壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)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(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)裝置，包括：由多個(gè)級聯(lián)的承壓容器組成的容器陣列和檢測系統(tǒng)，其中：檢測系統(tǒng)通過管線與容器陣列相連以接收各個(gè)承壓容器內(nèi)的溫度、壓力和氣體溶度數(shù)據(jù)，容器陣列上設(shè)有排水管線、排氣管線和進(jìn)氣管線，承壓容器上設(shè)有加熱保溫機(jī)構(gòu)，本發(fā)明可以對事故工況下安全殼內(nèi)局部隔間氫氣流動(dòng)分布進(jìn)行模擬，通過控制各個(gè)閥門改變?nèi)萜髦g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(fù)合連接等方式，進(jìn)行多種驅(qū)動(dòng)力包括濃度驅(qū)動(dòng)、壓差驅(qū)動(dòng)和源項(xiàng)驅(qū)動(dòng)等作用下導(dǎo)致的氫氣在局部隔間不同流動(dòng)形式的流動(dòng)分布實(shí)驗(yàn)。
【專利說明】
壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種核工業(yè)安全領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在輕水堆核電廠嚴(yán)重事故中，鋯合金包殼與水或水蒸氣發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，產(chǎn)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(dāng)堆芯熔融物進(jìn)入安全殼的堆腔后與混凝土或水相接觸，又會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)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(chǎn)生的氫氣與安全殼內(nèi)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(nèi)隔間的數(shù)量眾多，包括:蒸汽發(fā)生器隔間、CMT隔間、穩(wěn)壓器隔間、內(nèi)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(nèi)隔間之間復(fù)雜的連接結(jié)構(gòu)以及其它因素的影響，導(dǎo)致事故工況下安全殼內(nèi)某些局部隔間的氫氣濃度升高。當(dāng)氫氣濃度達(dá)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(fā)生爆燃，并可能由此轉(zhuǎn)變成爆炸，在極短的時(shí)間內(nèi)形成很高的壓力峰值，由此產(chǎn)生的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力載荷，會(huì)危及安全殼完整性，并影響安全殼內(nèi)安全系統(tǒng)的有效執(zhí)行。
[0004]在氫氣安全方面，我國目前設(shè)計(jì)的先進(jìn)反應(yīng)堆為先進(jìn)壓水堆設(shè)計(jì)，事故情況下，堆芯過熱過程中會(huì)產(chǎn)生大量氫氣，具有典型的壓水堆氫氣源項(xiàng)特性，事故下產(chǎn)生的氫氣可能在安全殼中發(fā)生燃燒甚至爆炸，威脅安全殼完整性?；诓粩喟l(fā)展的氫氣安全認(rèn)識，需要對大型壓水堆氫氣安全相關(guān)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)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(zhì)泄露。氫氣安全問題直接影響核電廠放射性物質(zhì)的最終屏障即安全殼的完整性，需要進(jìn)行深入研究，加深對安全殼中氫氣流動(dòng)分布特性的認(rèn)識，并優(yōu)化氫氣控制系統(tǒng)，優(yōu)化嚴(yán)重事故管理體系中設(shè)計(jì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)緩解、管理措施的使用導(dǎo)則。
[0005]但是，目前對安全殼隔間之間的氫氣流動(dòng)分布現(xiàn)象與機(jī)理的研究仍然存在不足，對事故情況下，安全殼內(nèi)由于包含多種機(jī)理作用下的氫氣在隔間之間的流動(dòng)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(dòng)分布特性認(rèn)識還不是很清楚，缺少專業(yè)研究設(shè)備。
[0006]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)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(zhǔn)事故工況的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，解決現(xiàn)有技術(shù)無法全面模擬核電基準(zhǔn)事故工況的問題，包括用于裝載非能動(dòng)氫氣復(fù)合器整機(jī)的實(shí)驗(yàn)容器，設(shè)置在實(shí)驗(yàn)容器內(nèi)、用于檢測實(shí)驗(yàn)容器內(nèi)部壓力的第一壓力傳感器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及均與實(shí)驗(yàn)容器連接的排氣管道、空氣供應(yīng)系統(tǒng)、氫氣供應(yīng)系統(tǒng)和至少為四個(gè)的取樣管道；所述實(shí)驗(yàn)容器通過多點(diǎn)熱電偶與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。但該技術(shù)無法模擬事故工況下安全殼內(nèi)隔間之間的氫氣流動(dòng)分布現(xiàn)象，無法解析事故工況下安全殼隔間之間的氫氣流動(dòng)分布機(jī)理，無法全面詳細(xì)的研究安全殼隔間內(nèi)的氫氣風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)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(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)裝置。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明包括:由多個(gè)級聯(lián)的承壓容器組成的容器陣列和檢測系統(tǒng)，其中:檢測系統(tǒng)通過管線與容器陣列相連以接收各個(gè)承壓容器內(nèi)的溫度、壓力和氣體溶度數(shù)據(jù)，容器陣列上設(shè)有排水管線、排氣管線和進(jìn)氣管線，承壓容器上設(shè)有加熱保溫機(jī)構(gòu)。
[0010]所述的加熱保溫機(jī)構(gòu)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(tǒng)包括:傳感數(shù)據(jù)采集模塊和濃度測量模塊，其中:傳感數(shù)據(jù)采集模塊與都設(shè)置于承壓容器內(nèi)的壓力傳感器和溫度傳感器相連以接收壓力數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，濃度測量模塊與承壓容器相連用于檢測承壓容器內(nèi)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(shè)有進(jìn)氣管線、排水管線和排氣管線，第三承壓容器設(shè)有排氣管線，第二承壓容器設(shè)有排氣管線和排水管線。
技術(shù)效果
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以對事故工況下安全殼內(nèi)局部隔間氫氣流動(dòng)分布進(jìn)行模擬，通過控制各個(gè)閥門改變?nèi)萜髦g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(fù)合連接等方式，進(jìn)行多種驅(qū)動(dòng)力包括濃度驅(qū)動(dòng)、壓差驅(qū)動(dòng)和源項(xiàng)驅(qū)動(dòng)等作用下導(dǎo)致的氫氣在局部隔間不同流動(dòng)形式的流動(dòng)分布實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中溫度傳感器、壓力傳感器以及濃度測量模塊可以實(shí)時(shí)測量實(shí)驗(yàn)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(nèi)局部隔間的氫氣流動(dòng)分布特性研究提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而解明氫氣的流動(dòng)分布規(guī)律，掌握安全殼內(nèi)局部氫氣風(fēng)險(xiǎn)規(guī)律。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)、6球閥、7電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、8進(jìn)氣管線、9排氣管線、10排水管線、11連接管道、12檢測系統(tǒng)、13計(jì)算機(jī)、14檢測管線。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0018]如圖1所示，本實(shí)施例包括:由多個(gè)級聯(lián)的承壓容器組成的容器陣列和檢測系統(tǒng)12，其中:檢測系統(tǒng)12通過檢測管線14與容器陣列相連以接收各個(gè)承壓容器內(nèi)的溫度、壓力和氣體溶度數(shù)據(jù)，容器陣列上設(shè)有排水管線10、排氣管線9和用于輸入氦氣和水蒸氣的進(jìn)氣管線8，承壓容器上設(shè)有加熱保溫機(jī)構(gòu)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(nèi)徑均為2000mm，高均為4000mm，都由316不銹鋼制成，設(shè)計(jì)壓力均為0.8Mpa。該第一承壓容器I豎直設(shè)置，上端面設(shè)有排氣管線9，下端面設(shè)有排水管線10，其左側(cè)下端設(shè)有進(jìn)氣管線8。
[0021]所述的第二承壓容器2豎直設(shè)置，其左側(cè)通過兩條上下平行設(shè)置的連接管道11與第一承壓容器I的右側(cè)相連。該第二承壓容器2的上端面設(shè)有排氣管線9，下端面設(shè)有排水管線10。
[0022]所述的第三承壓容器3為圓柱體，且內(nèi)徑為1900mm，高為2800mm，由316不銹鋼制成，設(shè)計(jì)壓力為0.SMpa ο該第三承壓容器3豎直設(shè)置，上端面設(shè)有排氣管線9，其左側(cè)下部通過連接管道11與第二承壓容器2的右側(cè)上部相連。
[0023]所述的第四承壓容器4橫向設(shè)置，上側(cè)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(cè)壁左端設(shè)有排水管道，下側(cè)壁右端設(shè)有進(jìn)氣管線8。
[0024]所述的連接管道11長度均為1000mm，設(shè)計(jì)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(yīng)的承壓容器相連。各個(gè)連接管道11中間部位均設(shè)置有電動(dòng)調(diào)節(jié)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(jìn)氣管線8的內(nèi)徑均為30mm，均由316不銹鋼制成，通過焊接方式與對應(yīng)承壓容器相連。排氣管線9、排水管線10和進(jìn)氣管線8上均設(shè)有內(nèi)徑為30mm的球閥6，各個(gè)球閥6通過螺紋連接的方式與對應(yīng)的管線相連，控制對應(yīng)管線的開閉。
[0026]所述的加熱保溫機(jī)構(gòu)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(shí)現(xiàn)承壓容器的加熱或保溫。
[0027]所述的檢測系統(tǒng)12包括:傳感數(shù)據(jù)采集模塊和濃度測量模塊，其中:傳感數(shù)據(jù)采集模塊與設(shè)置于承壓容器內(nèi)的壓力傳感器和溫度傳感器相連以接收壓力數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，濃度測量模塊與承壓容器相連用于檢測承壓容器內(nèi)的氣體濃度。該濃度測量模塊通過內(nèi)徑為Imm的管道提取承壓容器中的氣體。該檢測系統(tǒng)12最后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚c其相連的計(jì)算機(jī)13，以作進(jìn)一步的分析。
[0028]所述的加熱保溫機(jī)構(gòu)5將承壓容器加熱到實(shí)驗(yàn)所需溫度，實(shí)驗(yàn)過程中使用氦氣代替氫氣，通過進(jìn)氣管線8向承壓容器內(nèi)供應(yīng)實(shí)驗(yàn)氣體即氦氣和水蒸氣，調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)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(dòng)并獲得溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)和氣體濃度數(shù)據(jù)。
[0029]本裝置可以對事故工況下安全殼內(nèi)局部隔間氫氣流動(dòng)分布進(jìn)行模擬，通過控制各個(gè)閥門改變?nèi)萜髦g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(fù)合連接等方式，進(jìn)行多種驅(qū)動(dòng)力包括濃度驅(qū)動(dòng)、壓差驅(qū)動(dòng)和源項(xiàng)驅(qū)動(dòng)等作用下導(dǎo)致的氫氣在局部隔間不同流動(dòng)形式的流動(dòng)分布實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中溫度傳感器、壓力傳感器以及濃度測量模塊可以實(shí)時(shí)測量實(shí)驗(yàn)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(nèi)局部隔間的氫氣流動(dòng)分布特性研究提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而解明氫氣的流動(dòng)分布規(guī)律，掌握安全殼內(nèi)局部氫氣風(fēng)險(xiǎn)規(guī)律。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括:由多個(gè)級聯(lián)的承壓容器組成的容器陣列和檢測系統(tǒng)，其中:檢測系統(tǒng)通過管線與容器陣列相連以接收各個(gè)承壓容器內(nèi)的溫度、壓力和氣體溶度數(shù)據(jù)，容器陣列上設(shè)有排水管線、排氣管線和進(jìn)氣管線，承壓容器上設(shè)有加熱保溫機(jī)構(gòu)； 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(shè)有進(jìn)氣管線、排水管線和排氣管線，第三承壓容器設(shè)有排氣管線，第二承壓容器設(shè)有排氣管線和排水管線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是，所述的加熱保溫機(jī)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是，所述的檢測系統(tǒng)包括:傳感數(shù)據(jù)采集模塊和濃度測量模塊，其中:傳感數(shù)據(jù)采集模塊與都設(shè)置于承壓容器內(nèi)的壓力傳感器和溫度傳感器相連以接收壓力數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，濃度測量模塊與承壓容器相連用于檢測承壓容器內(nèi)的氣體濃度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)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(tǒng)相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是，所述的排氣管線、排水管線和進(jìn)氣管線的內(nèi)徑均為30mm，且均通過焊接方式與對應(yīng)承壓容器相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)壓力0.8MPa、內(nèi)徑2000mm、高4000mm的圓柱體，第四承壓容器為設(shè)計(jì)壓力0.8MPa、內(nèi)徑1900mm、高2800mm的圓柱體。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是，所述的連接管道上設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，連接管道長為100mm，設(shè)計(jì)壓力為0.8MPa。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆安全殼局部間隔氫氣流動(dòng)分布特性實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是，所述的排氣管線和排水管線上均設(shè)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(fā)明人】佟立麗, 劉漢臣, 曹學(xué)武
【申請人】上海交通大學(xué)