CN103175658B - 核电站管道泄漏率的试验方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及核电站管道泄漏率的试验方法及系统，包括用介质生成装置生成相应的介质；通过质量流量计测量出介质质量；介质经混合器混合后从试验段处流出，冷凝装置将介质冷却并通过质量流量计进行测量，将测出的质量与输入的质量进行对比，如果二者结果相等或基本接近，则测量结果可信；否则，进行重复试验；将试验段切开，检测裂纹的表面粗糙度和流道，并将检测值作为泄漏率程序的输入，比较泄漏率程序的结果与试验结果的差别。本发明采用模拟裂缝尺寸的形式，建立流量和确定尺寸的关系，能够针对工程实际的真实裂缝进行实际工况下的泄漏实验，测定不同载荷、不同裂缝形式下的泄漏量。

Description

核电站管道泄漏率的试验方法及系统
技术领域
本发明涉及核电站管道泄漏试验技术，具体涉及一种核电站管道泄漏率的试验方法及系统。
背景技术
当核电站压力管道发生泄漏时，高温高压流体从管道破口处向外喷射至低压环境，流体压力快速下降，工质由单相过冷状态迅速变为两相状态而且气液相间存在明显的热力及动力不平衡，同时工质在破口末端变为临界流动，其机理非常复杂。因此，有必要研究一种高压流体穿透裂缝泄漏及临界泄漏中的泄漏率定量试验方法和装置，从而修正管道穿透性裂缝泄漏率的计算模型，并修正现有临界泄漏模型编制的计算程序。
发明内容
针对现有技术中裂缝流量与裂缝尺寸的定量计量存在很大的困难和不确定性的问题，本发明结合现有的实验条件与工程实际的需要，提供了一种核电站管道泄漏率的试验方法及系统，主要采用模拟裂缝尺寸的形式，建立流量和确定尺寸的关系，同时针对工程实际的真实裂缝进行实际工况下的泄漏试验，能够测定不同载荷下不同裂缝形式下的泄漏量。
本发明的技术方案如下：一种核电站管道泄漏率的试验方法，包括如下步骤：
步骤一：用介质生成装置生成相应的介质；
步骤二：通过质量流量计测量从介质生成装置流出的介质质量；
步骤三：从介质生成装置流出的介质经过加工有裂缝的试验段，进入冷凝装置，冷凝装置将介质冷却并通过质量流量计测量试验段泄漏的介质质量，将测出的介质质量与试验段输入的介质质量进行对比，如果二者结果相等或基本接近，则测量结果可信；否则，重复测量；
步骤四：将试验段切开，检测裂纹的表面粗糙度和流道，并将检测值作为泄漏率程序的输入，比较泄漏率程序的结果与试验结果的差别。
进一步，如上所述的核电站管道泄漏率的试验方法，其中，步骤一生成的介质为欠热液体、饱和液体、气液两相混合物、饱和蒸汽、过热蒸汽或超临界流体。
进一步，如上所述的核电站管道泄漏率的试验方法，其中，步骤三中试验段泄漏的介质泄漏率小于20kg/h的情况下，采用溢流测量方法测量冷凝后的介质质量；试验段泄漏的介质泄漏率大于或等于20kg/h的情况下，采用直接冷凝测量方法测量冷凝后的介质质量。
一种应用于上述核电站管道泄漏率试验方法的系统，包括介质生成装置和试验段测量装置，其中，所述的介质生成装置包括介质补充水箱，介质补充水箱通过管路与预热器连接，预热器通过管路连接加工有裂缝的试验段的入口，在预热器与试验段入口相连接的管路上设置用于测量试验段输入介质质量的质量流量计，试验段的出口与冷凝装置相连接，冷凝装置与用于测量试验段泄漏介质质量的质量流量计相连接。
进一步，如上所述的核电站管道泄漏率试验系统，其中，在试验段的入口前侧设置汽水混合器，介质补充水箱通过一条管路与汽水混合器的冷水入口连接，所述的预热器通过管路与汽水混合器的蒸汽入口连接，在与汽水混合器的冷水入口和蒸汽入口连接的管路上分别设置质量流量计。
进一步，如上所述的核电站管道泄漏率试验系统，其中，所述的冷凝装置为冷凝器或冷凝水溢流箱。
进一步，如上所述的核电站管道泄漏率试验系统，其中，所述的冷凝水溢流箱包括设置在箱体下方的与试验段出口相连接的蒸汽分配管，蒸汽分配管上设置若干小孔；所述的蒸汽分配管的上方设有蛇形盘管冷凝器，在蛇形盘管冷凝器的上方设置用于降低介质液面波动和衰减冷凝噪声的均流板；箱体的上部为溢流出口。
更进一步，所述的冷凝水溢流箱上部的溢流出口为能够减小流面面积的倾斜缩口形状。
本发明的有益效果如下：本发明结合现有的实验条件与工程实际的需要，主要采用模拟裂缝尺寸的形式，建立流量和确定尺寸的关系，能够针对工程实际的真实裂缝进行实际工况下的泄漏实验，测定不同载荷下不同裂缝形式下的泄漏量。
附图说明
图1为核电站管道泄漏率试验系统的结构示意图；
图2为试验段的一种实施结构示意图；
图3为采用溢流测量方法测量冷凝后的介质质量的示意图；
图4为采用直接冷凝测量方法测量冷凝后的介质质量的示意图；
图5为冷凝水溢流箱结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明所述的方法及系统主要涉及高压流体穿透裂缝泄漏及临界泄漏中的泄漏率定量试验。试验针对多工质参数、多入口形式的管道裂纹泄漏率，可模拟入口截面形状为椭圆形、菱形、矩形或圆形等几何形状；入口参数为欠热液体、饱和液体、气液两相混合物、饱和蒸汽、过热蒸汽及超临界流体的出口泄漏率，本发明的方法及系统能修正管道穿透性裂缝泄漏率的计算模型，修正现有的临界泄漏模型编制计算程序。
核电站管道泄漏率试验系统的结构如图1所示，包括介质生成装置1和试验段测量装置2，其中，所述的介质生成装置1包括介质补充水箱3，介质补充水箱3通过管路与预热器4连接，介质补充水箱3与预热器4连接的管路上设置过滤器7和柱塞泵5，预热器4的前端设有质量流量计6。预热器4通过管路连接加工有裂缝的试验段11的入口，在预热器4与试验段入口相连接的管路上设置用于测量试验段输入介质质量的质量流量计。为便于气液两相混合物的测量，图1所示的实施例中在试验段11的入口前侧设置汽水混合器10，介质补充水箱3通过一条管路与汽水混合器10的冷水入口连接，所述的预热器4通过管路与汽水混合器10的蒸汽入口连接，在与汽水混合器10的冷水入口和蒸汽入口连接的管路上分别设置质量流量计8、9。试验段11的出口与冷凝装置12相连接，冷凝装置12与用于测量试验段泄漏介质质量的质量流量计13相连接。在介质生成装置的出口与介质补充水箱3之间设有换热器14。整个系统的各段管路上分别设置调节阀。
使用上述系统进行的核电站管道泄漏率试验包括如下步骤：
步骤一：用介质生成装置生成相应的介质；
步骤二：通过质量流量计测量从介质生成装置流出的介质质量；
步骤三：从介质生成装置流出的介质经过加工有裂缝的试验段，进入冷凝装置，冷凝装置将介质冷却并通过质量流量计测量试验段泄漏的介质质量，将测出的介质质量与试验段输入的介质质量进行对比，如果二者结果相等或基本接近，则测量结果可信；否则，重复测量；
步骤四：将试验段切开，检测裂纹的表面粗糙度和流道，并将检测值作为泄漏率程序的输入，比较泄漏率程序的结果与试验结果的差别。泄漏率程序可采用现有文献的公知计算模型自行编写，对于本领域技术人员属于公知技术。
试验段的结构可以有多种形式，一种相对简单的结构可以如图2所示，试验段包括两个半圆柱形金属试件15，两个半圆柱形金属试件的相对的矩形面17为喷砂粗化的金属表面。所述的两个半圆柱形金属试件15除两端以外的边缘通过焊缝连接，在两个半圆柱形金属试件15之间形成用于模拟裂缝通道的间隙，两个端口分别作为裂缝通道的流体入口和出口，在其中一个半圆柱形金属试件上沿裂缝通道的长度方向设有若干个用于布置压力测量元件的取压孔16和用于布置温度测量元件的测温孔。可控制裂缝形状、尺寸以及表面粗糙度，从而进行多种真实裂缝参数条件下的泄漏试验。
当试验段泄漏的介质为小流量（泄漏率小于20kg/h）条件时，采用溢流测量方法测量冷凝后的介质质量，系统结构如图3所示。试验段11的出口与冷凝水溢流箱18相连接，冷凝水溢流箱18连接热交换器19，冷凝水溢流箱18的溢流出口与用于测量试验段泄漏介质质量的质量流量计13相连接，冷凝液最终通过调节阀进入冷凝液收集箱20。
试验段泄漏的介质为大流量（泄漏率大于或等于20kg/h）条件时，采用直接冷凝测量方法测量冷凝后的介质质量，系统结构如图4所示。试验段11的出口与冷凝器21相连接，冷凝器21连接热交换器19，冷凝器21的出口与用于测量试验段泄漏介质质量的质量流量计13相连接，冷凝液最终通过调节阀进入冷凝液收集箱20。
冷凝水溢流箱的结构如图5所示，包括设置在箱体22下方的与试验段出口相连接的蒸汽分配管23，蒸汽分配管23上设置若干小孔；所述的蒸汽分配23管的上方设有蛇形盘管冷凝器24，在蛇形盘管冷凝器24的上方设置均流板25；箱体22的上部为溢流出口26。试验段泄漏的蒸汽进入蒸汽分配管23，蒸汽分配管23分为三路支管，蒸汽进入箱体后分三路进入支管，每一路分配支管上均匀布置若干小孔。蒸汽进入溢流箱内冷却，由蛇形盘管冷凝器24作为冷源维持溢流箱整体的温度水平在常温范围。蛇形盘管上部为均流板25，均流板25上设置若干孔洞，其主要作用为（1）降低蒸汽冷凝过程及工质流动过程的液面波动，（2）衰减冷凝过程的的噪声。溢流箱上部的溢流出口26采用倾斜缩口形式减小溢流面面积提高测量精度，同时斜面有效防止不凝气体积累。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种核电站管道泄漏率的试验方法，包括如下步骤：
步骤一：用介质生成装置生成相应的介质；
步骤二：通过质量流量计测量从介质生成装置流出的介质质量；
步骤三：从介质生成装置流出的介质经过加工有裂缝的试验段，进入冷凝装置，冷凝装置将介质冷却并通过质量流量计测量试验段泄漏的介质质量，将测出的介质质量与试验段输入的介质质量进行对比，如果二者结果相等，则测量结果可信；否则，重复测量；
步骤四：将试验段切开，检测裂纹的表面粗糙度和流道，并将检测值作为泄漏率程序的输入，比较泄漏率程序的结果与试验结果的差别。
2.如权利要求1所述的核电站管道泄漏率的试验方法，其特征在于：步骤一生成的介质为欠热液体、饱和液体、气液两相混合物、饱和蒸汽、过热蒸汽或超临界流体。
3.如权利要求1或2所述的核电站管道泄漏率的试验方法，其特征在于：步骤三中试验段泄漏的介质泄漏率小于20kg/h的情况下，采用溢流测量方法测量冷凝后的介质质量；试验段泄漏的介质泄漏率大于或等于20kg/h的情况下，采用直接冷凝测量方法测量冷凝后的介质质量。
4.一种应用于权利要求1所述的核电站管道泄漏率试验方法的系统，包括介质生成装置(1)和试验段测量装置(2)，其特征在于：所述的介质生成装置(1)包括介质补充水箱(3)，介质补充水箱(3)通过管路与预热器(4)连接，预热器(4)通过管路连接加工有裂缝的试验段(11)的入口，在预热器(4)与试验段入口相连接的管路上设置用于测量试验段输入介质质量的质量流量计(8、9)，试验段(11)的出口与冷凝装置(12)相连接，冷凝装置(12)与用于测量试验段泄漏介质质量的质量流量计(13)相连接。
5.如权利要求4所述的核电站管道泄漏率试验系统，其特征在于：在试验段(11)的入口前侧设置汽水混合器(10)，介质补充水箱(3)通过一条管路与汽水混合器(10)的冷水入口连接，所述的预热器(4)通过管路与汽水混合器(10)的蒸汽入口连接，在与汽水混合器(10)的冷水入口和蒸汽入口连接的管路上分别设置质量流量计(9、8)。
6.如权利要求4或5所述的核电站管道泄漏率试验系统，其特征在于：所述的冷凝装置为冷凝器(21)或冷凝水溢流箱(18)。
7.如权利要求6所述的核电站管道泄漏率试验系统，其特征在于：所述的冷凝水溢流箱(18)包括设置在箱体(22)下方的与试验段出口相连接的蒸汽分配管(23)，蒸汽分配管(23)上设置若干小孔；所述的蒸汽分配管(23)的上方设有蛇形盘管冷凝器(24)，在蛇形盘管冷凝器(24)的上方设置用于降低介质液面波动和衰减冷凝噪声的均流板(25)；箱体的上部为溢流出口(26)。
8.如权利要求7所述的核电站管道泄漏率试验系统，其特征在于：所述的冷凝水溢流箱上部的溢流出口(26)为能够减小流面面积的倾斜缩口形状。
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