RU2625244C1

RU2625244C1 - Device for molten metal samples selection

Info

Publication number: RU2625244C1
Application number: RU2016137055A
Authority: RU
Inventors: Владислав Алексеевич Гуров; Михаил Сергеевич Моркин; Олег Анатольевич Ярмоленко
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2017-07-12

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: device contains the pipe, one end of which is provided with the sealing unit with the gate valve inside it, and the other is designed for the dipping under the coolant level. The sampler in the form of the capillary is provided for its sampling and transporting, which is designed with ability to move along the pipe through the unit. The movement of the capillary along the pipe is provided by the device of its movement. The feeder is responsible for the capillary supply into the pipe. To supply the cooling medium into the capillary cavity, it is connected to the vacuum pump line by means of the pipeline.

EFFECT: provision of the channel sealing, the pollutants leakage from the reactor gas cushion is excluded, while sampling.

6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для взятия проб в жидком или текучем состоянии и может быть использовано в ядерных реакторах с жидкометаллическим теплоносителем для отбора проб расплавленного теплоносителя.The invention relates to a device for sampling in a liquid or fluid state and can be used in nuclear reactors with a liquid metal coolant for sampling a molten coolant.

Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является устройство для отбора проб расплавленного металла, содержащее пробоотборник, механизм перемещения пробоотборника и трубопровод для подключения пробоотборника к линии вакуум-насоса (патент на полезную модель РФ №24730, опубл. 20.08.2002, МПК G01N 1/00).The closest in technical essence to the invention is a device for sampling molten metal, containing a sampler, a mechanism for moving the sampler and a pipe for connecting the sampler to the vacuum pump line (patent for utility model of the Russian Federation No. 24730, publ. 08.20.2002, IPC G01N 1 / 00).

В известном устройстве пробоотборник выполнен в виде вертикальной трубы, внутри которой с образованием зазора относительно ее боковой поверхности размещен стержень. Стержень на нижнем конце имеет герметизирующий трубу элемент до и после отбора пробы и может перемещаться в вертикальном направлении с помощью дополнительного устройства вертикального перемещения. Устройство для отбора пробы располагают на крышке реактора и для перемещения трубы внутрь реактора с целью отбора пробы теплоносителя в крышке реактора выполнен вертикальный канал.In the known device, the sampler is made in the form of a vertical pipe, inside which a rod is placed to form a gap relative to its lateral surface. The rod at the lower end has a pipe sealing element before and after sampling and can be moved in the vertical direction with the help of an additional device for vertical movement. A device for sampling is placed on the lid of the reactor and a vertical channel is made to move the pipe inside the reactor in order to take a sample of the coolant in the lid of the reactor.

Забор пробы осуществляется следующим образом. С помощью механизма вертикального перемещения трубу погружают в теплоноситель и выдвигают вниз стержень с герметизирующим элементом устройством вертикального перемещения стержня. В результате разгерметизации трубы зазор между стержнем и боковой поверхностью трубы сообщается с теплоносителем в реакторе и наполняется им. После заполнения зазора теплоносителем стержень задвигают обратно в трубу, и герметизирующий элемент на конце стержня герметизирует ее, фиксируя, таким образом, в ней отобранную пробу теплоносителя. После этого механизмом вертикального перемещения трубу извлекают за пределы реактора через канал в крышке реактора, где проба замораживается, труба с пробой и стержнем демонтируется и передается в лабораторию для анализа пробы. На место демонтированной трубы устанавливается «свежая».Sampling is as follows. Using the vertical movement mechanism, the pipe is immersed in the coolant and the rod with the sealing element is moved downward by the device for vertical movement of the rod. As a result of depressurization of the pipe, the gap between the rod and the side surface of the pipe communicates with the coolant in the reactor and is filled with it. After filling the gap with the coolant, the rod is pushed back into the pipe, and the sealing element at the end of the rod seals it, thus fixing a sample of the coolant in it. After that, the pipe is removed by the vertical movement mechanism outside the reactor through the channel in the reactor lid, where the sample is frozen, the pipe with the sample and the rod is dismantled and transferred to the laboratory for analysis of the sample. In place of the dismantled pipe, "fresh" is installed.

Выполнение пробоотборника из подвижных друг относительно друга частей делает его сложным и дорогостоящим в изготовлении. В случае же повторного применения одного и того же пробоотборника возникает проблема очистки внутреннего объема трубы от остатков предыдущей пробы. При некачественной очистке трубы результаты исследований следующей пробы будут получены с погрешностью.The implementation of the sampler from moving relative to each other parts makes it difficult and expensive to manufacture. In the case of repeated use of the same sampler, the problem arises of cleaning the internal volume of the pipe from the remnants of the previous sample. In case of poor-quality pipe cleaning, the results of studies of the next sample will be obtained with an error.

Кроме того, этапы перемещения из внутреннего пространства реактора за пределы крышки реактора, а также демонтаж зафиксированной пробы раскрыты на функциональном уровне, в связи с чем, возникает вопрос об обеспечении радиационной безопасности при использовании известного устройства. В случае извлечения пробоотборника из канала и его демонтажа из устройства, канал в крышке реактора остается открытым, возникает сообщение газовой подушки реактора с закорпусным пространством реактора, что ведет к выходу радионуклидов из реактора и, как следствие, увеличению дозовых нагрузок на персонал. Кроме того, известное устройство возможно использовать, расположив его только вертикально на крышке реактора, что приводит к ее затесненности.In addition, the steps of moving from the inside of the reactor outside the reactor lid, as well as the dismantling of the fixed sample, are disclosed at a functional level, and therefore, the question arises of ensuring radiation safety when using the known device. If the sampler is removed from the channel and removed from the device, the channel in the reactor lid remains open, the message of the gas cushion of the reactor with the casing of the reactor occurs, which leads to the release of radionuclides from the reactor and, as a consequence, an increase in dose loads for personnel. In addition, the known device can be used by placing it only vertically on the reactor lid, which leads to its crowding.

Недостатками известного устройства являются отсутствие в нем от выхода радионуклидов из реактора при извлечении пробоотборника, что приводит к увеличению дозовых нагрузок на персонал, а также дорогостоящие расходные материалы (выемная часть) ввиду наличия подвижных друг относительно друга элементов, которые требуют высокой точности изготовления и центрирования корпуса и стержня устройства; большие габариты механизма вертикального перемещения и извлечения пробоотборника в случае большого хода выемной части.The disadvantages of the known device are the absence of radionuclides from the reactor when the sampler is removed, which leads to an increase in dose loads for personnel, as well as expensive consumables (extraction part) due to the presence of elements moving relative to each other, which require high precision manufacturing and centering of the body and the core of the device; large dimensions of the mechanism of vertical movement and extraction of the sampler in case of a large stroke of the extraction part.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение безопасности эксплуатации устройства для персонала; упрощение конструкции пробоотборника.The task to which the invention is directed, is to increase the safety of operation of the device for personnel; simplification of the design of the sampler.

Техническим результатом изобретения является исключение выхода загрязняющих веществ при отборе пробы из емкости с расплавом, а также снижение материалоемкости устройства.The technical result of the invention is the elimination of the release of pollutants when sampling from a vessel with a melt, as well as reducing the material consumption of the device.

Технический результат достигается тем, что устройство для отбора проб расплавленного металла, содержащее пробоотборник, механизм перемещения пробоотборника, а также трубопровод для подключения пробоотборника к линии вакуум-насоса, дополнительно содержит трубу, один конец которой снабжен уплотняющим узлом с шибером внутри, а второй предназначен для погружения под уровень теплоносителя, при этом пробоотборник выполнен в виде капилляра с возможностью перемещения по трубе через узел уплотнений и устройство содержит механизм подачи капилляра в трубу.The technical result is achieved in that the device for sampling molten metal containing a sampler, a mechanism for moving the sampler, as well as a pipeline for connecting the sampler to the vacuum pump line, further comprises a pipe, one end of which is equipped with a sealing assembly with a gate inside, and the second is designed for immersion under the coolant level, while the sampler is made in the form of a capillary with the ability to move through the pipe through the seal assembly and the device contains a drip feed mechanism llyara into the pipe.

Кроме того, устройство дополнительно снабжено механизмом подачи аргона в трубу, при этом упомянутый механизм подключен к трубе после уплотняющего узла.In addition, the device is additionally equipped with a mechanism for supplying argon to the pipe, while said mechanism is connected to the pipe after the sealing assembly.

Кроме того, устройство дополнительно снабжено механизмом для фрагментации капилляра.In addition, the device is additionally equipped with a mechanism for fragmentation of the capillary.

Кроме того, механизм перемещения капилляра выполнен в виде катушки с электроприводом, при этом капилляр намотан на катушку.In addition, the mechanism for moving the capillary is made in the form of an electric coil, while the capillary is wound on a coil.

Кроме того, механизм подачи выполнен в виде роликов с электроприводом, причем капилляр проходит между роликами.In addition, the feed mechanism is made in the form of electric rollers, and the capillary passes between the rollers.

Кроме того, механизм фрагментации выполнен в виде дисковой пилы.In addition, the fragmentation mechanism is made in the form of a circular saw.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено устройство отбора пробы (фиг. 1).The invention is illustrated in the drawing, which shows a sampling device (Fig. 1).

Устройство для отбора пробы содержит трубу 1, проходящую через канал 2 в корпусе ядерного реактора. Один конец трубы 1 выходит за пределы реактора и снабжен уплотняющим узлом 3 с шибером 4 внутри него. Зазор между трубой 1 и каналом 2 заваривают. Второй конец трубы 1 предназначен для погружения под уровень теплоносителя. Постоянно расположенный под расплавом свинца конец трубы 1 исключит сообщение полости трубы 1 с газовой полостью реактора, а следовательно, и выход радионуклидов через нее. Однако одновременно с этим трубка подвергнется и коррозии из-за постоянного контакта с агрессивной средой. Чтобы этого избежать и продлить срок эксплуатации устройства, к трубе 1 для ее продувки подсоединен механизм подачи сухого аргона 5.The device for sampling contains a pipe 1 passing through a channel 2 in the body of a nuclear reactor. One end of the pipe 1 extends beyond the reactor and is equipped with a sealing assembly 3 with a gate 4 inside it. The gap between the pipe 1 and the channel 2 is welded. The second end of the pipe 1 is intended for immersion under the level of the coolant. The end of the pipe 1 permanently located under the lead melt will exclude the communication of the cavity of the pipe 1 with the gas cavity of the reactor and, consequently, the radionuclide exit through it. However, at the same time, the tube will also undergo corrosion due to constant contact with an aggressive environment. To avoid this and extend the life of the device, a dry argon feed mechanism 5 is connected to the pipe 1 for purging it.

Для отбора пробы и ее транспортировки за пределы реактора предусмотрен пробоотборник 6, выполненный с возможностью перемещения по трубе 1 через узел 3. На обеспечение устройством безопасности его эксплуатации, заключающейся в защите от проникновения через него радионуклидов из реакторного пространства, влияют размеры трубы 1. Чем больше ее диаметр, тем сложнее обеспечить герметизацию ее конца и тем больше летучих и газообразных радионуклидов может попасть в ее внутренний объем путем испарения с зеркала теплоносителя в случае отсутствия погружения трубы 1 под уровень теплоносителя. Поэтому труба 1 должна быть минимального диаметра. Обеспечить ее минимальные радиальные габариты, сохранив возможность свободного перемещения внутри нее, может пробоотборник 6, выполненный в виде капилляра. Кроме того, малый диаметр капилляра и, соответственно, малая масса отобранной им пробы позволяют минимизировать дозовые нагрузки на персонал при работах по анализу пробы и по ее утилизации после выполнения анализа, т.е. уменьшается количество радиоактивных отходов.For sampling and its transportation outside the reactor, a sampler 6 is provided, made with the possibility of moving through the pipe 1 through the node 3. The dimensions of pipe 1 affect the safety of its operation, which is to protect against penetration of radionuclides from the reactor space through it. The larger its diameter, the more difficult it is to ensure the sealing of its end and the more volatile and gaseous radionuclides can get into its internal volume by evaporation from the heat carrier mirror in the absence of immersion of the pipe 1 under the coolant level. Therefore, the pipe 1 should be of the minimum diameter. Ensure its minimum radial dimensions, while maintaining the possibility of free movement inside it, can sampler 6, made in the form of a capillary. In addition, the small diameter of the capillary and, accordingly, the small mass of the sample taken by it allow minimizing the dose burden on the personnel during the analysis of the sample and its disposal after analysis, i.e. the amount of radioactive waste is reduced.

Перемещение капилляра по трубе 1 обеспечивают механизмом его перемещения 7. Благодаря гибкости капилляра, механизм 7 может быть выполнен в виде катушки с электроприводом. В таком случае капилляр наматывают на катушку, что положительно влияет на компактность устройства в целом. Для направления конца капилляра в трубу 1 устройство снабжено подающим механизмом 8, выполненным, например, в виде роликов, один из которых снабжен приводом. Конец капилляра при этом располагают между роликами.The movement of the capillary through the pipe 1 is provided with a mechanism for its movement 7. Due to the flexibility of the capillary, the mechanism 7 can be made in the form of an electric coil. In this case, the capillary is wound on a coil, which positively affects the compactness of the device as a whole. To direct the end of the capillary into the pipe 1, the device is equipped with a feeding mechanism 8, made, for example, in the form of rollers, one of which is equipped with a drive. The end of the capillary is located between the rollers.

Для поступления теплоносителя в полость пробоотборника 6 его соединяют с линией вакуум-насоса посредством трубопровода 9.For the flow of coolant into the cavity of the sampler 6, it is connected to the line of the vacuum pump through the pipe 9.

Для передачи отобранной пробы на исследование устройство снабжено механизмом резки 10 капилляра, например дисковой пилой.To transfer the selected sample to the study, the device is equipped with a cutting mechanism 10 of the capillary, for example a circular saw.

Устройство может быть расположено на крышке реактора, а ввиду затесненности пространства на крышке реактора, и за боковой стенкой корпуса реактора: непосредственно за ней, или в лабораторном помещении. В последнем варианте размещения устройства канал 2 выполняют с уклоном в сторону уровня теплоносителя. Такой уклон выполнен для того, чтобы в случае попадания теплоносителя в канал 2, он стекал обратно в объем первого контура реактора. Кроме того, при расположении устройства непосредственно в лаборатории исключает необходимость транспортировки пробы до места исследования. Отбор пробы осуществляется следующим образом.The device can be located on the cover of the reactor, and due to the tightness of the space on the cover of the reactor, and behind the side wall of the reactor vessel: directly behind it, or in the laboratory room. In the latter embodiment, the placement of the device channel 2 is performed with a slope towards the level of the coolant. Such a slope is made so that in the event that the coolant enters the channel 2, it flows back into the volume of the primary reactor loop. In addition, when the device is located directly in the laboratory, it eliminates the need to transport the sample to the test site. Sampling is as follows.

В исходном состоянии устройства труба 1 заполнена сухим аргоном при давлении, который при погружении конца трубы 1 в теплоноситель препятствует затеканию в нее теплоносителя, а при ее расположении выше уровня теплоносителя - радионуклидов из реакторного пространства за пределы реактора, и перекрыта шибером 4. При необходимости взять пробу шибер 4 открывают и подающий механизм 8 обеспечивает подачу пробоотборника 6 (капилляра) через узел 3 в верхний конец трубы 1 вплоть до погружения конца капилляра в теплоноситель. При этом (при открытом шибере) утечка аргона или радионуклидов из трубки 1 ограничивается узлом 3. Устройство вакуумирования создает форвакуум в полости капилляра намотанного на катушку, что обеспечивает заполнение участка капилляра теплоносителем. Затем привод катушки сматывает капилляр, при этом заполненный теплоносителем участок охлаждается по мере прохождения через трубу 1 до застывания теплоносителя. После полного выхода капилляра из трубы 1 шибер 4 закрывают и осуществляют отрезку капилляра с пробой при помощи механизма фрагментации 9. Отрезка капилляра производится на его участке, не заполненном пробой теплоносителя. Отрезанный участок капилляра с пробой извлекается для дальнейшего анализа, например, гамма-спектрометрическим методом. Поскольку отсутствует необходимость установки «свежего» капилляра перед каждым отбором пробы (на катушке может находиться большой запас капилляра), повышается оперативность контроля состояния реактора по составу теплоносителя.In the initial state of the device, pipe 1 is filled with dry argon at a pressure that, when the end of pipe 1 is immersed in the coolant, prevents the coolant from flowing into it, and when it is located above the coolant level, the radionuclides from the reactor space are outside the reactor, and is blocked by gate 4. If necessary, take the gate valve 4 is opened and the feeding mechanism 8 provides the supply of the sampler 6 (capillary) through the node 3 to the upper end of the pipe 1 until the end of the capillary is immersed in the coolant. In this case (when the gate is open), the leakage of argon or radionuclides from the tube 1 is limited by the unit 3. The vacuum device creates a forevacuum in the cavity of the capillary wound on a coil, which ensures filling of the capillary section with coolant. Then the coil drive wraps the capillary, while the area filled with the coolant is cooled as it passes through the pipe 1 until the coolant solidifies. After the capillary exits completely from the pipe 1, the gate 4 is closed and the capillary is cut off with a sample using the fragmentation mechanism 9. The capillary is cut off at its portion not filled with the coolant sample. The cut-off portion of the capillary with the sample is extracted for further analysis, for example, by the gamma-spectrometric method. Since there is no need to install a “fresh” capillary before each sampling (there may be a large supply of capillary on the coil), the efficiency of monitoring the state of the reactor by the composition of the coolant increases.

Труба 1, постоянно расположенная в канале реактора при использовании устройства, герметизирует канал реактора при извлечении и демонтаже пробоотборника 6 от выхода радионуклидов из газовой подушки реактора: шибером 4 в состоянии готовности устройства к работе и после отбора пробы и узлом 3 непосредственно при отборе пробы. Кроме того, в случае постоянного погружения одного конца трубы 1 под уровень теплоносителя исключается сообщение зареакторного пространства с газовой полостью реактора вообще. Также труба 1 является направляющей для капилляра, который благодаря ей поступит и отберет пробу из необходимой точки.The pipe 1, permanently located in the reactor channel when using the device, seals the reactor channel when removing and removing the sampler 6 from the radionuclide exit from the reactor gas pad: with the gate 4 in the state of readiness of the device for operation and after sampling and unit 3 directly during sampling. In addition, in the case of continuous immersion of one end of the pipe 1 under the coolant level, the communication of the reactor space with the gas cavity of the reactor in general is excluded. Also, pipe 1 is a guide for the capillary, which, thanks to it, will arrive and take a sample from the required point.

Использование в качестве пробоотборника 6 капилляра имеет ряд преимуществ. Небольшой размер в поперечном сечении позволит сделать канал в реакторе меньшим по размерам, что упростит его герметизацию от выхода радионуклидов из газовой полости. Одновременно с этим протяженность капилляра позволит опустить его на любую глубину под уровень теплоносителя, используя катушку, что делает устройство компактным. Простота конструкции капилляра удешевит устройство в целом и упростит его использование - отпадает необходимость в очистке пробоотборника от предыдущей пробы, достаточно отрезать участок капилляра с образцом, чтобы устройство было готово к работе снова.The use of capillary 6 as a sampler has several advantages. The small size in the cross section will make the channel in the reactor smaller in size, which will simplify its sealing from the exit of radionuclides from the gas cavity. At the same time, the length of the capillary will allow it to be lowered to any depth below the level of the coolant using a coil, which makes the device compact. The simplicity of the capillary design will reduce the cost of the device as a whole and simplify its use - there is no need to clean the sampler from the previous sample, it is enough to cut off the portion of the capillary with the sample so that the device is ready for operation again.

Таким образом, заявленная совокупность признаков обеспечит герметизацию канала, а значит и утечку загрязняющих веществ из газовой подушки реактора как в состоянии готовности устройства, так и непосредственно при отборе пробы, повысив, в конечном итоге, безопасность его эксплуатации.Thus, the claimed combination of features will ensure the sealing of the channel, and hence the leakage of contaminants from the gas cushion of the reactor both in the state of readiness of the device and directly during sampling, increasing, ultimately, the safety of its operation.

Claims

1. A device for sampling molten metal containing a sampler, a mechanism for moving the sampler, as well as a pipeline for connecting the sampler to the vacuum pump line, characterized in that the device further comprises a pipe, one end of which is equipped with a sealing assembly with a gate inside, and the second is designed for immersion under the level of the coolant, while the sampler is made in the form of a capillary with the ability to move through the pipe through the sealing unit and the device contains a capillary feed mechanism in the pipe.

2. The device according to p. 1, characterized in that the device is additionally equipped with a mechanism for supplying argon to the pipe, said mechanism being connected to the pipe after the sealing assembly.

3. The device according to p. 2, characterized in that the device is additionally equipped with a mechanism for fragmentation of the capillary.

4. The device according to p. 3, characterized in that the mechanism for moving the capillary is made in the form of a coil with an electric drive, while the capillary is wound on a coil.

5. The device according to p. 4, characterized in that the feed mechanism is made in the form of rollers with a drive, and the capillary passes between the rollers.

6. The device according to p. 5, characterized in that the fragmentation mechanism is made in the form of a circular saw.