壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置的制造方法
【專利摘要】一種壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置，包括：由多個級聯的承壓容器組成的容器陣列和檢測系統，其中：檢測系統通過管線與容器陣列相連以接收各個承壓容器內的溫度、壓力和氣體溶度數據，容器陣列上設有排水管線、排氣管線和進氣管線，承壓容器上設有加熱保溫機構，本發明可以對事故工況下安全殼內局部隔間氫氣流動分布進行模擬，通過控制各個閥門改變容器之間的連接方式以及容器之間的流通面積，模擬不同隔間之間的連接包括水平連接、豎直連接以及水平與豎直與水平復合連接等方式，進行多種驅動力包括濃度驅動、壓差驅動和源項驅動等作用下導致的氫氣在局部隔間不同流動形式的流動分布實驗。
【專利說明】
壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置
技術領域
[0001]本發明涉及的是一種核工業安全領域的技術，具體是一種壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置。
【背景技術】
[0002]在輕水堆核電廠嚴重事故中，鋯合金包殼與水或水蒸氣發生強烈的氧化反應，產生大量的氫氣，并通過主回路壓力邊界或壓力容器破口釋放到安全殼中。當堆芯熔融物進入安全殼的堆腔后與混凝土或水相接觸，又會引發強烈的化學反應產生大量的氫氣和少量其他易燃易爆氣體，如一氧化碳等。事故中產生的氫氣與安全殼內的水蒸氣、空氣混合，并且在隔間之間傳輸。
[0003]壓水堆的安全殼內隔間的數量眾多，包括:蒸汽發生器隔間、CMT隔間、穩壓器隔間、內置換料水箱隔間、主栗隔間等，隔間之間的通道所處的位置也各不相同，隔間之間為水平連接(高位連接、低位連接)、豎直連接，因此由于壓水堆的安全殼內隔間之間復雜的連接結構以及其它因素的影響，導致事故工況下安全殼內某些局部隔間的氫氣濃度升高。當氫氣濃度達到一定比例后，在適合的外界條件下，例如溫度、壓力、氧氣濃度，這些混合氣體將發生爆燃，并可能由此轉變成爆炸，在極短的時間內形成很高的壓力峰值，由此產生的靜態和動態壓力載荷，會危及安全殼完整性，并影響安全殼內安全系統的有效執行。
[0004]在氫氣安全方面，我國目前設計的先進反應堆為先進壓水堆設計，事故情況下，堆芯過熱過程中會產生大量氫氣，具有典型的壓水堆氫氣源項特性，事故下產生的氫氣可能在安全殼中發生燃燒甚至爆炸，威脅安全殼完整性。基于不斷發展的氫氣安全認識，需要對大型壓水堆氫氣安全相關技術進行優化，進一步深入研究其事故后的一系列核安全問題，以最大限度地防止放射性物質泄露。氫氣安全問題直接影響核電廠放射性物質的最終屏障即安全殼的完整性，需要進行深入研究，加深對安全殼中氫氣流動分布特性的認識，并優化氫氣控制系統，優化嚴重事故管理體系中設計氫氣風險緩解、管理措施的使用導則。
[0005]但是，目前對安全殼隔間之間的氫氣流動分布現象與機理的研究仍然存在不足，對事故情況下，安全殼內由于包含多種機理作用下的氫氣在隔間之間的流動分布特性方面的研究還比較匱乏，氫氣在安全殼隔間的流動分布特性認識還不是很清楚，缺少專業研究設備。
[0006]經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN104269195A，【公開日】為2015年01月07日，公開了一種模擬核電安全殼基準事故工況的實驗系統及其實現方法，解決現有技術無法全面模擬核電基準事故工況的問題，包括用于裝載非能動氫氣復合器整機的實驗容器，設置在實驗容器內、用于檢測實驗容器內部壓力的第一壓力傳感器，數據采集系統，以及均與實驗容器連接的排氣管道、空氣供應系統、氫氣供應系統和至少為四個的取樣管道；所述實驗容器通過多點熱電偶與數據采集系統連接。但該技術無法模擬事故工況下安全殼內隔間之間的氫氣流動分布現象，無法解析事故工況下安全殼隔間之間的氫氣流動分布機理，無法全面詳細的研究安全殼隔間內的氫氣風險。

【發明內容】

[0007]本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置。
[0008]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0009]本發明包括:由多個級聯的承壓容器組成的容器陣列和檢測系統，其中:檢測系統通過管線與容器陣列相連以接收各個承壓容器內的溫度、壓力和氣體溶度數據，容器陣列上設有排水管線、排氣管線和進氣管線，承壓容器上設有加熱保溫機構。
[0010]所述的加熱保溫機構包括纏繞在承壓容器殼體上的電加熱絲和與電加熱絲相連的加熱控制模塊。
[0011 ]所述的檢測系統包括:傳感數據采集模塊和濃度測量模塊，其中:傳感數據采集模塊與都設置于承壓容器內的壓力傳感器和溫度傳感器相連以接收壓力數據和溫度數據，濃度測量模塊與承壓容器相連用于檢測承壓容器內的氣體濃度。
[0012]所述的容器陣列包括:第一承壓容器、第二承壓容器、第三承壓容器和第四承壓容器，其中:第一承壓容器通過兩條上下布置的連接管道與第二承壓容器相連，第二承壓容器與第三承壓容器、第三承壓容與第四承壓容器分別通過連接管道相連。
[0013]所述的第一承壓容器和第四承壓容器上均設有進氣管線、排水管線和排氣管線，第三承壓容器設有排氣管線，第二承壓容器設有排氣管線和排水管線。
技術效果
[0014]與現有技術相比，本發明可以對事故工況下安全殼內局部隔間氫氣流動分布進行模擬，通過控制各個閥門改變容器之間的連接方式以及容器之間的流通面積，模擬不同隔間之間的連接包括水平連接、豎直連接以及水平與豎直與水平復合連接等方式，進行多種驅動力包括濃度驅動、壓差驅動和源項驅動等作用下導致的氫氣在局部隔間不同流動形式的流動分布實驗。實驗過程中溫度傳感器、壓力傳感器以及濃度測量模塊可以實時測量實驗過程中壓力、溫度以及氣體濃度的變化，為事故工況下安全殼內局部隔間的氫氣流動分布特性研究提供實驗數據，進而解明氫氣的流動分布規律，掌握安全殼內局部氫氣風險規律。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的結構示意圖；
[0016]圖中:I第一承壓容器、2第二承壓容器、3第三承壓容器、4第四承壓容器、5加熱保溫機構、6球閥、7電動調節閥、8進氣管線、9排氣管線、10排水管線、11連接管道、12檢測系統、13計算機、14檢測管線。
【具體實施方式】
[0017]下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0018]如圖1所示，本實施例包括:由多個級聯的承壓容器組成的容器陣列和檢測系統12，其中:檢測系統12通過檢測管線14與容器陣列相連以接收各個承壓容器內的溫度、壓力和氣體溶度數據，容器陣列上設有排水管線10、排氣管線9和用于輸入氦氣和水蒸氣的進氣管線8，承壓容器上設有加熱保溫機構5。
[0019]所述的容器陣列包括:第一承壓容器1、第二承壓容器2、第三承壓容器3和第四承壓容器4，其中:第一承壓容器I通過兩條上下布置的連接管道11與第二承壓容器2相連，第二承壓容器2與第三承壓容器3、第三承壓容器3與第四承壓容器4分別通過一條連接管道11相連。
[0020]所述的第一承壓容器1、第二承壓容器2和第四承壓容器4均為圓柱體，且內徑均為2000mm，高均為4000mm，都由316不銹鋼制成，設計壓力均為0.8Mpa。該第一承壓容器I豎直設置，上端面設有排氣管線9，下端面設有排水管線10，其左側下端設有進氣管線8。
[0021]所述的第二承壓容器2豎直設置，其左側通過兩條上下平行設置的連接管道11與第一承壓容器I的右側相連。該第二承壓容器2的上端面設有排氣管線9，下端面設有排水管線10。
[0022]所述的第三承壓容器3為圓柱體，且內徑為1900mm，高為2800mm，由316不銹鋼制成，設計壓力為0.SMpa ο該第三承壓容器3豎直設置，上端面設有排氣管線9，其左側下部通過連接管道11與第二承壓容器2的右側上部相連。
[0023]所述的第四承壓容器4橫向設置，上側壁與第三承壓容器3的下端面通過連接管道11相連，其下側壁左端設有排水管道，下側壁右端設有進氣管線8。
[0024]所述的連接管道11長度均為1000mm，設計壓力為0.8MPa，直徑為200mm，由316不銹鋼制成，其兩端使用法蘭與對應的承壓容器相連。各個連接管道11中間部位均設置有電動調節閥7，以控制連接管道11的連通面積。
[0025]所述的排氣管線9、排水管線10和進氣管線8的內徑均為30mm，均由316不銹鋼制成，通過焊接方式與對應承壓容器相連。排氣管線9、排水管線10和進氣管線8上均設有內徑為30mm的球閥6，各個球閥6通過螺紋連接的方式與對應的管線相連，控制對應管線的開閉。
[0026]所述的加熱保溫機構5包括:纏繞在承壓容器的殼體上的電加熱絲和與其相連的加熱控制模塊，通過該加熱控制模塊來控制電加熱絲加熱來實現承壓容器的加熱或保溫。
[0027]所述的檢測系統12包括:傳感數據采集模塊和濃度測量模塊，其中:傳感數據采集模塊與設置于承壓容器內的壓力傳感器和溫度傳感器相連以接收壓力數據和溫度數據，濃度測量模塊與承壓容器相連用于檢測承壓容器內的氣體濃度。該濃度測量模塊通過內徑為Imm的管道提取承壓容器中的氣體。該檢測系統12最后將數據傳輸到與其相連的計算機13，以作進一步的分析。
[0028]所述的加熱保溫機構5將承壓容器加熱到實驗所需溫度，實驗過程中使用氦氣代替氫氣，通過進氣管線8向承壓容器內供應實驗氣體即氦氣和水蒸氣，調節電動調節閥7控制承壓容器之間各連接管道11的開合，模擬氣體在不同隔間之間的流動并獲得溫度數據、壓力數據和氣體濃度數據。
[0029]本裝置可以對事故工況下安全殼內局部隔間氫氣流動分布進行模擬，通過控制各個閥門改變容器之間的連接方式以及容器之間的流通面積，模擬不同隔間之間的連接包括水平連接、豎直連接以及水平與豎直與水平復合連接等方式，進行多種驅動力包括濃度驅動、壓差驅動和源項驅動等作用下導致的氫氣在局部隔間不同流動形式的流動分布實驗。實驗過程中溫度傳感器、壓力傳感器以及濃度測量模塊可以實時測量實驗過程中壓力、溫度以及氣體濃度的變化，為事故工況下安全殼內局部隔間的氫氣流動分布特性研究提供實驗數據，進而解明氫氣的流動分布規律，掌握安全殼內局部氫氣風險規律。
【主權項】
1.一種壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置，其特征在于，包括:由多個級聯的承壓容器組成的容器陣列和檢測系統，其中:檢測系統通過管線與容器陣列相連以接收各個承壓容器內的溫度、壓力和氣體溶度數據，容器陣列上設有排水管線、排氣管線和進氣管線，承壓容器上設有加熱保溫機構； 所述的容器陣列包括:第一承壓容器、第二承壓容器、第三承壓容器和第四承壓容器，其中:第一承壓容器通過兩條上下布置的連接管道與第二承壓容器相連，第二承壓容器與第三承壓容器、第三承壓容與第四承壓容器分別通過連接管道相連，其中:第一承壓容器和第四承壓容器上均設有進氣管線、排水管線和排氣管線，第三承壓容器設有排氣管線，第二承壓容器設有排氣管線和排水管線。2.根據權利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置，其特征是，所述的加熱保溫機構包括纏繞在承壓容器殼體上的電加熱絲和與電加熱絲相連的加熱控制模塊。3.根據權利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置，其特征是，所述的檢測系統包括:傳感數據采集模塊和濃度測量模塊，其中:傳感數據采集模塊與都設置于承壓容器內的壓力傳感器和溫度傳感器相連以接收壓力數據和溫度數據，濃度測量模塊與承壓容器相連用于檢測承壓容器內的氣體濃度。4.根據權利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置，其特征是，所述的第一承壓容器、第二承壓容器、第三承壓容器和第四承壓容器分別與檢測系統相連。5.根據權利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置，其特征是，所述的排氣管線、排水管線和進氣管線的內徑均為30mm，且均通過焊接方式與對應承壓容器相連。6.根據權利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置，其特征是，所述的第一承壓容器、第二承壓容器和第四承壓容器均為設計壓力0.8MPa、內徑2000mm、高4000mm的圓柱體，第四承壓容器為設計壓力0.8MPa、內徑1900mm、高2800mm的圓柱體。7.根據權利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置，其特征是，所述的連接管道上設有電動調節閥，連接管道長為100mm，設計壓力為0.8MPa。8.根據權利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動分布特性實驗裝置，其特征是，所述的排氣管線和排水管線上均設有球閥。
【文檔編號】G21C17/00GK105869686SQ201610210282
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月6日
【發明人】佟立麗, 劉漢臣, 曹學武
【申請人】上海交通大學