CH656005A5 - Automatischer probennehmer zum sammeln einer vielzahl von proben von teilchen in fluessigkeit. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen automatischen Probennehmer zum Sammeln einer Vielzahl von Proben in Flüssigkeit suspendierter Teilchen, insbesondere radioaktiver Teilchen, wie sie in dem Flüssigkeitsstrom eines Kernreaktors zu finden sind. Die Konzentration bestimmter Korrosionsprodukte in der Flüssigkeit wird so bestimmbar. Da während des Betriebs zahlreiche Proben genommen werden, ist ein Minimum an manueller Handhabung erforderlich, und dadurch wird die Bestrahlung des Benutzers verringert. Die Teilchen werden dadurch in Suspension gehalten, dass Strömung periodisch zwischen Zweigleitungen eines zu einer Filterreihe führenden Verteilers geschaltet wird.

Verschiedene Arten von Probennahme- und Filtrationsvorrichtungen sind eine gewisse Zeit verwendet worden. Manche von ihnen vermögen eine Vielzahl von Proben bei einem Arbeitszyklus zu nehmen. Ein Beispiel für eine Vorrichtung zum raschen Aufnehmen und Filtrieren einer Vielzahl von Proben ist in der US-PS 4167 875 offenbart.

Wenngleich die bekannten Filtervorrichtungen, einschliesslich die der US-PS 4167 875, in manchen Fällen für brauchbare, befriedigende Ergebnisse sorgen, ist keine daran angepasst, die manuelle Handhabung der Proben, wie und soweit sie erfindungsgemäss genommen werden können, minimal zu halten. Ferner ist keiner der herkömmlichen Probennehmer speziell daran angepasst, in Speisewasser eines s Dampfsystems oder in Reaktorwasser einer Kernenergieanlage suspendierte Feststoffe als Proben so zu nehmen, dass Menge und Wahrscheinlichkeit der in der Filtrations- oder Probennehmervorrichtung abgeschiedenen suspendierten Teilchen minimal gestaltet werden.

io Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen automatischen Probennehmer zu schaffen, der als Proben zu nehmende Feststoffe in flüssiger Suspension über einen Probennahme-zyklus hält. Es soll ein automatischer Probennehmer geschaffen werden, der die Ansammlung fester Teilchen im 15 Probennehmer minimal hält. Weiter soll die Erfindung zu einem automatischen Probennehmer für radioaktive Feststoffe führen, die im Reaktorwasser einer Kernenergieanlage suspendiert sind, durch den die Notwendigkeit manueller Entfernung und des Ersatzes von Probennehmerfiltern wäh-20 rend des Betriebs minimal gehalten und dadurch die Bestrahlung des Benutzers herabgesetzt wird. Es soll ein automatischer Probennehmer mit einer automatisch steuerbaren Vielzahl von Absperrorganen geschaffen werden, die den Strom zu einer Vielzahl von probennehmenden Filtern leiten. Ein 25 solcher automatischer Probennehmer soll eine Prozesssteuerung zur Leitung des Betriebs des automatischen Probenneh-mers umfassen, die selektiv programmierbar ist, um Folge und Betriebsdauer für Absperrorgane und andere Bauteile des Probennehmers zu bestimmen. Ferner soll durch einen 30 solchen automatischen Probennehmer die Unterhaltung der Anlage verringert, die Produktivität verbessert und die Wahrscheinlichkeit menschlichen Irrtums bei der Steuerung des Probennahmevorgangs herabgesetzt werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch die Merkmale 35 im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruches gelöst.

Dabei wird die Flüssigkeit durch ein oder mehrere, parallel in Reihe miteinander verbundene Filter geleitet. Die Teilchen werden in der Flüssigkeit durch abwechselndes Leiten des Stroms durch gegenüberliegende Zweige eines Verteilers in 40 Suspension gehalten, der die Flüssigkeit zu ausgewählten Probennahmefiltern führt.

Bei einer Ausführungsform lenkt eine programmierbare Prozesssteuerung, einschliesslich Elemente, wie z.B. elektrische Schaltung und ein Mikroprozessor, den Flüssigkeits-45 ström zu einem oder mehreren ausgewählten Filtern aufgrund einer Information von einem Strömungsgeschwindigkeitsmesser in Strömungsrichtung gesehen hinter der Filteranordnung.

Die Erfindung ist aufgrund der folgenden Beschreibung in so Verbindung mit der Zeichnung besser zu verstehen, in der eine mit einem automatischen Probennehmer, einschliesslich Verteileinrichtungen zum Leiten eines Flüssigkeitsstromes zur gleichen Zeit zu einem einer Vielzahl von Filtern zur Probennahme fester Teilchen in dem Strom dargestellt ist. 55 Der veranschaulichte, automatische Probennehmer umfasst ein System mit einem Schaltventil 10, einem allgemein mit 11 bezeichneten Verteiler mit einem internen Kanal mit zwei Armen 12' und 12" und einer Vielzahl von Filtern 13, wobei alle diese Teile miteinander durch geeignete Ver-60 rohrung verbunden sind.

In Strömungsrichtung gesehen hinter den Filtern 13 findet sich eine Vielzahl von Strömungsregulatoren 14 und ein Strömungsgeschwindigkeitsmesser 15, der später ausführlicher zu erörtern sein wird. Neben dem Schaltventil 10 umfasst das 65 System andere Absperrorgane, die später beschrieben werden, und diese sowie das Schaltventil 10 werden durch einen Prozesssteuerer 16 nach einem Programm mit vorbestimmten Instruktionen gesteuert. Der Strömungsgeschwin-

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dìgkeitsmesser 15 liefert elektrische Informationen an den Prozesssteuerer 16 über die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms durch die Filter 13, was die Durchführung des Programms vorbestimmter Instruktionen ermöglicht. Informationen über Strömungsgeschwindigkeit, Gesamtströmungs-volumen und Strömungszeit durch jeden Filter wird auf einer Konsole 17 zur Befestigung eines Strömungsgeschwindigkeits-Anzeigegeräts 18, von Strömungsvolumen-Zählgeräten

19 und Zeitmessern 20 visuell angezeigt.

Flüssigkeit gelangt in die Vorrichtung während der Probennahme an einem Aufnahmerohr 30, das zu einem Zuleitungsventil 31 und dem Schaltventil 10 zum wahlweisen Leiten des Flüssigkeitsstroms zu den Zweigleitungen 12' und 12" des Verteilers 11 führt. Von den Öffnungen 32 im Verteiler 11 führt eine Vielzahl von Filterrohren 33 die Flüssigkeit durch den Filter 13 zu einem gemeinsamen Kanal 34, der zu einem Ablauf 35 oder dgl. führt. Jeder Filter 13 ist mit einem Filterströmungs-Steuerventil 36.in Strömungsrichtung davor und einem Prüfventil 37 verbunden, das ein Rückwaschen oder ein umgekehrtes Fliessen durch den Filter 13 verhindert.

Der gemeinsame Kanal 34 leitet den Flüssigkeitsstrom durch einen in Strömungsrichtung dahinter angeordneten Druckregler 38, um eine verhältnismässig konstante Strömungsgeschwindigkeit aufrecht zu erhalten. Ein Strömungssteuerventil 39 in dem gemeinsamen Kanal 34 sorgt dafür, dass ein verhältnismässig konstantes Strömungsvolumen durch den Kanal 34 strömt. Ausserdem misst der Strömungsgeschwindigkeitsmesser 15 die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms, der den Probennehmer durch den Ablauf 35 ver-lässt, genau.

Mit dem Strömungsgeschwindigkeitsmesser 15 elektrisch verbunden ist die Strömungsgeschwindigkeitsanzeige 18, die die vom Strömungsgeschwindigkeitsmesser 15 gemessene Strömungsgeschwindigkeit visuell anzeigt. Die Anzeige 18 modifiziert auch das vom Messgerät 15 hervorgerufene • Signal, so dass dieses von einem Integrator 41 aufgenommen wird, der die Strömungsgeschwindigkeit über die Zeit integriert und sie dadurch in das Gesamtströmungsvolumen umwandelt.

Der Prozesssteuerer 16 erhält die integrierte Information bezüglich Strömungsvolumen und schickt es zum geeigneten Volumenzähler 19, um eine permanente visuelle Anzeige oder Aufzeichnung über die Durchflussmenge an Flüssigkeit durch jeden Filter 13 zu liefern. Wie oben erwähnt, sind die Volumen- und Zeitzähler, 19 bzw. 20, jeweils mit einem besonderen Filter 13 verbunden, auf der Konsole 17 angebracht. Nach einer vorbestimmten Folge oder Kombination schaltet ein Steuergerät 16 gleichzeitig alle verbundenen Elemente, einschliesslich den Volumenzähler 19, den Zeitzähler

20 und das Filtersteuerventil 36, «ein» und «aus», und zwar im selben geeigneten Zeitpunkt. Der Prozesssteuerer 16 leitet folglich die Bewegung der Flüssigkeit durch ausgewählte Pro-bennahmefilter 13 in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Verteiler 11. Der Prozesssteuerer 16 kann einen Mikroprozessor und zugeordnete Schaltung umfassen und kann für verschiedene Anwendungen mit verschiedenen Zeitzyklen und Strömungsgeschwindigkeiten neu programmiert werden.

Das Einleitventil 31 und das Schaltventil 10 werden durch Druckluft von einer Druckluftquelle 42 jeweils durch Magnetventile 43' und 43" betätigt. Der Prozesssteuerer 16 leitet die Luft zum Einleitungsventil 31 und Schaltventil 10 durch geeignete elektrische Signale über den Leitungsdraht

44. Ausserdem steuert der Prozesssteuerer 16 die Filtersteuerventile 36 durch einen ähnlichen elektrisch leitenden Draht

45.

Die bevorzugte Anzahl von Filtern 13 und zugehörigen Elementen, wie Filterrohren 33, ist zwanzig. Doch kann jede beliebige Anzahl von Filtern 13 verwendet werden, und die Tatsache, dass 20 Filter bei dieser Ausführungsform verwendet werden, sollte nur als beispielhaft für eine grosse Zahl von Filtern gewertet werden, die in den Probennehmer einge-5 baut sein können. Die Figur zeigt nur drei der zwanzig Filter 13 und zugehörige Elemente dieser Ausführungsform; der Rest der zwanzig Filter 13 liegt natürlich zwischen den unterbrochenen Linien in der Figur und parallel mit Filtern 13 und Ventilen 36,37.

io Jeder der Filter 13 umfasst ein flaches, permeables Materialstück zum Sammeln von Teilchen, das ein rundes Blatt oder ein Sieb aus natürlichem oder künstlichem Material, z.B. Papier, sein kann. Jeder Filter 13 weist zusätzlich einen (nicht dargestellten) Filterhalter mit zwei Seiten zum Halten ls eines permeablen Filterstücks dazwischen auf. Ein Beispiel für einen solchen Halter ist in Tabelle 1 angegeben.

Die hier genannten verschiedenen Rohre sind aus einem Material, das die scharfen radioaktiven und thermischen Bedingungen zu überstehen vermag, denen es in einem Reak-20 torsystem ausgesetzt sein könnte. Unter diesen einschränkenden Voraussetzungen kann das Rohrmaterial Kunststoff oder Metall sein und ist vorzugsweise rostfreier Stahl. Der oben genannte Verteiler 11 besteht auch aus rostfreiem Stahl oder einem anderen geeigneten Material oder Kunststoff. 25 Insbesondere die in Tabelle 1 aufgeführte Verrohrung kann eingesetzt werden.

Beispiele für die Art der Teile, die erfindungsgemäss verwendet werden können, sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt. Andere oder ähnliche können vom Fachmann leicht 1 30 an deren Stelle gesetzt werden.

Tabelle 1

Einleitventil 31

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Magnetventil 43'

Schaltventil 10 40 Magnetventil 43"

Verteiler 11

Filterströmungssteuerventil 45 36 Filterpapier 13 Filterhalter 13

Prüfventile 37 50 Druckregler 38

Strömungssteuerventil 39 Strömungsgeschwindigkeits-. messerl5

ss Strömungsgeschwindigkeitsanzeigegerät 18 Integrator 41 Volumenzähler 19

60 Mikroprozessor 16

SS-42S4-131SR-NC, Whitey Company

HT8302C26-F, Automatic Switch Co.

SS-42XS4-151 DA, Whitey Company

HT8344-45 (ASCO), Automatic Switch Co. «Swagelock» Rohrarmatur, Crawford Fitting Co. V52HDBZ1252, Skinner Précision Ind. Inc.

Millipore Corporation XX45-025-00, Millipore Corporation

259-T-1-1PP, Circle Seal Co. IR402-5-025-PM, Veriflow Corporation SS-2R54-A, Whitey Co. FTM-N1-LJ5, Flow Technology SR1-2AA 2H/L, Flow Technology

7501-278, Action Instruments F2-3106, Redington Counters, Inc.

WP6000, Minarik Electric Co.

Beim Betrieb wird die Flüssigkeit, von der Proben genommen werden sollen, durch den Probennehmer auf-6s grund des Drucks von dem die Probe liefernden System am Einlassventil 31 geleitet. Der Druck treibt die Flüssigkeit durch den Verteiler 11, einen oder mehrere ausgewählte Filterrohre 33, ein Filterströmungs-Steuerventil 36, ein Filter 13,

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wodurch die in der Flüssigkeit suspendierten Teilchen auf der Oberfläche permeablen Materials im Filter 13 abgeschieden werden.

Das Schaltventil 10 lenkt den Flüssigkeitsstrom zuerst abwärts in eine Zweigleitung, z.B. 12', und dann die andere Zweigleitung 12" des Verteilers 11 hinunter. Im Stationärzustand sind beide Zweigleitungen 12', 12" des Verteilers 11 mit Flüssigkeit gefüllt. Während einer ersten Zeitspanne strömt ein positiver Flüssigkeitsstrom durch eine Zweigleitung und ein Strom O durch die andere. Während der folgenden Zeitspanne sind die Strömungszustände in den Zweigleitungen umgekehrt: keine Strömung in der ersten Zweigleitung und eine positive Strömung in der anderen Zweigleitung.

Für jede dieser Strömungsperioden und für eine erhebliche Anzahl von Strömungsperioden danach gelangt Flüssigkeit vom Verteiler 11 durch die gleiche ausgewählte Öffnung 32. Doch kommt es nach einer beträchtlichen Anzahl von Perioden des Umschaltens von einer Zweigleitung auf die andere beim Durchgang durch die gleiche Öffnung 32 schliesslich soweit, dass ein gegebener Filter 13 mit Teilchen gesättigt ist, und der Strom wird daher durch eine andere Öffnung 32 mit Hilfe des Prozesssteuerers 16 umgeleitet. Wenn der Strom so von einer Öffnung 32 zu einer anderen umgeleitet ist, erfährt der Teil des Verteilerkanals zwischen der ursprünglichen Öffnung 32 und der Umleitöffnung 32 eine Umkehr der Strömungsrichtung.

Die plötzliche, ruckende und turbulente Bewegung von Flüssigkeit, die so periodisch innerhalb des Verteilers 11 geschaffen wird, dient nicht nur dazu, Feststoffe im Flüssigkeitsstrom in Suspension zu halten, sondern verlagert bereits an verschiedenen kinetisch ruhenden Bereichen innerhalb des Flüssigkeitsprobennehmers angesammelte Teilchen.

Die dem Strom durch einen gegebenen Filter 13 zugeordnete Zeitdauer ist variabel. Sie hängt teilweise von der erwarteten Teilchenkonzentration in dem zu prüfenden Wasser ab. Beispielsweise ist die Konzentration suspendierter Feststoffe, die in Reaktorwasser eines Siedwasserreaktors erwartet wird, viel höher als im Speisewasser eines Dampfsystems. Die Teilchenkonzentration im Reaktorwasser kann von 50 bis 500 ■ ppb variieren, während die Konzentration der Teilchen im Speisewasser von etwa 1 bis 10 ppb variieren kann. Zur Ansammlung einer gegebenen Teilchenmenge aus Speisewasser wird somit viel mehr Zeit erforderlich sein als aus Reaktorwasser.

Umgekehrt ist die durch den Prozesssteuerer bestimmte. Zeitdauer zur Aufnahme von Flüssigkeit durch einen gegebenen Filter viel kürzer in Reaktorwasser als in Speisewasser. Eine typische Betriebsdauer für jeden Filter im Falle von Speisewasser ist ein oder zwei Tage, und während dieser Zeit kann das Schaltventil 10 den Strom zwischen den Zweigleitungen 12' und 12" etwa einmal pro Stunde ändern. Für Reaktorwasser ist diese Zeitspanne typischerweise 15 min bis 1 h, und das Schaltventil kann den Strom alle 3 min ändern.

Der Prozesssteuerer 16 kann somit im vorhinein eingestellt werden, um einen festen Zeitblock für jeden Filter 13 für empfangene Flüssigkeit zuzuweisen. Dieser vorbestimmte Zeitraum kann je nach Beschränkung beim Auftreten bestimmter Bedingungen festgelegt werden. Wenn die Flüssigkeit beispielsweise bestimmte Temperaturgrenzen übersteigt, oder wenn der Druck bei bestimmten kritischen Punkten im Probennehmer unter oder über bestimmte vorbestimmte Werte fällt oder steigt, kann die Zeitspanne für den Durchgang durch einen gegebenen Filter abgekürzt werden.

Das Prüfventil 37 unmittelbar hinter jedem Filter 13 hindert Rück-Druck am Verlagern der auf einem Filter 13 eingefangenen Teilchen. Noch weiter dahinter hält der Druckregler 38 den Druck hinter dem Filter 13 konstant, um die Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen konstant zu halten. Das Strömungssteuerventil 39 erlaubt manuelle Feinsteuerung des Strömungsvolumens im gemeinsamen Kanal 34 unter konstantem Druck. Der Strömungsgeschwindigkeitsmesser 15 arbeitet mit einer Blatt-Turbine oder einem Rotor (nicht dargestellt) zur Erzeugung von Nieder-spannungs-Stromimpulsen in einer magnetischen Signalwandlerwicklung, die zum Rotor benachbart angeordnet ist.

Das gepulste elektrische Signal vom Strömungsgeschwindigkeitsmesser 15 wird verstärkt und vom Strömungsgeschwindigkeits-Anzeigegerät 18 visuell angezeigt, das die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms durch den Strömungsgeschwindigkeitsmesser 15 zeigt. Der Integrator 41 summiert die Strömungsgeschwindigkeitsdaten und errechnet das Gesamtströmungsvolumen durch den gemeinsamen Kanal 34. Geeignete elektrische Schaltung 45 verbindet das Messgerät 15, die Anzeigen 18, den Integrator 41 und den Prozesssteuerer 16 untereinander, damit die Strömungsgeschwindigkeits-Information, angebracht in Strömungsvolumeninformation umgewandelt, in geeigneter Weise in den Volumenzählern 19 registriert wird.

Im einzelnen wird die Information über das Strömungsvolumen durch eine geeignete elektrische Schaltung 46 vom Prozesssteuerer 16 zum Volumenzähler 19 geschickt, verbunden mit dem in jedem Augenblick jeweils verwendeten Filter. Ein zugehöriger Zeitzähler 20 arbeitet mit Netzenergie (nicht dargestellt) unter Überwachung des Prozesssteuerers 16 und mit geeigneten elektrischen Leitern 47, was den Zeitzähler 20 während der passenden Zeit einschaltet, wenn der zugehörige Volumenzähler 19 und das Filtersteuerventil 36 in Betrieb sind. Mit anderen Worten, ein besonderer Zähler 19 zeigt den Gesamtstrom durch jeden gegebenen Filter 13 zu einer bestimmten Zeit. Der entsprechende Zeitzähler 20 liefert eine Strominformation zur Strömungszeit durch den gegebenen Filter 13, wenn gewünscht.

Zusammenfassend vermag der hier offenbarte automatische Probennehmer eine Reihe von Proben fester, in Flüssigkeit suspendierter Teilchen zu nehmen, ohne das Anlagenpersonal unnötiger Bestrahlung wesentlich auszusetzen. Die Vorrichtung sammelt ausserdem Teilchen in einer Anordnung, die die Teilchen während der Probennahme in Flüssigkeit suspendiert hält.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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1. Automatischer Probennehmer zum Sammeln einer Vielzahl von Proben von Teilchen in Flüssigkeit, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Filtern (13), einen Verteiler (11) mit zwei teilchenführende Flüssigkeit leitenden Zweigleitungen (12', 12"), Einrichtungen zum Überführen der Flüssigkeit in den Verteiler, Einrichtungen zum selektiven Leiten der Flüssigkeit vom Verteiler durch einen oder mehrere der Filter und Schalteinrichtungen, die Flüssigkeit durch zuerst eine und dann die andere der beiden Zweigleitungen des Verteilers lenken, wodurch suspendierte Teilchen am Absetzen im Verteiler gehindert sind.

2. Probennehmer nach Anspruch 1, dessen Einrichtungen zum selektiven Leiten von Flüssigkeit eine Vielzahl von Rohren, die jeweils einen Filter mit dem Verteiler verbinden, ein Filtersteuerventil in jedem der Rohre und Einrichtungen zum selektiven Betätigen der Ventile zur Steuerung des Flüssigkeitsstroms durch die Ventile aufweisen.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Probennehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Filter ein durchlässiges Stück aus Filtermaterial aufweist und eine Struktur zum tragenden Halten des durchlässigen Stücks gegen die Strömungsrichtung besitzt, wodurch Flüssigkeit durch das Filtermaterial geht und feste Teilchen darauf abscheidet.

4. Probennehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er Einrichtungen zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit hinter der Vielzahl von Filtern und zum Senden von Informationen zur Strömungsgeschwindigkeit zu einer Prozesssteuerung sowie Einrichtungen zur visuellen Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit aufweist.

5. Probennehmer nach Anspruch 4, weiter gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Steuern sowohl des Schaltventils als auch der Einrichtung zum selektiven Leiten der Flüssig-. keit vom Verteiler nach einem Programm vorbestimmter Instruktionen.

6. Probennehmer nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch Druckregeleinrichtungen zur Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsdrucks innerhalb eines vorbestimmten Bereichs hinter den Filtern.

7. Probennehmer nach Anspruch 5, dessen Einrichtungen zur Steuerung einen Mikroprozessor umfasst.

8. Probennehmer nach Anspruch 1, dessen Anzahl von Filtern zwanzig ist.