CN102682860B - 非能动氢气复合器测试系统的测试方法 - Google Patents

非能动氢气复合器测试系统的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非能动氢气复合器测试系统的测试方法，解决现有技术中没有能够对非能动氢气复合器整机测试的系统问题。本发明的非能动氢气复合器测试系统主要包括依次连接的混气罐、反应容器和取样单元，该反应容器还与水蒸气发生器相连通；非能动氢气复合器测试系统的测试方法则包括复合器的启动性能检测模式、复合器的稳定反应性能检测模式、复合器的重复性能检测模式、复合器的抗毒化性能检测模式、复合器的耐水性能检测模式和复合器加入喷淋水后的性能检测模式。本发明结构简单，测试的方法能够保证复合器在模拟严重事故条件下的测试数据更加接近实际状况，操作方便，适合推广应用。

Description

非能动氢气复合器测试系统的测试方法
技术领域
本发明涉及一种测试方法，具体地说，是涉及一种非能动氢气复合器测试系统的测试方法。
背景技术
核电站安全壳内部空间大约数万立方米，内部分布放置数十个非能动氢气复合器，将数十个复合器全部一起进行性能测试难度非常大。
我国尚没有可以进行非能动氢气复合器整机测试的装置，仅有少量的用于研究的装置，最大装置可用于研究相当于复合器整机1/6大小的样品。目前我国核安全局和能源局正在制定日本福岛核事故后的《核安全规划》和《核电安全规划》，会对核电站安全壳内所使用的非能动氢气复合器作出较为严格的规定。并且，非能动氢气复合器的技术指标、使用规范相关的国家标准也正在制定当中。因此，对非能动复合器整机进行性能测试，以获得接近复合器运行状况(核电站事故状态)的整机技术指标，不仅是我国对核电站相关安全设施的要求和发展趋势，同时也可为目前我国引进国外先进的非能动氢气复合器产品提供必要的整机测试手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非能动氢气复合器测试系统的测试方法，解决现有技术中没有能够对非能动氢气复合器整机测试的系统问题。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
非能动氢气复合器测试系统的测试方法，该非能动氢气复合器测试系统主要包括依次连接的混气罐、反应容器和取样单元，以及氢气罐、氧气罐、加热模块、进口测温仪和出口测温仪；所述混气罐分别与氢气罐和氧气罐连通，所述加热模块设置在混气罐与反应容器之间，在所述混气罐与反应容器，混气罐与氢气罐，以及混气罐与氧气罐之间均依次设有回火阻止器、单向阀和流量控制器；所述反应容器进口端设有水蒸气发生器，该反应容器上部设有喷淋器，且该反应容器上还设有安全阀，同时，所述反应容器与取样单元之间设有除水器和流量控制器；所述进口测温仪和出口测温仪均设置在反应容器内；所述的测试方法则包括以下步骤：
复合器的启动性能检测模式
(1)将复合器样机放入反应容器内；
(2)将氢气和氧气持续通入到反应容器内进行反应，其中，氢气体积百分比浓度为1.0vol％，余量为氧气；所述反应条件为温度350℃，压强0.65MPa；并且，当测试一个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为2200m3/h；
(3)反应后，由取样单元检测出氢气的浓度，如果浓度小于1.0vol％，则表明复合器可在1.0vol％的氢气浓度条件下启动反应；
(4)通过流量控制器上显示的流量，分别采用下列公式计算复合器的复合氢量和复合效率：
复合氢量：Q＝(L氢气+L氧气-L尾气)×(2/3)  (a)
复合效率：S＝[(L氢气+L氧气-L尾气)/(L氢气+L氧气)]×100％  (b)
其中，L氢气为氢气的进气量，L氧气为氧气的进气量，L尾气为反应后的出气量；
(5)重复步骤(1)～(4)三次，若三次的检测结果相同，则表明复合器的启动性能合格；
复合器的稳定反应性能检测模式
(1)将复合器样机放入反应容器内；
(2)将氢气和氧气持续通入到反应容器内进行反应，其中，氢气的体积百分比浓度为1.0vol％～4.0vol％，余量为氧气；所述反应条件为温度350℃，压强0.65MPa；并且，当测试一个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为2200m3/h；
(3)待进口温度和出口温度不变时，反应容器内的氢气和氧气反应稳定，然后通过取样单元检测出氢气浓度，并根据流量控制器上显示的流量，分别采用公式(a)、(b)计算复合器的复合氢量和复合效率：
(4)计算得出结果后，如果复合氢量达到2.4kg/h以上，且复合效率达到90％以上，则表明复合器的稳定反应性能合格；
复合器的重复性能检测模式
(1)将复合器样机放入反应容器内；
(2)将氢气和氧气持续通入到反应容器内进行反应，其中，氢气的体积百分比浓度为1.0vol％～4.0vol％，余量为氧气；所述反应条件为温度350℃，压强0.65MPa；并且，当测试一个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为2200m3/h；
(3)待进口温度和出口温度不变时，反应容器内的氢气和氧气反应稳定，然后通过取样单元检测出氢气浓度，并根据流量控制器上显示的流量，分别采用公式(a)、(b)计算复合器的复合氢量和复合效率：
(4)根据步骤(3)计算得出结果，并循环步骤(1)～(3)五次，如果每次的计算结果均为：复合氢量达到2.4kg/h以上，且复合效率达到90％以上，则表明复合器的重复性能合格；
复合器的抗毒化性能检测模式
(1)将复合器样机放入反应容器内；
(2)将氢气和氧气持续通入到反应容器内进行反应，其中，氢气的体积百分比浓度为1.0vol％～4.0vol％，余量为负载有I、SnO2/LiNO3和CsI的氧气，且每立方米的总进气量中含有0.28g的I，1g的SnO2/LiNO3和4g的CsI；所述反应条件为温度350℃，压强0.65MPa；并且，当测试一个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为2200m3/h；
(3)反应后，由取样单元检测出氢气的浓度，并通过流量控制器上显示的流量，分别采用公式(a)、(b)计算复合器的复合氢量和复合效率：
(4)计算得出结果后，如果复合氢量在1.9kg/h以上，且复合效率为70％以上，则表明复合器的抗毒化性能合格；
复合器的耐水性能检测模式
(1)将复合器样机放入反应容器内；
(2)将氢气、水蒸气和氧气持续通入到反应容器内进行反应，其中，氢气的体积百分比浓度为1.0vol％～4.0vol％，水蒸气的体积百分比浓度为2～60vol％，余量为氧气；所述反应条件为温度350℃，压强0.65MPa；并且，当测试一个复合器时，所述氢气、氧气和水蒸气总流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气、氧气和水蒸气总流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气、氧气和水蒸气总流量为2200m3/h；
(3)反应后，由取样单元检测出氢气浓度，并通过流量控制器上显示的流量，分别采用公式(a)、(b)计算复合器的复合氢量和复合效率：
(4)计算得出结果后，如果在100℃以下、水蒸气浓度20％以下的条件下，复合氢量保持在2.4kg/h以上，且复合效率保持在90％以上，则表明复合器的耐水性能合格；
复合器加入喷淋水后的性能检测模式
(1)将复合器样机放入反应容器内；
(2)在复合器顶部喷淋10-1000L含0.5％NaOH和2200ppm H3BO3的喷淋水；
(3)将氢气和氧气持续通入到反应容器内进行反应，其中，氢气的体积百分比浓度为1.0vol％～4.0vol％，余量为氧气；所述反应条件为温度350℃，压强0.65MPa；并且，当测试一个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为2200m3/h；
(4)反应后，由取样单元检测出氢气浓度，并通过流量控制器上显示的流量，分别采用公式(a)、(b)计算复合器的复合氢量和复合效率：
(5)计算得出结果后，如果复合氢量在2.4kg/h以上，且复合效率为70％以上，则表明复合器加入喷淋水后的性能测试合格。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明能够对复合器整机进行检测，且能同时对三个复合器进行检测，能够保证复合器在模拟严重事故条件下的测试数据更加接近实际状况；
(2)本发明能够对复合器整机的启动性能、稳定反应性能、重复性能、抗毒化性能、耐水性能等进行检测，确保了复合器能够达到技术标准；
(3)本发明为核电用非能动氢气复合器提供准确的试验评价手段，形成国内高标准的评测平台，为提高我国核电设备的国产化率提供了助力；
(4)本发明，结构简单，操作方便，适合推广应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
上述附图中，附图标记对应名称为：1-氢气罐，2-氧气罐，3-回火阻止器，4-单向阀，5-流量控制器，6-混气罐，7-水蒸气发生器，8-复合器，9-反应容器，10-安全阀，11-除水器，12-取样单元，13-加热模块，14-喷淋器，15-进口测温仪，16-出口测温仪。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，非能动氢气复合器测试系统，主要包括依次连接的混气罐6、反应容器9和取样单元12，该反应容器9的进口端还连接有水蒸气发生器7。
为了保证取样单元检测的精准，故所述反应容器9与取样单元12之间设有除水器11，能够将反应后的水除掉；为了测量出气流量，故在反应容器9与取样单元12之间还设有流量控制器5；方便取样单元12测试出出气的氢气浓度；且该反应容器9上设有安全阀10。
为了能可靠地阻止回火和爆炸波的传播，并且能迅速地使气体排除到大气中去，且能自动切断气源，所述混气罐6与反应容器9之间设置有回火阻止器3；且为了保证气体单向流动，故在混气罐6与反应容器9之间还设有单向阀4；为了控制通入反应容器9内的气体流量，故在混气罐6与反应容器9之间还设有流量控制器5。
为了方便控制通入气体的比例，所述混气罐6还分别与氢气罐1和氧气罐2连通。
为了控制气体通入的比例，并保证气体单向流动，且能够测量出氢气与氧气的流量；在所述的混气罐6与氢气罐1，以及混气罐6与氧气罐2之间均依次设有回火阻止器3、单向阀4和流量控制器5。
为了方便对复合器8加入喷淋水的测试，所述反应容器9上部设有喷淋器14，在测试时可以直接控制喷淋器14对复合器顶部加入喷淋水。
为了方便对复合器8的稳定性能进行检测，在所述反应容器9内还设有进口测温仪15和出口测温仪16。
为了更加方便的达到检测条件，在所述混气罐6与反应容器9之间还设有加热模块13。
非能动氢气复合器测试系统的测试方法，主要包括以下步骤：
(1)将制作成型的复合器样机放入到反应容器内；
(2)将氢气、氧气持续通入到反应容器内进行反应；所述反应条件为温度≤350℃，压强≤0.65MPa；
(3)取样单元检测出氢气浓度，根据取样单元检测出的氢气浓度，得出检测结果。
为了测试复合器的耐水性能，在所述反应容器内通入水蒸气。
当测试一个复合器时，所述氢气、氧气和水蒸气总流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气、氧气和水蒸气总流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气、氧气和水蒸气总流量为2200m3/h。
例如：启动性能检测
当检测一个复合器时，在总的进气流量为650m3/h下、温度350℃和压强0.65MPa条件下，将1.0vol％含量的氢气和剩余比例的氧气通入到反应容器内，若出口温度高于进口温度，则表明复合器启动了反应；同时由取样单元检测出氢气浓度，如浓度小于1.0vol％则表明复合器可在1.0vol％氢气浓度条件下启动反应。并通过流量控制器上显示的流量，对该项检测下的复合氢量和复合效率进行计算，其计算式如下：
复合氢量：Q＝(L氢气+L氧气-L尾气)×(2/3)
复合效率：S＝[(L氢气+L氧气-L尾气)/(L氢气+L氧气)]×100％
其中，L氢气为氢气的进气量，L氧气为氧气的进气量，L尾气为反应后的出气量。
该项检测成功且三次重复测试的结果相同，则表明复合器的启动性能合格。
当同时检测两个复合器时，与检测一个复合器的区别仅在于总的进气流量为1500m3/h；当同时检测三个复合器时，与检测一个复合器的区别仅在于总的进气流量为2200m3/h。
实施例2
运用实施例1中的非能动氢气复合器测试系统和测试方法对复合器的稳定反应性能进行检测，检测方法如下：
当检测一个复合器时，在总的进气流量为650m3/h下、温度350℃和压强0.65MPa条件下，将1～4vol％的氢气与剩余比例的氧气通入反应容器内，经一段时间待反应稳定后，稳定的标准为进口温度和出口温度接近不变，同样由取样单元检测出氢气浓度，并通过流量控制器上显示的流量，对该项检测下的复合氢量和复合效率进行计算，当复合氢量达到2.4kg/h以上，复合效率达到90％以上，该复合器即为合格产品。
当同时检测两个复合器时，与检测一个复合器的区别仅在于总的进气流量为1500m3/h；当同时检测三个复合器时，与检测一个复合器的区别仅在于总的进气流量为2200m3/h。
实施例3
运用实施例1中的非能动氢气复合器测试系统和测试方法对复合器的重复性能进行检测，此项检测主要考核复合器的复合氢量和复合效率在多次测试中的重复性，以评估复合器的可靠性和使用寿命。其检测方法如下：
此检测方法具体步骤与稳定反应性能检测步骤和参数相同，区别仅在于循环进行5次测试，当每次测试中单个复合器的复合氢量均达到2.4kg/h以上，复合效率均达到90％以上，则表明复合器的重复性能合格。
当同时检测两个复合器时，与检测一个复合器的区别仅在于总的进气流量为1500m3/h；当同时检测三个复合器时，与检测一个复合器的区别仅在于总的进气流量为2200m3/h。
实施例4
运用实施例1中的非能动氢气复合器测试系统和测试方法对复合器的抗毒化性能进行检测，检测方法如下：
当检测一个复合器时，在总的进气流量为650m3/h下、温度350℃和压强0.65MPa条件下，将1～4vol％的氢气以及剩余比例负载有I、SnO2/LiNO3和CsI的氧气通入到反应容器内，每立方米的总进气量中含有0.28g的I，1g的SnO2/LiNO3和4g的CsI；待反应后，由取样单元测出氢气浓度，并通过流量控制器上显示的流量，对该项检测下的复合氢量和复合效率进行计算，复合氢量在在1.9kg/h以上，复合效率为70％以上，则表明复合器的抗毒化性能合格。
当同时检测两个复合器时，与检测一个复合器的区别仅在于总的进气流量为1500m3/h；当同时检测三个复合器时，与检测一个复合器的区别仅在于总的进气流量为2200m3/h。
实施例5
运用实施例1中的非能动氢气复合器测试系统和测试方法对复合器的耐水性能进行检测，检测方法如下：
当检测一个复合器时，在总的进气流量为650m3/h下、温度350℃和压强0.65MPa条件下，将1～4vol％的氢气、2～60vol％的水蒸气和剩余比例的氧气通入到反应容器内，待反应后，由取样单元测出氢气浓度，并通过流量控制器上显示的流量，对该项检测下的复合氢量和复合效率进行计算；当100℃以下，水蒸气浓度20％以下，复合氢量保持在2.4kg/h以上，复合效率保持在90％以上，即表明复合器的耐水性能合格。
当同时检测两个复合器时，与检测一个复合器的区别仅在于总的进气流量为1500m3/h；当同时检测三个复合器时，与检测一个复合器的区别仅在于总的进气流量为2200m3/h。
实施例6
运用实施例1中的非能动氢气复合器测试系统和测试方法对复合器加入喷淋水后进行的测试，测试方法如下：
当检测一个复合器时，在总的进气流量为650m3/h下、温度350℃和压强0.65MPa条件下，先在复合器顶部喷淋10-1000L的喷淋水(含NaOH：0.5％，H3BO3；2200ppm)，再将1～4vol％的氢气以及剩余比例的氧气通入到反应容器内，待反应后，由取样单元测出氢气浓度，并通过流量控制器上显示的流量，对该项检测下的复合氢量和复合效率进行计算，复合氢量保持在2.4kg/h以上，复合效率保持在90％以上，则表明复合器的此项检测合格。
当同时检测两个复合器时，与检测一个复合器的区别仅在于总的进气流量为1500m3/h；当同时检测三个复合器时，与检测一个复合器的区别仅在于总的进气流量为2200m3/h。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (1)

1.非能动氢气复合器测试系统的测试方法，该非能动氢气复合器测试系统主要包括依次连接的混气罐(6)、反应容器(9)和取样单元(12)，以及氢气罐(1)、氧气罐(2)、加热模块(13)、进口测温仪(15)和出口测温仪(16)；所述混气罐(6)分别与氢气罐(1)和氧气罐(2)连通，所述加热模块(13)设置在混气罐(6)与反应容器(9)之间，其特征在于，在所述混气罐(6)与反应容器(9)，混气罐(6)与氢气罐(1)，以及混气罐(6)与氧气罐(2)之间均依次设有回火阻止器(3)、单向阀(4)和流量控制器(5)；所述反应容器(9)进口端设有水蒸气发生器(7)，该反应容器(9)上部设有喷淋器(14)，且该反应容器(9)上还设有安全阀(10)，同时，所述反应容器(9)与取样单元(12)之间设有除水器(11)和流量控制器；所述进口测温仪(15)和出口测温仪(16)均设置在反应容器(9)内；所述的测试方法则包括以下步骤：
复合器的启动性能检测模式
(1)将复合器样机放入反应容器内；
(2)将氢气和氧气持续通入到反应容器内进行反应，其中，氢气体积百分比浓度为1.0vol％，余量为氧气；所述反应条件为温度350℃，压强0.65MPa；并且，当测试一个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为2200m3/h；
(3)反应后，由取样单元检测出氢气的浓度，如果浓度小于1.0vol％，则表明复合器可在1.0vol％的氢气浓度条件下启动反应；
(4)通过流量控制器上显示的流量，分别采用下列公式计算复合器的复合氢量和复合效率：
复合氢量：Q＝(L氢气+L氧气-L尾气)×(2/3)   (a)
复合效率：S＝[(L氢气+L氧气-L尾气)/(L氢气+L氧气)]×100％   (b)
其中，L氢气为氢气的进气量，L氧气为氧气的进气量，L尾气为反应后的出气量；
(5)重复步骤(1)～(4)三次，若三次的检测结果相同，则表明复合器的启动性能合格；
复合器的稳定反应性能检测模式
(1)将复合器样机放入反应容器内；
(2)将氢气和氧气持续通入到反应容器内进行反应，其中，氢气的体积百分比浓度为1.0vol％～4.0vol％，余量为氧气；所述反应条件为温度350℃，压强0.65MPa；并且，当测试一个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为2200m3/h；
(3)待进口温度和出口温度不变时，反应容器内的氢气和氧气反应稳定，然后通过取样单元检测出氢气浓度，并根据流量控制器上显示的流量，分别采用公式(a)、(b)计算复合器的复合氢量和复合效率：
(4)计算得出结果后，如果复合氢量达到2.4kg/h以上，且复合效率达到90％以上，则表明复合器的稳定反应性能合格；
复合器的重复性能检测模式
(1)将复合器样机放入反应容器内；
(2)将氢气和氧气持续通入到反应容器内进行反应，其中，氢气的体积百分比浓度为1.0vol％～4.0vol％，余量为氧气；所述反应条件为温度350℃，压强0.65MPa；并且，当测试一个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为2200m3/h；
(3)待进口温度和出口温度不变时，反应容器内的氢气和氧气反应稳定，然后通过取样单元检测出氢气浓度，并根据流量控制器上显示的流量，分别采用公式(a)、(b)计算复合器的复合氢量和复合效率：
(4)根据步骤(3)计算得出结果，并循环步骤(1)～(3)五次，如果每次的计算结果均为：复合氢量达到2.4kg/h以上，且复合效率达到90％以上，则表明复合器的重复性能合格；
复合器的抗毒化性能检测模式
(1)将复合器样机放入反应容器内；
(2)将氢气和氧气持续通入到反应容器内进行反应，其中，氢气的体积百分比浓度为1.0vol％～4.0vol％，余量为负载有I、SnO2/LiNO3和CsI的氧气，且每立方米的总进气量中含有0.28g的I，1g的SnO2/LiNO3和4g的CsI；所述反应条件为温度350℃，压强0.65MPa；并且，当测试一个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为2200m3/h；
(3)反应后，由取样单元检测出氢气的浓度，并通过流量控制器上显示的流量，分别采用公式(a)、(b)计算复合器的复合氢量和复合效率：
(4)计算得出结果后，如果复合氢量在1.9kg/h以上，且复合效率为70％以上，则表明复合器的抗毒化性能合格；
复合器的耐水性能检测模式
(1)将复合器样机放入反应容器内；
(2)将氢气、水蒸气和氧气持续通入到反应容器内进行反应，其中，氢气的体积百分比浓度为1.0vol％～4.0vol％，水蒸气的体积百分比浓度为2～60vol％，余量为氧气；所述反应条件为温度350℃，压强0.65MPa；并且，当测试一个复合器时，所述氢气、氧气和水蒸气总流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气、氧气和水蒸气总流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气、氧气和水蒸气总流量为2200m3/h；
(3)反应后，由取样单元检测出氢气浓度，并通过流量控制器上显示的流量，分别采用公式(a)、(b)计算复合器的复合氢量和复合效率：
(4)计算得出结果后，如果在100℃以下、水蒸气浓度20％以下的条件下，复合氢量保持在2.4kg/h以上，且复合效率保持在90％以上，则表明复合器的耐水性能合格；
复合器加入喷淋水后的性能检测模式
(1)将复合器样机放入反应容器内；
(2)在复合器顶部喷淋10-1000L含0.5％NaOH和2200ppm H3BO3的喷淋水；
(3)将氢气和氧气持续通入到反应容器内进行反应，其中，氢气的体积百分比浓度为1.0vol％～4.0vol％，余量为氧气；所述反应条件为温度350℃，压强0.65MPa；并且，当测试一个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为650m3/h；当测试两个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为1500m3/h；当测试三个复合器时，所述氢气和氧气总的进气流量为2200m3/h；
(4)反应后，由取样单元检测出氢气浓度，并通过流量控制器上显示的流量，分别采用公式(a)、(b)计算复合器的复合氢量和复合效率：
(5)计算得出结果后，如果复合氢量在2.4kg/h以上，且复合效率为70％以上，则表明复合器加入喷淋水后的性能测试合格。
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