CN103810930A - 二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置 - Google Patents

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谢锋
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Abstract

本发明公开了二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，包括蒸汽发生器、冷却器及补水箱，其中，蒸汽发生器的蒸汽出口和冷却器的蒸汽入口通过蒸汽管道接通，蒸汽发生器的给水入口连接有进水管道，冷却器的凝水出口连接有凝水管道，补水箱连接有补水管道，凝水管道和补水管道均与进水管道接通。蒸汽管道、凝水管道、补水管道及进水管道四者上均设置有流量计，蒸汽管道、补水管道及进水管道三者上均设置有节流件，凝水管道、补水管道及进水管道三者上均设置有手动调节阀，凝水管道和进水管道两者上均设置有开关阀。本发明应用时调节内部循环阻力和测量流量，进而便于对二次侧非能动余热排出系统的运行特性和可靠性进行实验验证。

Description

二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置
技术领域
本发明涉及ACP1000热工水力试验模拟装置，具体是ACP1000二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置。
背景技术
ACP1000三代反应堆是在具有长期运行经验的二代加反应堆基础上，为满足三代反应堆技术要求而创造性地增设了二次侧非能动余热排出系统。ACP1000三代反应堆审评要求对新增最主要内容之一——二次侧非能动余热排出系统的运行特性和可靠性进行实验验证。
目前有关非能动余热排出系统的模拟，实验装置建设主要采用了两种方法：一种是以热交换器单相效应实验为基础，将非能动余热排出系统集合在以非能动安全系统为模拟对象的降高综合实验装置中，以美国的APEX装置和韩国的ALTAS实验装置为典型代表。该方法有效地降低了装置的高度和对非能动系统阻力系数的模拟。但是，该方法实践起来非常困难和复杂，如果没有足够的规模论证时间，将为项目的成功实施带来巨大的风险。
另一种是采用等高、等压模拟方法，如韩国的VISTA装置。VISTA装置主要模拟了反应堆冷却剂系统、二回路系统以及非能动余热排出系统。该方法优点是在没有针对非能动余热排出系统换热器单相实验的条件下可以直接开展系统验证实验。
与其他反应堆不同，ACP1000二代加反应堆具有较长的运行经验，其大部分系统的可靠性和安全性在前期的研发阶段及后期实际运行中已得以证实，因此，如何合理地省略掉对反应堆一回路系统的模拟，设计出仅对二次侧非能动余热排出系统的运行特性和可靠性进行实验验证的装置，这成为目前人们普遍关注的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，其能够实现对原型二次侧非能动余热排出系统的功能和热工水力特性进行合理模拟，便于调节内部循环阻力和测量流量，进而便于对二次侧非能动余热排出系统的运行特性和可靠性进行实验验证。
本发明的目的主要通过以下技术方案实现：二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，包括蒸汽发生器、冷却器及补水箱，所述蒸汽发生器包括给水入口和蒸汽出口，冷却器包括蒸汽入口和凝水出口，蒸汽发生器的蒸汽出口和冷却器的蒸汽入口通过蒸汽管道接通，蒸汽发生器的给水入口连接有进水管道，冷却器的凝水出口连接有凝水管道，补水箱连接有补水管道，凝水管道和补水管道均与进水管道接通；所述蒸汽管道、凝水管道、补水管道及进水管道四者上均设置有流量计，蒸汽管道、补水管道及进水管道三者上均设置有节流件，凝水管道、补水管道及进水管道三者上均设置有手动调节阀，凝水管道和进水管道两者上均设置有开关阀。本发明采用了等高等压模拟的思路，合理地省略了对反应堆一回路系统的模拟，仅对蒸汽发生器二次侧及二次侧非能动系统的设备和系统参数进行了模拟。其中，补水箱内装满水，在凝水供水不足时由补水箱对蒸汽发生器进行补水，蒸汽管道上的流量计用于进行蒸汽流量的测量，凝水管道上的流量计进行冷凝水流量的测量，补水管道上设置的流量计进行补水流量的测量，蒸汽发生器进口管道上的流量计用于对进入蒸汽发生器内的介质流量进行测量。凝水管道手动调节阀和开关阀配合使用可以实现二次侧非能动系统的启闭，补水箱管路的开关阀和手动调节阀的配合可以控制补水箱管路投入与否。
进一步的，所述蒸汽管道上的流量计采用体积流量计，凝水管道、补水管道及进水管道三者上的流量计均采用文丘里流量计。
为满足蒸汽发生器不同工况下宽范围流量的测量，进一步的，所述文丘里流量计为宽量程流量计，其最高量程比为40：1。其中，40：1指该文丘里流量计的所能够测量的最大流量与最小流量的比值。
进一步的，所述节流件包括多块节流孔板。其中，节流孔板是根据实际阻力匹配需要所设计的流量孔板，节流件阻力系数的合理设计可以实现相应管段阻力及系统总阻力对原型相应部分阻力及总阻力的模拟。
进一步的，所述节流孔板的数量为4～8块。
进一步的，所述蒸汽发生器连接有蒸汽排放管道，所述蒸汽排放管道上设置有气动调节阀和气动截止阀。其中，蒸汽排放管道上的气动调节阀和气动截止阀用于实现蒸汽发生器初始压力的建立。
进一步的，所述蒸汽发生器与原型蒸汽发生器相比满足功率容积比准则，比例为1/80；所述冷却器的换热面积实现对原型30%～170%的比例模拟。
进一步的，所述冷却器包括入口联箱、出口联箱及多根接通入口联箱和出口联箱的传热管束，冷却器的蒸汽入口设置在入口联箱上，冷却器的凝水出口设置在出口联箱上。
进一步的，二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，还包括余热排出水池，所述余热排出水池用于模拟原型应急余热排出水池，满足等高设计原则，截面积满足1/80模拟比例，容积满足1/80模拟比例；所述传热管束穿过余热排出水池。本发明不是对原装置设计简单的缩小和重复，如果只是简单的缩小和重复，这样的设计是失败的，不能完成相应的科研任务。本发明通过对原型二次侧非能动承担任务和事故序列的分析，对原型设备和功能的分析基础上，通过设计和优化，在合理选择的自然循环模拟准则（包括功率-容积比准则、动力学模拟准则等）的指导下，开展并完成了本发明的设计，通过对蒸汽发生器、冷却器及余热排出水池模拟结构的限定，使得本发明能够对原型的设备、系统功能及主要热工水力现象的模拟，同时还能开展相关的试验研究。
进一步的，所述余热排出水池上设有可视窗。本发明应用时可通过可视窗观察不同实验工况下余热排出水池内是否发生沸腾和具体的沸腾形式。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明通过蒸汽管道、凝水管道、补水管道及进水管道四者上的流量计能够实现流量的准确测量，并可通过蒸汽管道、补水管道及进水管道三者上的节流件对内部循环阻力进行调节，调节内部循环阻力和测量流量便捷，进而能够实现对原型二次侧非能动余热排出系统的功能和热工水力特性进行合理模拟。
（2）本发明的余热排出水池上设置有可视窗，便于对实验过程中余热排出水池内介质流动状态进行实时监控和观察。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的结构示意图；
图2为本发明一个具体实施例中可视窗与余热排出水池的连接结构示意图。
附图中附图标记所对应的名称为：1、蒸汽发生器，2、U型加热元件，3、汽水分离器，4、蒸汽管道体积流量计，5、蒸汽管道节流件，6、冷却器，7、凝水管道流量计，8、凝水管道手动调节阀，9、凝水管道开关阀，10、进水管道节流件，11、进水管道手动调节阀，12、进水管道流量计，13、第一补水箱，14、第二补水箱，15、补水管道节流件，16、补水管道开关阀，17、补水管道手动调节阀，18、补水管道流量计，19、气动调节阀，20、气动截止阀，21、余热排出水池，23、可视窗筒体，24、下窗体，25、上窗体，26、螺栓螺母紧固组件，27、O型密封圈，28、石英玻璃板。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，包括蒸汽发生器1、冷却器6及补水箱，其中，蒸汽发生器1用于模拟原型蒸汽发生器功能，与原型相比满足功率容积比准则，比例为1/80，冷却器6的换热面积实现对原型30%～170%的比例模拟。蒸汽发生器1包括蒸汽发生器筒体、U型换热元件2、汽水分离器3及蒸汽发生器下降通道的模拟结构，蒸汽发生器筒体内设有给水室及接通给水室的给水入口，蒸汽发生器筒体上还设有蒸汽出口。冷却器6包括蒸汽入口和凝水出口，蒸汽发生器1的蒸汽出口和冷却器6的蒸汽入口通过蒸汽管道接通。介质在蒸汽发生器内的流程为给水由给水入口进入蒸汽发生器给水室，与汽水分离器3分离出的水混合后，进入下降管。经U型换热元件2加热后介质转化为汽水混合物，经汽水分离器3分离出的蒸汽由蒸汽出口流出进入蒸汽管道，由汽水分离器3分离出的水又进入给水室与给水入口输入的介质混合后进入下一个循环。
本实施例中从蒸汽发生器1的蒸汽出口至冷却器6的蒸汽入口的蒸汽管道上依次设置有蒸汽管道体积流量计4和蒸汽管道节流件5。蒸汽发生器1的给水入口连接有进水管道，冷却器6的凝水出口连接有凝水管道，补水箱连接有接通其内部的补水管道，凝水管道相对连接凝水出口端的另一端和补水管道相对连接补水箱端的另一端均与进水管道相对连接给水入口端的另一端连接，进而使凝水管道和补水管道两者均与进水管道接通。本实施例的进水管道连接给水入口的一端至其另一端的管路上依次设置有进水管道流量计12、进水管道手动调节阀11及进水管道节流件10，补水管道连接补水箱的一端至其另一端的管路上依次设置有补水管道节流件15、补水管道开关阀16、补水管道手动调节阀17及补水管道流量计18，凝水管道与凝水出口连接端至其另一端的管路上依次设置有凝水管道流量计7、凝水管道手动调节阀8及凝水管道开关阀9。本实施例中凝水管道流量计7、补水管道流量计18及进水管道流量计12采用文丘里流量计，其中，文丘里流量计为宽量程流量计，其最高量程比为40：1。本实施例中的蒸汽管道节流件5、补水管道节流件15及进水管道节流件12均包括多块节流孔板，本实施例中节流孔板的数量优选为4～8块。
本实施例的补水箱的数量为两个，分别为第一补水箱13和第二补水箱14，补水管道与第一补水箱13和第二补水箱14连接。为了避免蒸汽管道因蒸汽水造成的拥堵，第一补水箱13和第二补水箱14均与蒸汽管道体积流量计4与蒸汽管道节流件5之间的蒸汽管道接通。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上做出了如下进一步限定：为了避免蒸汽发生器1内压力超限而损坏，本实施列的蒸汽发生器1还设有蒸汽排放口，蒸汽排放口连接有蒸汽排放管道，蒸汽排放管道上设置有气动调节阀19和气动截止阀20。
实施例3
本实施例在实施例1或实施例2的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的冷却器6包括入口联箱、出口联箱及多根接通入口联箱和出口联箱的传热管束，其中，冷却器6的蒸汽入口设置在入口联箱上，冷却器6的凝水出口设置在出口联箱上。本实施例中传热管束的数量为14根。
实施例4
本实施例在实施例3的基础上做出了如下进一步限定：本实施例还包括余热排出水池21，其中，冷却器6的传热管束穿过余热排出水池21，余热排出水池21用于模拟原型应急余热排出水池，满足等高设计原则，截面积满足1/80模拟比例，容积满足1/80模拟比例。本实施例由余热排出水池21内的水对传热管束进行冷却，能提高冷却效率。
实施例5
本实施例在实施例4的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的余热排出水池21上设有可视窗。其中，可视窗包括可视窗筒体23、下窗体24、上窗体25及石英玻璃板28，余热排出水池21顶部构成有与可视窗筒体23口径大小匹配的开口，可视窗筒体23对应设于余热排出水池21的开口处，下窗体24构成圆筒状且其下端内壁与可视窗筒体23上端外侧壁固定连接，上窗体25构成圆环状且设于下窗体24正上方，石英玻璃板28构成圆形状，其周边均设于下窗体24和上窗体25之间，石英玻璃板28封闭下窗体24的上端开口，为了保证密封性能，石英玻璃板28与下窗体24之间设置有O型密封圈27。如此，本实施例应用时可通过可视窗对余热排出水池21内介质流动状态进行实时监控和观察。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。 

Claims (10)

1.二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，其特征在于：包括蒸汽发生器（1）、冷却器（6）及补水箱，所述蒸汽发生器（1）包括给水入口和蒸汽出口，冷却器（6）包括蒸汽入口和凝水出口，蒸汽发生器（1）的蒸汽出口和冷却器（6）的蒸汽入口通过蒸汽管道接通，蒸汽发生器（1）的给水入口连接有进水管道，冷却器（6）的凝水出口连接有凝水管道，补水箱连接有补水管道，凝水管道和补水管道均与进水管道接通；所述蒸汽管道、凝水管道、补水管道及进水管道四者上均设置有流量计，蒸汽管道、补水管道及进水管道三者上均设置有节流件，凝水管道、补水管道及进水管道三者上均设置有手动调节阀，凝水管道和进水管道两者上均设置有开关阀。
2.根据权利要求1所述的二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，其特征在于：所述蒸汽管道上的流量计采用体积流量计，凝水管道、补水管道及进水管道三者上的流量计均采用文丘里流量计。
3.根据权利要求2所述的二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，其特征在于：所述文丘里流量计为宽量程流量计，其最高量程比为40：1。
4.根据权利要求1所述的二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，其特征在于：所述节流件包括多块节流孔板。
5.根据权利要求4所述的二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，其特征在于：所述节流孔板的数量为4～8块。
6.根据权利要求1所述的二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，其特征在于：所述蒸汽发生器（1）连接有蒸汽排放管道，所述蒸汽排放管道上设置有气动调节阀（19）和气动截止阀（20）。
7.根据权利要求1所述的二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，其特征在于：所述蒸汽发生器（1）与原型蒸汽发生器相比满足功率容积比准则，比例为1/80；所述冷却器（6）的换热面积实现对原型30%～170%的比例模拟。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，其特征在于：所述冷却器（6）包括入口联箱、出口联箱及多根接通入口联箱和出口联箱的传热管束，冷却器（6）的蒸汽入口设置在入口联箱上，冷却器（6）的凝水出口设置在出口联箱上。
9.根据权利要求8所述的二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，其特征在于：还包括余热排出水池（21），所述余热排出水池（21）用于模拟原型应急余热排出水池，满足等高设计原则，截面积满足1/80模拟比例，容积满足1/80模拟比例；所述传热管束穿过余热排出水池（21）。
10.根据权利要求9所述的二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置，其特征在于：所述余热排出水池（21）上设有可视窗。
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