indem ferner ein Anla genbediener durch den Alarm über das Auftreten einer Unregel mäßigkeit informiert wird, kann die Anlage in einem frühen Stadium gesteuert werden, bevor Natrium aus der Natriumrohr leitung nach außen ausläuft. Infolgedessen kann der Schaden infolge des Natriumlecks minimiert werden.

Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform der vor liegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 10 beschrieben.

Fig. 8 ist ein Schema, das eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen mehrfach ummantelten Natriumlecksuchvor richtung darstellt. Fig. 9 zeigt einen horizontalen Schnitt entsprechend den Pfeilen C-C in Fig. 8. Fig. 10 zeigt ein Dia gramm, welches das Ausgangssignal des Thermoelements dar stellt.

In Fig. 8 werden rostfreier Stahl (SUS316) und Natrium als metallische Werkstoffe verwendet, die ein Thermoelement bilden. Das heißt, ein Elementdraht 16 aus rostfreiem Stahl wird als einer der Thermoelementdrähte verwendet, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, und ein ähnlicher Elementdraht 21 aus rost freiem Stahl wird als der andere Thermoelementdraht verwendet. Der Elementdraht 21 aus rostfreiem Stahl ist mit einer Umman telung 17 aus dem gleichen Material wie dem des Elementdrahts 21 umhüllt. Der Elementdraht 21 und die Ummantelung 17 sind durch ein Isoliermaterial 22 voneinander isoliert. Die dista len Enden der Ummantelung 17 und des Elementdrahts 21 aus rostfreiem Stahl sind elektrisch miteinander verbunden (an ei ner Verbindung bzw. Lötstelle 18).

Wenn bei dieser Ausführungsform Natrium 15 in das Schutzrohr 9 eintritt und sich am Boden des Schutzrohrs ansam melt, dringt das Natrium 15 von einem offenen Abschnitt am di stalen Ende 19 der Mehrfachummantelung aus in das Isoliermate rial 14 ein. Infolgedessen bilden der Elementdraht 16 aus rostfreiem Stahl und das Natrium 15 ein Thermoelement, und zwischen dem Natrium 15 und dem Elementdraht 16 aus rostfreiem Stahl wird eine thermoelektromotorische Kraft V1 erzeugt. Der andere ummantelte Elementdraht 21 aus rostfreiem Stahl bildet an seinem distalen Ende ein Thermoelement aus dem Natrium 15 und dem Elementdraht 21 aus rostfreiem Stahl. In diesem Ther moelement wird gleichfalls zwischen dem Natrium 15 und dem Elementdraht 21 aus rostfreiem Stahl in der Ummantelung eine thermoelektromotorische Kraft V2 erzeugt. Das in dem Natrium leckdetektor verwendete Thermoelement-Ausgangssignal ist eine elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Ausgangssignal von einem Elementdraht aus rostfreiem Stahl und dem Ausgangssignal von dem anderen, ummantelten Elementdraht aus rostfreiem Stahl (V2-V1). Ein Natriumleck wird aus der Potentialdifferenz (V2-V1) erfaßt. Die Potentialdifferenz ist so beschaffen, wie in Fig. 10 dargestellt. Die Ausgangsspannung zeigt eine Neigung, vom Entstehungszeitpunkt der Potentialdifferenz an im Verlauf der Zeit allmählich anzusteigen (das Leck tritt zum Zeitpunkt T0 auf). Genauer gesagt, während das Natrium 15 durch das Iso liermaterial 14 eindringt, bewegt sich die Position einer hei ßen Meßstelle bzw. Lötstelle 20 des Elementdrahts 16 aus rost freiem Stahl und des Natriums 15 zu einer Seite hin, wo die Temperatur niedriger ist. Daher nimmt die thermoelektromotori sche Kraft V1 allmählich ab und wird schließlich konstant, wenn das auslaufende Natrium, das sich zur Niedertemperatur seite hin bewegt, erstarrt. Der andere Elementdraht 21 aus rostfreiem Stahl, der in die Ummantelung 17 eingesetzt ist, ist am distalen Ende 18 der Ummantelung 17 elektrisch mit der Ummantelung 17 verbunden. Daher bildet dieser Abschnitt eine heiße Verbindung oder Meßstelle bzw. Lötstelle, und diese ist unabhängig von dem durch die Mehrfachummantelung 9 eindringen den Natrium 15. Folglich erhält man ein konstantes Thermoele ment-Ausgangssignal V2, das proportional zur Temperatur in der Nähe der heißen Meßstelle ist. Dementsprechend nimmt das Aus gangssignal (V2-V1) allmählich zu und wird danach konstant, wie durch die charakteristische Kurve in Fig. 10 dargestellt. Die Potentialdifferenz wird in der oben beschriebenen Natrium leckbeurteilungseinrichtung 40 erfaßt. Bei dieser Ausführungs form kann die Konstruktion der Vorrichtung so beschaffen sein, daß der andere Elementdraht 21 aus rostfreiem Stahl zusammen mit dem Thermoelement 7 in die Thermoelementummantelung 17 eingesetzt wird und das distale Ende des Elementdrahts 21 elektrisch mit der Thermoelementummantelung 17 verbunden wird.

Fig. 11 zeigt ein Schema, das eine weitere Ausführungs form der vorliegenden Erfindung darstellt.

Die Konfiguration des distalen Endes der Mehrfachumman telung ist nicht unbedingt auf diejenigen beschränkt, die in den Fig. 5 und 8 dargestellt sind, in denen das distale En de offen ist. Die Mehrfachummantelung kann auch wie folgt kon struiert sein. Wie in Fig. 11 dargestellt, wird das distale Ende der Mehrfachummantelung 9 durch Verschweißen mit dem gleichen Material wie dem metallischen Werkstoff, der die Au ßenseite der Mehrfachummantelung 9 bildet, verschlossen, und in eine Seite der Mehrfachummantelung 9 wird ein Loch 23 ge bohrt, so daß auslaufendes Natrium durch das Loch 23 in die Mehrfachummantelung 9 eindringt.

Ferner können mehrere Konstruktionen, die nach den obi gen Angaben gestaltet sind, miteinander kombiniert werden. Ne ben dem Schema der Ausbildung eines Thermoelements durch Na trium kann ein Verfahren angewandt werden, wobei zwischen ei nem Elementdraht und dem anderen Elementdraht von der Natrium leckbeurteilungseinrichtung eine Spannung angelegt wird, und wenn die beiden Elementdrähte beginnen, elektrisch zu leiten, dann schätzt die Natriumleckbeurteilungseinrichtung ein, daß ein Leck vorhanden ist, und löst einen Alarm aus.

Wie oben festgestellt, kann nach der vorliegenden Er findung, wenn ein Riß in einem Schutzrohr entsteht, das von Natrium umgeben ist, welches als Kühlmittel dient, und wenn eine geringe Natriummenge in das Schutzrohr eintritt, das Leck frühzeitig erfaßt werden. Daher ist es möglich, eine Anlagen steuerung auszuführen, z. B. Natrium aus der Kühlrohrleitung abzulassen, wobei die Leckflüssigkeit innerhalb des Schutz rohrs eingeschlossen bleibt. Als Ergebnis ist es möglich, ei nen Schaden an der Anlage infolge des aus der Rohrleitung aus laufenden Natriums zu minimieren.

Claims

1. Mehrfach ummantelte Natriumleckerkennungsvorrich tung, welche aufweist:
einen mehrfach ummantelten Natriumleckdetektor, mit ei nem ummantelten Thermometer und Natriumleckerkennungs elementdrähten vom Kontakttyp, die durch Kontakt mit auslau fendem Natrium elektrisch leiten, wobei das ummantelte Thermo meter und die Natriumleckerkennungselementdrähte in einem Iso liermaterial angeordnet sind, das in eine Mehrfachummantelung eingefüllt ist;
eine Natriumleckbeurteilungseinrichtung, die ein Natri umlecksignal von dem mehrfach ummantelten Natriumleckdetektor erfaßt und beurteilt, ob ein Natriumleck vorhanden ist oder nicht; und
eine Alarmeinrichtung, die einen Alarm auslöst, wenn eingeschätzt wird, daß ein Natriumleck vorhanden ist;
wodurch es möglich ist, eine Natriumtemperatur zu mes sen und ein Natriumleck zu erfassen.

2. Mehrfach ummantelte Natriumleckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Natriumleckerkennungselementdrähte durch Kontakt mit elektrisch leitendem Natrium, das durch das Isoliermaterial von einem offenen Ende des mehrfach ummantel ten Natriumleckdetektors aus eindringt, elektrisch leitend werden.

3. Mehrfach ummantelte Natriumleckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Natriumleckerkennungselementdrähte Metalldrähte verschiedener Art sind und die Metalldrähte ver schiedener Art, wenn sie elektrisch leitend werden, ein oder mehrere Thermoelemente bilden.

4. Mehrfach ummantelte Natriumleckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Natriumleckerkennungs elementdrähte Drähte aus rostfreiem Stahl sind und die Drähte aus rostfreiem Stahl durch Kontakt mit elektrisch leitendem Natrium ein oder mehrere Thermoelemente aus rostfreiem Stahl und Natrium bilden.