Procedimiento y dispositivo para vigilar el nivel de llenado de un líquido en un recipiente para líquidos.

Un procedimiento para vigilar el nivel de llenado de un líquido (F) en un contenedor de líquido,

en particular para girar el nivel de llenado de medio refrigerante en un recipiente de reactor a presión (4) en una instalación de reactor de agua a presión, en donde basado en el diferencial de temperatura medido (DT) entre un termoelemento calentado (HT) y un correspondiente termoelemento no calentado (UHT), ambos de los cuales están dispuestos dentro del contenedor de líquido, se deduce el descenso del nivel de líquido (10) por debajo de la altura de instalación del termoelemento calentado (HT), caracterizado porque el transcurso cronológico del diferencial de temperatura (DT) es vigilado de manera continua para detectar un ascenso significativo, en particular abrupto dentro de un intervalo de tiempo ubicado antes del respectivo punto de tiempo de evaluación (t0) de duración predeterminada (Δt), en cuanto el cambio (ΔDT) del diferencial de temperatura (DT) dentro del intervalo de tiempo alcance o exceda un valor límite previamente fijado, en donde a lo largo de una pluralidad de puntos de medición periódicamente sucesivos (..., t-2, t-1, t0, t1, t2, ...) se determina una serie de diferenciales de temperatura (..., DT(t-2), DT(t-1), DT(t0), DT(t1), DT(t2), ...), en donde para un punto de tiempo de evaluación (t0) se determinan las diferencias (δ1 = DT(t0) - DT(t-1)..., δN = DT(t0) - DT(t-N)) entre la última posición determinada (DT(t0)) y todos sus predecesores (DT(t-1), ..., DT(t-N)), cuyos puntos de tiempo de medición se ubican dentro de un intervalo de tiempo (t-N, ..., t0) de longitud predeterminada (Δt = t0 - t-N), y en donde se emite una señal de alarma tan pronto como al menos una de las diferencias (δ1, δN) alcanza o excede de un valor límite previamente fijado.

Procedimiento y dispositivo para vigilar el nivel de llenado de un líquido en un recipiente para líquidos La presente invención se refiere a un procedimiento para vigilar el estado de llenado de un líquido en un contenedor de líquido, en particular para vigilar el nivel de llenado del medio refrigerante en un recipiente reactor a presión en una instalación de reactor de agua a presión, en donde basado en la diferencia de temperatura entre un termoelemento calentado y un termoelemento no calentado correspondiente, ambos de los cuales se encuentran dispuestos en el contenedor de líquido, se puede deducir el descenso del nivel de líquido por debajo de la altura de instalación del termoelemento calentado. Adicionalmente, la invención se refiere a una unidad de evaluación y control electrónica para llevar a cabo el procedimiento, así como un dispositivo para vigilar el nivel de llenado mediante dicha unidad de evaluación y control.

Los dispositivos de medición o las sondas de nivel de llenado, donde basado en la atención térmica generada por un termoelemento calentado se puede deducir el nivel de llenado en un contenedor de líquido, se utilizan sobre todo en centrales nucleares, ya que comparado con los dispositivos de medición basados en otros principios de medición son comparativamente insensibles contra la radiación radiactiva y por consiguiente pueden funcionar de manera fiable incluso bajo condiciones de radiación eventualmente aumentadas en un caso de fallo. Los dispositivos de medición de esta clase se emplean por ejemplo en el recipiente de un reactor a presión en una aplicación de reactor de agua a presión, con la finalidad de vigilar allí, en particular durante la operación de arranque y parada y durante los estados operativos no estacionarios, el nivel de llenado de líquido refrigerante que fluye a través del circuito primario de la central eléctrica por encima de los elementos combustibles.

El principio de medición aprovecha las diferentes características de transición del calor que ocurre en durante la transición del calor desde un elemento calefactor a un medio refrigerante líquido circundante por una parte, y sobre un medio gaseoso o en forma de vapor por otra parte. Mientras el elemento calefactor esté rodeado por el medio refrigerante líquido, el calor generado por él será disipado rápidamente, de tal manera que incluso en su proximidad inmediata la temperatura se ubicará sólo insignificante mente por encima de aquella temperatura ambiente que se observaría en ausencia de la calefacción. Pero si por ejemplo durante la operación regular del reactor o también en un caso de fallo del reactor se presenta la situación de que debido a la operación como debido a una pérdida de presión en el circuito primario el nivel de líquido en el recipiente del reactor desciende por debajo del altura del elemento calefactor, que en ese momento estaría rodeado por el medio refrigerante en forma de vapor, se empeorarían las propiedades de transferencia de calor. Esto tiene como consecuencia que la temperatura en la proximidad del elemento calefactor aumenta, lo cual puede ser comprobado mediante un termómetro o un sensor medidor de temperatura instalado en forma adyacente al elemento calefactor.

Debido a su modo de funcionamiento fiable y robusto, para el uso como sensores de medición de temperatura normalmente se emplean termoelementos que suministran una tensión térmica esencialmente proporcional a la temperatura.

Normalmente, varios termoelementos calentados se encuentran dispuestos a ciertos intervalos en un soporte en forma de varilla o de tubo y/o en un tubo de medición alargado, el cual se sumerge dentro del líquido cuyo nivel se quiere vigilar y dentro del cual también se encuentran dispuestos los conductores de suministro y señalización requeridos para la alimentación de corriente de los elementos calefactores y para la transmisión de señales a la unidad de evaluación externa. No ascensores dispuestos en diferentes alturas o posiciones de medición por lo tanto hacen posible una visualización digital, espacialmente discreta de la altura de llenado en el recipiente, en donde la resolución (local) depende del número de sensores térmicos por sección de altura.

Un dispositivo de medición de esta clase se conoce, por ejemplo, del documento DE 10 2006 025 220 A1. Junto a los termoelementos calentados que actúan como emisores de señal primarios, también hay termoelementos no calentados dispuestos en el interior del tubo de medición, los cuales suministran una señal de referencia correspondiente a la respectiva señal primaria. De esta manera, en la evaluación de la información de temperatura y la determinación derivada de ello del nivel de llenado, también se puede considerar una variación cronológica de la temperatura del líquido o del entorno. Con ello se evita que por ejemplo un incremento o un descenso de la temperatura del líquido puedan interpretarse erróneamente como una variación de la altura de llenado o que un cambio real de la altura de llenado pueda ser "encubierto" por un cambio simultáneo en la temperatura del líquido.

El documento DE 10 2006 025 220 A1 revela además que el incremento repentino de la diferencia de temperatura entre termoelementos mutuamente correspondientes tanto calentados como no calentados es un indicador seguro de un descenso en el nivel de llenado.

Normalmente, en la evaluación de las señales de medición se determina la diferencia de temperatura entre un termoelemento calentado y un correspondiente termoelemento (de referencia) no calentado. Se genera una alarma cuando la diferencia de temperatura alcanza un cierto valor predeterminado, el cual ya no pueda ser confundido con fluctuaciones de temperatura normales del medio en el reactor, sino que se realiza de manera fiable que el nivel de líquido ha descendido por debajo de la altura de instalación del termoelemento calentado dentro del contenedor de líquido. Por lo tanto, para la generación de la alarma se requiere es o bien información sobre la temperatura es del termoelemento calentado y del correspondiente termoelemento no calentado (temperatura de referencia) y la diferencia de temperatura se calcula entonces en la electrónica de evaluación o alternativamente los termoelementos calentados y no calentados se interconectan de tal manera que la señal resultante refleje directamente en la diferencia de temperatura entre ambos.

En el contexto técnico de los reactores nucleares, esto significa: Mediante un uso de esta naturaleza de la medición de temperatura de referencia, los cambios en la temperatura del medio refrigerante en el reactor durante la arranque y la parada o los cambios de temperatura repentinos debido a incrementos de potencia extraordinarios o las así llamadas "mechas frías" no actúan sobre la diferencia de temperatura, o casi no lo hacen, ya que los termoelementos calentados y los correspondientes termoelementos no calentados se ven igualmente afectados por ello.

Sin embargo, esto sólo es aplicable estrictamente en un modo de consideración idealizado. En la práctica, por el contrario, es necesario tener en cuenta los efectos de orden secundario:

De esto forma parte sobre todo el hecho de que en ausencia de una regulación activa de la corriente de calefacción, la diferencia de temperatura entre los termoelementos calentados y los no calentados disminuye a medida que aumenta la temperatura del entorno, es decir, a medida que aumenta la temperatura del medio refrigerante del reactor. Esto se debe, entre otras cosas, que con la creciente temperatura del medio en el contenedor de líquido también se calienta con mayor intensidad (desde afuera) el alambre de calefacción con los elementos calefactores o las zonas de calefacción (secciones del alambre calefactor con una resistencia incrementada) . De esta manera se incrementa la resistencia del alambre calefactor y por consiguiente fluirá a través del mismo una menor corriente sin que haya un cambio en la tensión. En consecuencia también disminuye la potencia calorífica del elemento calefactor, debido a que la misma es proporcional al cuadrado de la corriente que fluye a través de él (P = R*I2) .

Esto significa: Debido a que por un lado, en ausencia de una regulación de la corriente de calefacción disminuye la diferencia de temperatura entre los termoelementos calentados y no calentados, rodeados de líquido, a medida que aumenta la temperatura del líquido, mientras que por otro lado, por razones de simplificación de la técnica de regulación, normalmente se emplea un solo valor límite constante de la diferencia de temperatura para generar... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para vigilar el nivel de llenado de un líquido (F) en un contenedor de líquido, en particular para girar el nivel de llenado de medio refrigerante en un recipiente de reactor a presión (4) en una instalación de reactor de agua a presión, en donde basado en el diferencial de temperatura medido (DT) entre un termoelemento calentado (HT) y un correspondiente termoelemento no calentado (UHT) , ambos de los cuales están dispuestos dentro del contenedor de líquido, se deduce el descenso del nivel de líquido (10) por debajo de la altura de instalación del termoelemento calentado (HT) , caracterizado porque el transcurso cronológico del diferencial de temperatura (DT) es vigilado de manera continua para detectar un ascenso significativo, en particular abrupto dentro de un intervalo de tiempo ubicado antes del respectivo punto de tiempo de evaluación (t0) de duración predeterminada (Lt) , en cuanto el cambio (LDT) del diferencial de temperatura (DT) dentro del intervalo de tiempo alcance o exceda un valor límite previamente fijado, en donde a lo largo de una pluralidad de puntos de medición periódicamente sucesivos (..., t-2, t-1, t0, t1, t2, ...) se determina una serie de diferenciales de temperatura (..., DT (t-2) , DT (t-1) , DT (t0) , DT (t1) , DT (t2) , ...) , en donde para un punto de tiempo de evaluación (t0) se determinan las diferencias (o1 = DT (t0) - DT (t-1) ..., oN = DT (t0) - DT (t-N) ) entre la última posición determinada (DT (t0) ) y todos sus predecesores (DT (t-1) , ..., DT (t-N) ) , cuyos puntos de tiempo de medición se ubican dentro de un intervalo de tiempo (t-N, ..., t0) de longitud predeterminada (Lt = t0 - t-N) , y en donde se emite una señal de alarma tan pronto como al menos una de las diferencias (o1, oN) alcanza o excede de un valor límite previamente fijado.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el procedimiento de evaluación es repetido en forma de un procedimiento iterativo para cada punto de tiempo de medición (..., t2-, t-1 , t0, t1 , t2, ...) .

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la distancia cronológica entre dos puntos de tiempo de medición inmediatamente sucesivos (ot = t2 - t1 = t1 - t0 = ...) se predetermina en el alcance entre 50 ms y 1000 ms, en particular en el alcance entre 100 ms y 350 ms.

4. Un procedimiento de acuerdo con alguna de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la longitud (Lt) del intervalo de tiempo se predetermina en el alcance entre 30 s y 100 s, en particular en aproximadamente 50 s.

5. Un procedimiento de acuerdo con alguna de las reivindicaciones 1 a 4, en donde los diferenciales de temperatura medidos (DT) se almacenan en una memoria intermedia FIFO.

6. Un procedimiento de acuerdo con alguna de las reivindicaciones 1 a 5, en donde se predetermina una pluralidad de diferentes valores límite, que al ser alcanzados o excedidos respectivamente desencadenan diferentes avisos de alarma.

7. Un procedimiento de acuerdo con alguna de las reivindicaciones 1 a 6, en donde una alarma una vez activada se vuelve a desactivar si dentro de un plazo de tiempo predeterminado después de dispararse la alarma se detecta un descenso del diferencial de temperatura (DT) por un valor predeterminado.

8. Un procedimiento de acuerdo con alguna de las reivindicaciones 1 a 6, en donde una alarma una vez activada se vuelve a desactivar si después de dispararse la alarma se detecta un descenso del diferencial de temperatura (DT) hasta o por debajo de un valor de umbral predeterminado en forma independiente de la temperatura.

9. Un procedimiento de acuerdo con alguna de las reivindicaciones 1 a 6, en donde en donde la temperatura y/o la presión del medio a ser vigilado en cuanto a su nivel de llenado se mide dentro del contenedor de líquido, y en donde una alarma una vez disparada se vuelve a desactivar si después de dispararse la alarma se detecta un descenso del diferencial de temperatura (DT) hasta o por debajo de un valor de umbral predeterminado en forma dependiente de la temperatura momentánea y/o de la presión momentánea.

10. Una unidad electrónica de evaluación y control (18) para el uso en un dispositivo (2) para vigilar el nivel de llenado de un líquido (F) en un contenedor de líquido, comprendiendo

• Respectivamente una entrada de señal para las señales de medición de un correspondiente termoelemento calentado (HT) y un termoelemento no calentado (UHT) , así como una unidad de substracción que a partir de las señales de medición forma una señal de referencia del diferencial de temperatura característica para el diferencial de temperatura (DT) referido a los dos termoelementos (HT, UHT) , • o alternativamente una entrada de señal para una señal de referencia del diferencial de temperatura de un circuito con un termoelemento calentado (HT) y un termoelemento no calentado (UHT) ,

• una unidad de evaluación (18) con medios para una vigilancia continua del desarrollo cronológico del diferencial de temperatura (DT) para detectar un ascenso significativo, en particular abrupto, dentro de un intervalo de tiempo ubicado antes del respectivo punto de tiempo de evaluación (t0) de duración predeterminada (Lt) ,

• así como medios para la emisión de una señal de alarma tan pronto como el ascenso (LDT) del diferencial de temperatura (DT) dentro de un intervalo de tiempo alcance o exceda un valor límite previamente fijado,

en donde la unidad de evaluación (18) está configurada de tal manera que a lo largo de una pluralidad de puntos de medición periódicamente sucesivos (..., t-2, t-1, t0, t1, t2, ...) determina una serie de diferenciales de temperatura (..., DT (t-2) , DT (t-1) , DT (t0) , DT (t1) , DT (t2) , ...) , en donde para un punto de tiempo de evaluación (t0) se determinan las diferencias (o1 = DT (t0) - DT (t-1) ..., oN = DT (t0) - DT (t-N) ) entre la última posición determinada (DT (t0) ) y todos sus predecesores (DT (t-1) , ..., DT (t-N) ) , cuyos puntos de tiempo de medición se ubican dentro de un intervalo de tiempo (t-N, ..., t0) de longitud predeterminada (Lt = t0 - t-N) , y en donde se emite una señal de alarma tan pronto como al menos una de las diferencias (o1, ..., oN) alcanza o excede de un valor límite previamente fijado.

11. Un dispositivo (2) para vigilar el nivel de llenado de un líquido (F) en un contenedor de líquido con un termoelemento calentado (HT) y un termoelemento no calentado (UHT) y con una unidad electrónica de evaluación y 10 control (18) de acuerdo con la reivindicación 10.