ГОСТ Р МЭК 62342-2016 Атомные станции. Контроль и управление, важные для безопасности. Управление старением

Приложение С
(справочное)

Примеры методик испытаний и мониторинга для управления старением оборудования контроля и управления

С.1 Оперативная верификация калибровки

Согласно существующим порядкам сотни измерительных приборов калибруют вручную, как правило, не реже одного раза за каждый рабочий цикл. Результаты этих калибровок почти за 30 лет показали, что большинство измерительных приборов не выходит за пределы допуска в течение одного рабочего цикла, и поэтому не нуждается в такой частоте калибровки, как однократно каждый рабочий цикл. Это побудило атомную отрасль к тому чтобы попытаться удлинить интервалы калибровки измерительных приборов посредством оперативного мониторинга дрейфа показаний. В эту работу входят регистрация и анализ выходных данных измерительных приборов в стационарном режиме во время эксплуатации АС с целью идентификации дрейфа показаний и других аномальных проблем в выходных сигналах измерительных приборов. Для измерительных приборов с резервированием этого достигают, сравнивая показания измерительных приборов с резервированием для того, чтобы различить отклонение показаний процесса и дрейф нуля. При этом для оценки значений технологических параметров используются усредняющие методики (простое усреднение, взвешенное усреднение, пространство четности и т.д.). В случае измерительных приборов без резервирования для оценки технологического процесса используются эмпирическое моделирование процесса с помощью нейронных сетей и принципов распознавания образов или других методик, а также физическое моделирование. Эту оценку часто обновляют и сравнивают с выходными сигналами соответствующих измерительных приборов, чтобы обнаружить наличие дрейфа показаний на выходе измерительного прибора.

С.2 Оперативное определение засорения трубки Вентури

В дополнение к оперативной верификации калибровки каналов производственной контрольно-измерительной аппаратуры, методики эмпирического моделирования технологического процесса, распознавания образов и нейронных сетей могут обеспечить эффективный инструмент для оперативного обнаружения проблем производительности в отдельных измерительных приборах или АС. Например, элементы расходомера Вентури могут засориться и привести к ошибочным показаниям расхода. Это имеет значение и с экономической точки зрения, и с точки зрения безопасности. До недавнего времени не существовало эффективного способа отслеживать засорение трубки Вентури. На некоторых АС установлены новые ультразвуковые датчики для независимого контроля потока и отслеживания отклонений сигналов датчиков трубки Вентури и ультразвуковых датчиков в качестве средства обнаружения засорения трубки Вентури. Несмотря на то, что стоимость ультразвуковых датчиков может доходить до одного миллиона долларов, на многих АС уже установили такие датчики в связи с важностью точных измерений расхода. Другой способ контроля засорения трубки Вентури состоит в использовании методики моделирования для отслеживания расхода и сравнения результатов с показанием расхода трубки Вентури, чтобы определить засорение трубки Вентури.

С.3 Натурные испытания времени реакции датчиков давления

Точность и время реакции представляют собой два из числа самых важных показателей работоспособности датчиков давления. В связи с этим, разрабатываются оперативные методы контроля калибровки и времени реакции датчиков давления. Технология оперативной калибровки упоминалась выше. Для оперативного измерения времени реакции датчиков давления используется методика анализа шумов. Данная методика основана на записи хаотического шума, который существует естественным образом в выходном сигнале большинства технологических датчиков, пока АС работает. Шум можно проанализировать в частотной области и/или временной области, чтобы получить время реакции датчика. Данная методика была утверждена для испытания времени реакции датчиков давления, уровня и расхода.

Для натурных испытаний времени реакции компенсационных датчиков давления, в дополнение к методике анализа шумов, также имеется метод под названием "испытание с отключением электропитания", который был утвержден для использования. Подробные сведения об этой и других упомянутых выше методиках представлены в многочисленных публикациях, включая МАГАТЭ TECDOC-1147.

С.4 Оперативное определение закупорки в импульсных линиях

Импульсные линии - это небольшие трубки, которые доставляют сигнал давления из технологического процесса к датчику. Как правило, длина импульсных линий составляет 30-300 м в зависимости от функции на АС, и в типичной импульсной линии часто имеются стопорные клапаны, корневые задвижки, демпфирующие устройства или другие элементы. Нарушение функционирования любой задвижки или другого элемента импульсной линии может вызвать частичную или полную закупорку линии. Кроме того, что еще более важно, импульсные линии могут засориться из-за осадка и отложений, которые часто имеются в системе охлаждения реактора. Закупорка измерительных трубопроводов может вызвать задержку в распознавании изменения давления, уровня или расхода в технологическом процессе. На некоторых АС закупорка измерительного трубопровода из-за осадка или проблем клапанов вызвала увеличение времени реакции систем измерения давления 0,1-5 с. Эту проблему можно идентифицировать, пока станция находится в рабочем состоянии, с помощью методики анализа шумов.

С.5 Взаимная калибровка резисторных датчиков температуры и термопар

Резервированные РДТ и термопары можно калибровать в месте расположения при изотермических условиях с помощью методики взаимной калибровки. Это влечет за собой использование многоканальной системы сбора информации для быстрой регистрации температурных показаний резервированных РДТ и термопар во время пуска и останова АС при линейно изменяющихся условиях или при температурных плато. Затем данные температуры усредняют и вычисляют отклонение каждого РДТ или термопары от среднего значения всех РДТ (исключая любые выбросы). Как только определены РДТ, дающие выбросы, их исключают из данных, а в данные вносят поправку на колебания температуры АС и любые разности температур между контурами или между горячими и холодными нитками. После того, как поправки внесены, определяют новую среднюю температуру для РДТ и вычисляют отклонения каждого РДТ и термопары от этого нового среднего значения.

Испытания с взаимной калибровкой часто выполняют при нескольких значениях температуры в периоды пуска или останова АС. При этом подходе, если какой-либо РДТ выходит за пределы допуска, то для этого РДТ может быть разработана новая калибровочная таблица с помощью данных взаимной калибровки, полученных при не менее чем трех температурах. Если для термопар определены большие отклонения, то их тоже можно скорректировать, чтобы привести термопары в соответствие друг с другом и с РДТ.

Данные для взаимной калибровки РДТ и термопар могут выбираться из компьютера АС, либо для получения данных может использоваться специализированный сбор данных. Независимо от того, выбирают ли данные из станционного компьютера или получают с помощью специализированной системы сбора данных, результаты в отношении верификации калибровки температурных датчиков должны обычно оказываться одинаковыми.

С.6 Испытания времени реакции резисторных датчиков температуры и термопар

Время реакции РДТ и термопар может меняться по мере старения датчика. Этой деградации вследствие старения могут поспособствовать многие факторы. Например, вибрация может вызвать выход РДТ и термопар из своего термокармана и привести к увеличению времени реакции. Даже очень малое перемещение может вызвать большое изменение времени реакции. Температуры также могут вызвать изменения времени реакции. Например, собственные пустоты в материалах изоляции датчика могут расширяться или сжиматься и вызвать изменение времени реакции. По этим и другим причинам время реакции РДТ и термопар периодически измеряется. Измерение проводят с помощью метода испытания времени реакции на ступенчатое изменение контурного тока (РСКТ).

Испытание РСКТ выполняют дистанционно из пультовой во время работы АС. Оно обеспечивает определение штатного времени реакции РДТ и учитывает все влияния условий установки и состояния технологического процесса на время реакции. Если РДТ используется в термокармане, то время реакции, получаемое при испытании РСКТ, включает в себя динамическую характеристику совокупности РДТ и термокармана. Таким образом, в испытании РСКТ также учитывается любой зазор в зоне сопряжения РДТ и термокармана.

Для выполнения испытания РСКТ, наряду с сетью с коммутаторами тока и аппаратурой преобразования сигналов, используется мост Уитстона. РДТ подсоединен к одному плечу моста, а ток моста переключают приблизительно от 1 мА до приблизительных значений 40-80 мА. Ток производит джоулево тепло (I2R) и приводит к температурному переходному процессу в чувствительном элементе РДТ. Это постепенно увеличивает сопротивление РДТ и приводит к изменению напряжения в переходном режиме на выходе моста. Этот переходный процесс регистрируют и анализируют, чтобы получить время реакции РДТ. Анализ основан на подробной модели теплообмена РДТ. Этим методом, несмотря на то, что датчик нагревается внутренне, время реакции, получаемое из анализа данных РСКТ, эквивалентно времени реакции, которое было бы получено для РДТ, если бы температура технологического процесса вокруг РДТ испытывала ступенчатое изменение. Преобразование данных из внутреннего нагрева для получения реакции на внешнее изменение температуры было доказано экспериментально и математически.

В дополнение к испытанию РСКТ также для РДТ используется еще один метод под названием испытание на саморазогрев. Испытание на саморазогрев предполагает нагрев РДТ с помощью малого электрического тока, как в испытании РСКТ. В случае испытания на саморазогрев установившееся сопротивление РДТ измеряется как функция входной электрической мощности (I2R). Испытание выполняют, применяя к РДТ не менее чем три уровня тока (например, 10, 20, 40, 60 мА и т.д.) и измеряя увеличение его сопротивления как функцию нагрева I2R, которая задана в РДТ. Получаемые данные затем отображают в виде графика в прямоугольной системе координат как зависимость сопротивления от мощности (I2R). Это дает прямую линию с угловым коэффициентом, который называют индексом саморазогрева. Индекс саморазогрева (ИСР) - это число в единицах Ом на Ватт, которое соответствует времени реакции РДТ, но не является временем реакции РДТ. Если время реакции РДТ значительно возрастает, то индекс саморазогрева увеличится, а если время реакции РДТ значительно уменьшается, то уменьшится и индекс саморазогрева. Испытание на саморазогрев также используется для отслеживания грубых изменений времени реакции РДТ.

РСКТ, как правило, выполняется на РДТ АС однократно каждый топливный цикл. Испытание можно проводить при нормальных условиях эксплуатации или при условиях горячего резерва (при нормальных рабочих температуре и расходе или близко к ним). Только на мощности или при условиях горячего резерва испытание РСКТ обеспечивает фактическое штатное время реакции РДТ. Испытание может быть выполнено при других условиях, но только для того, чтобы гарантировать надлежащую установку РДТ в термокармане. Например, испытание РСКТ следует выполнять при холодном останове во время простоя на перегрузку топлива на любом недавно установленном РДТ, чтобы гарантировать надлежащее размещение РДТ в своем термокармане и удостовериться, что РДТ можно испытать с помощью метода РСКТ. На самом деле, довольно важно выполнить испытание РСКТ на любом недавно установленном РДТ при холодном останове и сравнить результаты с другими РДТ, чтобы проверить, что сигнал РСКТ у нового РДТ сопоставим с другими РДТ и его ИСР хорошо согласуется с другими РДТ, которые установлены в тех же условиях. Любой новый РДТ, особенно РДТ, закрепленный в термокармане, следует испытать методом РСКТ в холодных условиях, чтобы проверить установку, и при условиях горячего резерва, чтобы идентифицировать его штатное время реакции. Последующие испытания можно выполнять на мощности, пока колебания температуры технологического процесса не очень существенны. В случае больших температурных флуктуации, которые часто происходят главным образом в трубах горячей нитки реакторов с водой под давлением (PWR) из-за температурной стратификации и расслоения потока, существуют два варианта для испытания РСКТ:

a) повторить испытание много раз (30-50 раз) и усреднить сигналы РСКТ, а затем проанализировать усредненные данные или

b) выполнить испытание РСКТ при условиях состояния горячего резерва.

В последние годы атомная промышленность проявляет интерес к использованию анализа шумов не только для испытания времени реакции термопар и датчиков давления, но также и для РДТ. Преимущество методики анализа шумов состоит в том, что она не требует вывода датчика из работы во время испытания. С помощью методики анализа шумов можно определить и оценить ухудшение времени реакции РДТ. Если обнаружено ухудшение времени реакции РДТ до недопустимого уровня, то можно использовать метод РСКТ, чтобы точно определить время реакции и решить, необходимо ли корректирующее действие.

Корректирующее действие будет содержать следующие шаги:

a) удалить РДТ из термокармана во время простоя;

b) почистить РДТ и термокарман;

c) вновь установить РДТ в термокарман;

d) повторить испытания РСКТ и испытания на саморазогрев, чтобы гарантировать удовлетворительные результаты.