CN103310857A - 分析高温堆破口事故中石墨粉尘重悬浮规律的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分析高温堆破口事故中石墨粉尘重悬浮规律的装置及方法，该装置包括：高压气瓶、高压储气系统、电磁阀、流量计、排放管道、粉尘沉积壁面、截止阀、声速喷嘴、真空罐、真空泵。该装置通过声速喷嘴模拟高温堆破口的声速排放，在排放管道中安置沉积有石墨粉尘的壁面，测量的时候，在高压储气系统和真空罐的压差作用下，高压储气系统中的高压气体流将通过排放管道由音速喷嘴排入真空罐中，在此过程中安置在排放管道中的沉积石墨粉尘将发生重悬浮，由此可以检测出排放过程中石墨粉尘重悬浮规律。

Description

分析高温堆破口事故中石墨粉尘重悬浮规律的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种分析高温气冷堆发生破口事故时管道壁面上沉积的石墨粉尘发生重悬浮的规律的实验装置及测试方法，属于核反应堆工程技术领域。

背景技术

模块式高温气冷堆具有安全性好、发电效率高等特点，受到各国普遍关注，而超高温气冷堆是第4代先进核能系统的候选堆型之一，被认为是最有可能将来实施的先进堆型。在高温气冷堆中，堆芯除去少量燃料、控制材料外，基本全为石墨类材料，而球床堆特有的燃料球循环方式，使得燃料球在运动过程中其自身以及其他的石墨构件和管道不可避免地发生摩擦磨损，产生石墨粉尘。反应堆一回路中部分放射性物质可能粘附在石墨粉尘上，这些微细的石墨颗粒将随着氦气流流动。

石墨粉尘在运动的过程中，一部分将沉积在高温堆一回路的壁面上，当发生严重事故时，如破口事故，反应堆一回路中的高压气体将从破口处喷射出来，引起一回路中压力剧降，由此引起一回路中氦气流动速度剧变，从而可能将已经沉积的粉尘扬起，进而跟随氦气流动，并随着泄放的气流排出反应堆，从而对周围的环境造成危害。研究在高温堆发生破口事故的情况下，高温堆一回路管道壁面上沉积的石墨粉尘发生重悬浮的规律对于高温堆的安全分析具有重要意义。

现有技术中关于粉尘重悬浮的研究方法和装置大多都是在常压下的稳态工况进行。而对于高温气冷堆而言，当发生破口事故时，高温堆一回路中的高压氦气将通过破口排向外界，在氦气排放的过程中，高温堆一回路中的压力逐渐下降，而由于反应堆一回路和外界存在较大的压差，破口处的氦气以声速向外界排放。该排放过程是一个非稳态、初始状况为高压、声速排放的过程。在排放的过程中，沉积在高温堆一回路管道内壁面上的石墨粉尘将由于氦气流的作用发生重悬浮被卷入排放的氦气流中。

发明内容

为了解决现有技术中的技术问题，本发明通过设计一套能够模拟高温气冷堆发生破口事故时产生的非稳态、高压气体声速喷射过程的装置，通过该装置可以检测高温堆发生破口事故时壁面沉积石墨粉尘的重悬浮规律。

本发明提供一种分析高温气冷堆发生破口事故时管道壁面上沉积的石墨粉尘发生重悬浮的规律的装置，以及相应的测试方法。

一种分析高温堆破口事故中石墨粉尘重悬浮规律的装置，该装置主要由高压储气系统、排放管道、石墨粉尘沉积壁面、声速喷嘴和真空罐组成，高压储气系统提供排放过程中需要的气源，其连接排放管道，排放管道连接声速喷嘴，声速喷嘴连接真空罐，石墨粉尘沉积壁面设置于排放管道中，石墨粉尘沉积在该壁面上。通过声速喷嘴模拟高温堆破口的声速排放，在排放管道中安置沉积有石墨粉尘的壁面，测量的时候，在高压储气系统和真空罐的压差作用下，高压储气系统中的高压气体流将通过排放管道由音速喷嘴排入真空罐中，在排放过程中，安置在排放管道中的沉积石墨粉尘将发生重悬浮，由此可以检测出排放过程中石墨粉尘重悬浮规律。

排放管道的内壁面上刻有可以安置石墨粉尘沉积壁面的槽道，使石墨粉尘沉积壁面可以活动安置于排放管道中，方便气体排放前后将沉积有石墨粉尘的石墨粉尘沉积壁面从排放管道中抽出。石墨粉尘沉积壁面的安置位置优选为水平安置于排放管道中间。排放管道两端与管道连接方式采用法兰连接，排放管道的进出口分别布置一个压力表，用于记录排放过程中排放管道前后的压差变化情况。

高压储气系统和排放管道之间的连接管道上安装有流量计，流量计记录排放过程中气流的流量，包括瞬时流量和累积流量。流量计和高压储气系统之间还设置有电磁阀，通过电磁阀控制排放过程的启停。排放管道和声速喷嘴之间设置有截止阀，排放结束后，关闭截止阀，可以封闭真空罐。

高压储气系统连接1个或多个高压气瓶，由高压气瓶注气补充气体，高压储气系统上安置有压力表和温度计，用于记录排放过程中压力、温度的变化。

由真空罐连接有真空泵，二者组成真空罐系统，通过真空泵对真空罐进行抽气，可以使真空罐内达到设计的真空压，从而使声速喷嘴前后的压差能满足声速喷射需要的压力比。声速喷嘴在高压储气系统和真空罐的压差下可以试气流形成声速排放。

本发明还提供一种检测高温堆发生破口事故时壁面沉积石墨粉尘的重悬浮的测量方法，所述方法主要包括如下步骤：

1）测量前，采用精密天平称取石墨粉尘沉积壁面（6）的初始质量m₁；记录高压储气系统中的初始压力p₁和初始温度T₁；

2）将石墨粉尘沉积壁面（6）安置于排放管道（5）中；将真空罐（9）中压气抽至设计的真空度；打开截止阀（7）；打开电磁阀（3），高压储气系统（2）中的高压气体将流经电磁阀（3）、流量计（4）、排放管道（5）、截止阀（7）和声速喷嘴（8），以声速排入真空罐（9）中；

3）记录石墨粉尘沉积壁面（6）排放结束后的质量m₂，记录排放过程中流量计采集的流量值，记录排放结束后高压储气系统中的气体压力p₂和初始温度T₂，记录排放过程中排放管道前后的压力值；

4）通过获得的数据可以得到石墨粉尘的重悬浮量和排放的气体总量，进一步计算可以获得排放过程中摩擦速度和石墨粉尘重悬浮的规律；

5）改变排放初始的压力和排放结束的压力，测量在不同排放压力下石墨粉尘的重悬浮规律。

上述技术方案可以实现高温气冷堆一回路发生破口事故时非稳态、高压初始状况、声速排放的过程，测量在此非稳态的过程中沉积的石墨粉尘发生重悬浮的规律。

附图说明

图1是依据本发明实施例的试验装置示意图。

图2为依据本发明实施例的粉尘沉积壁面安装示意图。

其中：1-高压气瓶；2-高压储气系统；3-电磁阀；4-流量计；5-排放管道；6-石墨粉尘沉积壁面；7-截止阀；8-声速喷嘴；9-真空罐；10-真空泵

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

如图1、图2所示，本发明实施例提供了一种测量高温气冷堆在发生破口事故时，管道壁面上沉积的石墨粉尘发生重悬浮的装置，其主要包括：高压气瓶1、高压储气系统2、电磁阀3、流量计4、排放管道5、粉尘沉积壁面6、截止阀7、声速喷嘴8、真空罐9、真空泵10。高压储气系统2提供排放过程中需要的气源，其连接排放管道5，排放管道5连接声速喷嘴8，声速喷嘴8连接真空罐9，通过声速喷嘴8模拟高温堆破口的声速排放，石墨粉尘沉积壁面6设置于排放管道5中，石墨粉尘沉积在该壁面6上。测量的时候，在高压储气系统和真空罐的压差作用下，高压储气系统中的高压气体流将通过排放管道由音速喷嘴排入真空罐中，在排放过程中，安置在排放管道中的沉积石墨粉尘将发生重悬浮，由此可以检测出排放过程中石墨粉尘重悬浮规律。

测量实施方案：

1）采用精密天平称取石墨粉尘沉积壁面6的初始质量m₁；记录高压储气系统中的初始压力p₁和初始温度T₁；

2）将石墨粉尘沉积壁面6安置入排放管道5中；

3）将真空罐9中压气抽至设计的真空度；

4）打开截止阀7；

5）打开电磁阀3，高压储气系统2中的高压气体将流经电磁阀3、流量计4、排放管道5、截止阀7和声速喷嘴8，以声速排入真空罐9中；

6）排放过程中流量计采集排放过程中气流的流量值，包括瞬态流量m₂(t)和累积流量m₃;

7）排放过程中高压储气系统的压力表和温度计记录高压储气系统中压力、温度的变化规律p=p(t),T=T(t);

8）记录排放过程中排放管道进出口的压力变化情况p₃=p₃(t),p₄=p₄(t);

9）排放结束后，关闭电磁阀3和截止阀7；

10）取下排放管道5中的石墨粉尘沉积壁面6，采用精密天平称取排放结束后的质量m₄，记录排放结束后高压储气系统中的气体压力p₂和初始温度T₂；

11）由记录的石墨粉尘沉积壁面排放前后的质量，可以得到发生重悬浮的石墨粉尘质量为：

m_石墨粉尘=m₁-m₄

12）由流量计采集的数据可以获得排放气体的瞬态流量m₂(t)和累积流量m₃；

13）由排放管道进出口的压力表记录的压力值p₃(t)、p₄(t)以及流量计记录的气体流量值m₂(t)，可以计算得到排放过程中排放管道中的摩擦速度；

14）改变排放初始的压力和排放结束的压力，测量在不同排放压力下石墨粉尘的重悬浮规律；

15）通过整理获得排放过程中石墨粉尘的重悬浮规律，可以预测高温堆在发生破口事故时，各沉积有石墨粉尘的管道中发生重悬浮的石墨粉尘量。

由以上实施例可以看出，本发明可以实现对高温气冷堆在发生破口事故情况下管道壁面上沉积的石墨粉尘发生重悬浮的测量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种分析高温堆破口事故中石墨粉尘重悬浮规律的装置，其特征在于：该装置主要由高压储气系统（2）、排放管道（5）、石墨粉尘沉积壁面（6）、声速喷嘴（8）和真空罐（9）组成，高压储气系统（2）提供排放过程中需要的气源，其连接排放管道（5），排放管道（5）连接声速喷嘴（8），声速喷嘴（8）连接真空罐（9），石墨粉尘沉积壁面（6）设置于排放管道（5）中，该壁面上预先沉积有石墨粉尘。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：石墨粉尘沉积壁面（6）水平安置于排放管道（5）中间位置。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：排放管道（5）的内壁面上刻有可以安置石墨粉尘沉积壁面（6）的槽道，使石墨粉尘沉积壁面（6）活动安置于排放管道（5）中，气体排放前后可以将沉积有石墨粉尘的石墨粉尘沉积壁面（6）从排放管道（5）中抽出。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：排放管道两端采用法兰连接，排放管道的进出口分别布置一个压力表，用于记录排放过程中排放管道前后的压差变化情况。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：高压储气系统（2）和排放管道（5）之间的连接管道上安装有流量计（4），流量计（4）记录排放过程中气流的流量，包括瞬时流量和累积流量。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：流量计（4）和高压储气系统（2）之间还设置有电磁阀（3），通过电磁阀（3）控制排放过程的启停。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：排放管道（5）和声速喷嘴（8）之间设置有截止阀（7），排放结束后，关闭截止阀（7），可以封闭真空罐（9）。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：高压储气系统（2）连接1个或多个高压气瓶（1），由高压气瓶（1）注气补充气体，高压储气系统（2）上安置有压力表和温度计，用于记录排放过程中压力、温度的变化。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：由真空罐（9）连接有真空泵（10），通过真空泵（10）对真空罐（9）进行抽气，可以使真空罐（9）内达到设计的真空压，从而使声速喷嘴（8）前后的压差能满足声速喷射需要的压力比。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：声速喷嘴（8）在高压储气系统（2）和真空罐（9）的压差下可以使气流形成声速排放。

11.一种使用权利要求10所述的装置来检测高温堆发生破口事故时壁面沉积石墨粉尘的重悬浮的方法，所述方法主要包括如下步骤：

1）测量前，采用精密天平称取石墨粉尘沉积壁面（6）的初始质量m₁；记录高压储气系统中的初始压力p₁和初始温度T₁；

2）将石墨粉尘沉积壁面（6）安置于排放管道（5）中；

3）将真空罐（9）中压气抽至设计的真空度；

4）打开截止阀（7）；

5）打开电磁阀（3），高压储气系统（2）中的高压气体将流经电磁阀（3）、流量计（4）、排放管道（5）、截止阀（7）和声速喷嘴（8），以声速排入真空罐（9）中；

6）排放过程中流量计采集排放过程中气流的流量值，包括瞬态流量m₂(t)和累积流量m₃;

7）排放过程中高压储气系统的压力表和温度计记录高压储气系统中压力、温度的变化规律p(t),T(t);

8）记录排放过程中排放管道进出口的压力变化情况p₃(t),p₄(t);

9）排放结束后，关闭电磁阀（3）和截止阀（7）；

10）取下排放管道（5）中的石墨粉尘沉积壁面（6），采用精密天平称取排放结束后的质量m₄，记录排放结束后高压储气系统中的气体压力p₂和初始温度T₂；

11）由记录的石墨粉尘沉积壁面排放前后的质量，可以得到发生重悬浮的石墨粉尘质量为：

m_石墨粉尘=m₁-m₄

12）由流量计采集的数据可以获得排放气体的瞬态流量m₂(t)和累积流量m₃；

13）由排放管道进出口的压力表记录的压力值p₃(t)、p₄(t)以及流量计记录的气体流量值m₂(t)，并结合其他测量参数，可以计算得到排放过程中排放管道中的摩擦速度和石墨粉尘重悬浮的规律；

14）改变排放初始的压力和排放结束的压力，测量在不同排放压力下石墨粉尘的重悬浮规律；

15）通过整理获得排放过程中石墨粉尘的重悬浮规律，可以预测高温堆在发生破口事故时，各沉积有石墨粉尘的管道中发生重悬浮的石墨粉尘量。

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