CN103474110A - 高温高压核反应堆试验回路装置 - Google Patents

高温高压核反应堆试验回路装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温高压核反应堆试验回路装置，包括整体结构为闭式循环管路的主回路、市水回路、稳压回路、供压回路、供水回路、溢流回路以及容控箱，所述市水回路与容控箱相连接，所述容控箱分别通过稳压回路、供压回路、供水回路和溢流回路与主回路相连接。本发明对试验泵提供一个真实的高温高压回路环境，对试验泵外特性及内部复杂的流场和流动特性、各种流动结构及其发生机理进行研究和预测，解决了现在核工程中高温高压环境下试验泵运行特性及其安全性等问题，弥补了数值计算方法的不足。同时有助于CFD技术的发展，为研究高温高压环境下试验泵稳定性、安全性。

Description

高温高压核反应堆试验回路装置
技术领域
本发明涉及核反应堆热工水力技术领域，具体是一种高温高压核反应堆试验回路装置。
背景技术
高温高压管道在工业系统中常常存在于核心部位。例如核电站中的反应堆一回路；反应堆一回路系统又称为主冷却剂系统，它主要包括反应堆压力容器、蒸汽发生器、核主泵和稳压器。反应堆压力容器内部放置着堆芯燃料，在反应堆运行过程中裂变产生热量；堆芯产生的热量由核主泵驱动一回路中的冷却剂带出堆芯；一回路中的冷却剂水在堆芯进口的温度约为290℃，在堆芯出口的温度约为350℃，一回路内的压力为17MPa，在这样的高温高压条件下，冷却水会处于欠热状态；冷却水流经蒸汽发生器将一回路水的热能传送给二回路，然后把二回路给水转化为蒸汽，以推动涡轮发电机。其中，一回路管路中连接着稳压器，其主要作用时维持一回路冷却水的压力，防止超压。
实验对于核反应堆工程的发展一直都起着至关重要的作用，所有新的物理现象、绝大多数流体动力学理论及其数学模型都是首先通过实验测量而获得的。例如，高雷诺数惯性湍流流态的判定、极低雷诺数弹性湍流现象的发现、边界层理论的建立、边界层动量积分方程的推导无不是在实验的基础上来完成的。计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)技术的发展同样离不开实验的支持。雷诺平均方法(Reynolds Averaged Method，简称RANS)中所用的各种湍流模型都是基于流动某一方面特性而建立起来的。对于核反应堆工程的设计和研究中所用的CFD技术等，同样在工程应用之前必须先通过试验数据的验证。
目前，对反应堆一回路工况的模拟主要分为两大类：一种为软件数值模拟，如MELCORE、RELAPSE、FLOWMASTER、CFD等等，通过物理公式编程程序对反应堆一回路的热工水力特性、安全性等进行模拟；另一种为试验模拟，主要通过制造局部的高温高压辐照环境，对反应堆内的材料样片进行实验，分析材料在一回路中的腐蚀、开裂和老化等特性。上述两种情况均无法提供模拟高温高压工况下反应堆一回路系统管路特性。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种高温高压核反应堆试验回路装置。该装置对模拟核反应堆一回路高温高压工况下的工作特征更为精确、高效、可靠。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种高温高压核反应堆试验回路装置，包括整体结构为闭式循环管路的主回路、市水回路、稳压回路、供压回路、供水回路、溢流回路以及容控箱，所述市水回路与容控箱相连接，所述容控箱分别通过稳压回路、供压回路、供水回路和溢流回路与主回路相连接；其中：
-主回路，为高温高压试验回路，用于提供一个高温高压试验回路工况；
-市水回路，通过容控箱向主回路供水；
-稳压回路，用于维持主回路中的压力；
-供压回路，用于向主回路供压和泄压；
-供水回路，用于向主回路供水。
优选地，所述主回路包括：主回路管路以及设置于主回路管路上的调节阀、涡街流量计、第一高位排气装置、试验泵以及电加热器；所述试验泵上连接有测功电机以及压力变动器。
优选地，所述主回路还包括如下任一个或任多个部件：
-第一截止阀，设置于高位排气装置与主回路管路之间；
-若干第一温度计，设置于主回路管路上；
-若干第一压力计，设置于主回路管路上；
-若干第二截止阀，设置于任一个第一压力计与主回路管路之间。
优选地，所述主回路上还连接有主回路支路，所述主回路支路上连接有由减缩管和渐扩管连接形成的小管路；主回路的运行温度为350℃；主回路的运行压力为15.5MPa；主回路支路和小管路内的流量总和与主回路内的流量总和相等。
优选地，所述市水回路包括连接于市水与容控箱之间的市水回路管路，所述市水与容控箱之间的市水回路管路上依次设有第一电磁阀和第三截止阀。
优选地，所述供压回路包括：供压回路管路以及设置于供压回路管路上的供压泵。
优选地，所述供压回路管路上还设置有如下任一个或任多个部件：
-若干第四截止阀；
-第二压力计。
优选地，所述供水回路包括：供水回路管路以及依次设置于容控箱和主回路之间的供水回路管路上的过滤器、给水泵和止回阀。
优选地，所述供水回路管路上还设置有如下任一个或任多个部件：
-流量计；
-第二温度计；
-若干第五截止阀。
优选地，所述稳压回路包括：稳压器、气瓶组以及连接在主回路、稳压器、容控箱以及气瓶组之间的稳压回路管路；其中：气瓶组与稳压器相连接，并向稳压器提供气空间压力，所述气瓶组与稳压器之间设有电动控制阀；所述稳压器分别与主回路和容控箱相连接；所述稳压器上设置有第一安全阀和第二电磁阀。
优选地，所述容控箱上设有如下任一个或任多个部件：
-磁翻板液位计，用于容控箱内液位测量；
-呼吸阀，用于加水过程中容控箱上部气体的水力排放；
-温度计。
优选地，所述溢流回路包括溢流回路管路以及分别设置于溢流回路管路上的第二安全阀和第二高位排气装置。
优选地，所述第二安全阀和第二高位排气装置设置于溢流回路管路上靠近主回路处。
优选地，所述主回路外部包裹有石棉层。
本发明提供的高温高压核反应堆试验回路装置，按照高温高压要求进行搭建，承压和承温均符合高温高压要求。本发明提供了一个真实的高温高压回路环境，对试验泵外特性及内部复杂的流场和流动特性、各种流动结构及其发生机理进行研究和预测，解决了现在核工程中高温高压环境下试验泵运行特性及其安全性等问题，弥补了数值计算方法的不足。同时有助于CFD技术的发展，成为研究高温高压环境下试验泵稳定性、安全性及可靠性的高效、可靠的工具。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1本发明的整体结构示意图；
图2为稳压器及其周边回路放大图；
图中：1为主回路，2为市水回路，3为稳压回路，4为供压回路，5为供水回路，6为溢流回路，7为容控箱，8为稳压器，9为气瓶组，10为第一高位排气装置，11为第二高位排气装置，12为调节阀，13为涡街流量计，14为电加热器，15为试验泵，16为测功电机，17为安全阀，18为呼吸阀。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提供了一种高温高压核反应堆试验回路装置，包括整体结构为闭式循环管路的主回路、市水回路、稳压回路、供压回路、供水回路、溢流回路以及容控箱，所述市水回路与容控箱相连接，所述容控箱分别通过稳压回路、供压回路、供水回路和溢流回路与主回路相连接；其中：
-主回路，为高温高压试验回路，用于提供一个高温高压试验回路工况；
-市水回路，通过容控箱向主回路供水；
-稳压回路，用于维持主回路中的压力；
-供压回路，用于向主回路供压和泄压；
-供水回路，用于向主回路供水。
进一步地，所述主回路包括：主回路管路以及设置于主回路管路上的调节阀、涡街流量计、第一高位排气装置、试验泵以及电加热器；所述试验泵上连接有测功电机以及压力变动器。
进一步地，所述主回路还包括如下任一个或任多个部件：
-第一截止阀，设置于高位排气装置与主回路管路之间；
-若干第一温度计，设置于主回路管路上；
-若干第一压力计，设置于主回路管路上；
-若干第二截止阀，设置于任一个第一压力计与主回路管路之间。
进一步地，所述主回路上还连接有主回路支路，所述主回路支路上连接有由减缩管和渐扩管连接形成的小管路；主回路的运行温度为350℃；主回路的运行压力为15.5MPa；主回路支路和小管路内的流量总和与主回路内的流量总和相等。
进一步地，所述市水回路包括连接于市水与容控箱之间的市水回路管路，所述市水与容控箱之间的市水回路管路上依次设有第一电磁阀和第三截止阀。
进一步地，所述供压回路包括：供压回路管路以及设置于供压回路管路上的供压泵。
进一步地，所述供压回路管路上还设置有如下任一个或任多个部件：
-若干第四截止阀；
-第二压力计。
进一步地，所述供水回路包括：供水回路管路以及依次设置于容控箱和主回路之间的供水回路管路上的过滤器、给水泵和止回阀。
进一步地，所述供水回路管路上还设置有如下任一个或任多个部件：
-流量计；
-第二温度计；
-若干第五截止阀。
进一步地，所述稳压回路包括：稳压器、气瓶组以及连接在主回路、稳压器、容控箱以及气瓶组之间的稳压回路管路；其中：气瓶组与稳压器相连接，并向稳压器提供气空间压力，所述气瓶组与稳压器之间设有电动控制阀；所述稳压器分别与主回路和容控箱相连接；所述稳压器上设置有第一安全阀和第二电磁阀。
进一步地，所述容控箱上设有如下任一个或任多个部件：
-磁翻板液位计，用于容控箱内液位测量；
-呼吸阀，用于加水过程中容控箱上部气体的水力排放；
-温度计。
进一步地，所述溢流回路包括溢流回路管路以及分别设置于溢流回路管路上的第二安全阀和第二高位排气装置。
进一步地，所述第二安全阀和第二高位排气装置设置于溢流回路管路上靠近主回路处。
进一步地，所述主回路外部包裹有石棉层。
具体为：
本实施例提供的高温高压核反应堆试验回路装置，其整体结构为闭式循环管路，包括容控箱、稳压器、供压泵、给水泵、试验泵、测功电机、电加热器、涡街流量计、调节阀Va17、截止阀Va18、气瓶组、电磁阀、呼吸阀、磁翻板液位计、止回阀、截止阀、安全阀、压力计、温度计等组成。上述设备按照图1所示分别安装在不同的回路中。
试验泵、涡街流量计、调节阀Va17、温度计依次连通，并且还配置容控箱、给水泵、供压泵、稳压器、气瓶组通过管道连接在主回路上，在试验泵进出口处都安装有压力变动器对试验泵进出口压力进行测量，并且在电加热器前后端都安装有温度计进行回路温度的测量。
所述主回路上还可以连接有主回路支路，所述主回路支路上连接有由减缩管和渐扩管连接形成的小管路。
所述主回路支路和小管路的流量总和与主回路的流量总和相等。
小管路方便进行实验准备。
本实施例中，调节阀Va17采用电动控制。
本实施例可安装不同类型的泵，并对其进行研究，并且可对制造成透明的水泵进行研究。当进行水泵工况试验时，流动方向为正向。本实施例包括主回路及五个子回路，五个子回路分别为市水回路、稳压回路、供压回路、供水回路、溢流回路。主回路为高温高压试验回路，运行温度为350℃、运行压力为15.5MPa，回路中的水通过电动控制阀驱动，其重要作用是为试验泵提供一个高温高压试验回路工况；主回路中的流量由涡街流量计测量，由电动控制阀进行流量的调节，并且在高位管段有第一高位排气装置对主回路中的气体进行排放。供压回路主要有一台柱塞泵供主回路增压，供压泵后面有一条连接容控箱和安全阀的管路，当供压过程中主回路超压时，安全阀打开对主回路泄压。给水回路中主要有一条给水泵，止回阀，过滤器。容控箱中的水先经过过滤器进行净化，然后通过给水泵打入主回路。给水泵后面的止回阀是为了防止给水倒流对给水泵造成损害。稳压回路连接主回路、稳压器、容控箱和气瓶组。稳压器的气空间压力通过气瓶组供给，气瓶组与稳压器之间安装有调节阀，通过调节阀调节稳压器内的压力；稳压器和主回路相连接以维持主回路中的压力，稳压器和容控箱相连接维持稳压器有一定的气空间；并且在稳压器上方安装有安全阀，当主回路超压时，安全阀自动开打向大气排放高温高压蒸汽泄压。溢流回路主要有一个安全阀连接容控箱和主回路，当主回路超压时，安全阀打开，主回路中的水溢流进入容控箱对主回路进行泄流泄压，为主回路的安全性提供保障。市水回路主要作用就是连接市水给容控箱加水；在容控箱上安装有磁翻板液位计对容控箱中的液位进行测量；在容控箱上部安装有呼吸阀，其主要作用是在市水给容控箱加水过程中，容控箱上部气体的水力排放，市水与容控箱相连接的管道上安装有电磁阀，其主要作用为当容控箱液位高时，对市水进行切断，对容控箱进行液位高保护。
本实施例的运行过程为：
首先由市水回路向容控箱注水，观察容控箱液位计，待容控箱注满三分之二水后停止注水；然后同时打开给水泵和第一高位排气装置，由给水泵向主回路中注水，并且由第一高位排气装置排空主回路中气体，待主回路中水注满后关闭给水泵和第一高位排气装置处阀门；然后由打开供压泵给主回路供压，并且同时打开电加热器对主回路进行加热，同时打开稳压器调节主回路压力，观察温度计监视主回路温度，观察压力计监视主回路压力。待主回路压力和温度升到指定的数值后，关闭供压泵和电加热器。打开试验泵进行实验，测功电机可以对试验泵的转速和功率进行测量，涡街流量计可以对主回路中的流量进行测量，通过电动控制阀对主回路中的流量进行调节，从而使泵在预期的工况下运行。
在运行过程中，主回路外部包裹有石棉层对主回路进行保温，并且可以有效的减少加热过程中所需的时间。
与主回路相接连的阀门等装置都按照高温高压标准配置，确保回路在高温高压运行过程中的安全性和可靠性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种高温高压核反应堆试验回路装置，其特征在于，包括整体结构为闭式循环管路的主回路、市水回路、稳压回路、供压回路、供水回路、溢流回路以及容控箱，所述市水回路与容控箱相连接，所述容控箱分别通过稳压回路、供压回路、供水回路和溢流回路与主回路相连接；其中：
-主回路，为高温高压试验回路，用于提供一个高温高压试验回路工况；
-市水回路，通过容控箱向主回路供水；
-稳压回路，用于维持主回路中的压力；
-供压回路，用于向主回路供压和泄压；
-供水回路，用于向主回路供水。
2.根据权利要求1所述的高温高压核反应堆试验回路装置，其特征在于，所述主回路包括：主回路管路以及设置于主回路管路上的调节阀、涡街流量计、第一高位排气装置、试验泵以及电加热器；所述试验泵上连接有测功电机以及压力变动器；
所述主回路还包括如下任一个或任多个部件：
-第一截止阀，设置于高位排气装置与主回路管路之间；
-若干第一温度计，设置于主回路管路上；
-若干第一压力计，设置于主回路管路上；
-若干第二截止阀，设置于任一个第一压力计与主回路管路之间。
3.根据权利要求2所述的高温高压核反应堆试验回路装置，其特征在于，所述主回路上还连接有主回路支路，所述主回路支路上连接有由减缩管和渐扩管连接形成的小管路；主回路的运行温度为350℃；主回路的运行压力为15.5MPa；主回路支路和小管路内的流量总和与主回路内的流量总和相等。
4.根据权利要求1所述的高温高压核反应堆试验回路装置，其特征在于，所述市水回路包括连接于市水与容控箱之间的市水回路管路，所述市水与容控箱之间的市水回路管路上依次设有第一电磁阀和第三截止阀。
5.根据权利要求1所述的高温高压核反应堆试验回路装置，其特征在于，所述供压回路包括：供压回路管路以及设置于供压回路管路上的供压泵；
所述供压回路管路上还设置有如下任一个或任多个部件：
-若干第四截止阀；
-第二压力计。
6.根据权利要求1所述的高温高压核反应堆试验回路装置，其特征在于，所述供水回路包括：供水回路管路以及依次设置于容控箱和主回路之间的供水回路管路上的过滤器、给水泵和止回阀；
所述供水回路管路上还设置有如下任一个或任多个部件：
-流量计；
-第二温度计；
-若干第五截止阀。
7.根据权利要求1所述的高温高压核反应堆试验回路装置，其特征在于，所述稳压回路包括：稳压器、气瓶组以及连接在主回路、稳压器、容控箱以及气瓶组之间的稳压回路管路；其中：气瓶组与稳压器相连接，并向稳压器提供气空间压力，所述气瓶组与稳压器之间设有电动控制阀；所述稳压器分别与主回路和容控箱相连接；所述稳压器上设置有第一安全阀和第二电磁阀。
8.根据权利要求1所述的高温高压核反应堆试验回路装置，其特征在于，所述容控箱上设有如下任一个或任多个部件：
-磁翻板液位计，用于容控箱内液位测量；
-呼吸阀，用于加水过程中容控箱上部气体的水力排放；
-温度计。
9.根据权利要求1所述的高温高压核反应堆试验回路装置，其特征在于，所述溢流回路包括溢流回路管路以及分别设置于溢流回路管路上的第二安全阀和第二高位排气装置；
所述第二安全阀和第二高位排气装置设置于溢流回路管路上靠近主回路处。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的高温高压核反应堆试验回路装置，其特征在于，所述主回路外部包裹有石棉层。
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