CN103822800B - 一种高温高压缝隙杂质实时取样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温高压缝隙杂质实时取样装置，其包括：一取样单元，其还包括一高压釜单元和一冷却单元；所述冷却单元的一端与所述高压釜单元的一端相连通，另一端与所述取样单元的一端相连通;所述高压釜单元包括一缝隙区杂质离子存储子单元、一第一缝隙取样部件和一第二缝隙取样部件，所述第一缝隙取样部件的一端与所述缝隙区杂质离子存储子单元相连接，另一端与所述第二缝隙取样部件的一端相连接；所述冷却单元包括一冷却子单元和一蛇形取样部件，所述蛇形取样部件用以收集高温高压所述管板与所述传热管缝隙区杂质。所述高温高压缝隙杂质实时取样装置具有在线实时取样、不破坏试验段、取样效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种杂质取样装置，尤其涉及一种高温高压缝隙杂质实时取样装置。
背景技术
现有技术中公开了多种杂质取样装置，其多为通过破坏性试验或者分段分析浓集杂质的浓度。
蒸汽发生器是压水堆核电站的关键设备之一，蒸汽发生器传热管是一回路压力边界的最为薄弱环节，蒸汽发生器传热管容易受设计、制造和运行等诸多因素的影响出现缺陷而品质下降，引起壁厚仅1mm左右的传热管变形、失效或者破裂，导致一回路放射性介质扩散到二回路冷却系统，造成反应堆一回路失水而被迫降低功率甚至停堆，最终导致放射性物质释放到环境中的严重事故；可见蒸汽发生器传热管的可靠性直接影响到反应堆运行的可靠性、安全性和经济性。
美国西屋公司（Westinghouse）对近几年核电站蒸汽发生器传热管破损的统计数据表明，70%以上的核电站蒸汽发生器传热管腐蚀损坏都是由于蒸汽发生器传热管与管板间缝隙区的杂质浓集引起的。在90年代时，蒸汽发生器湿态事故引起的电容量因子的损失约为5%，近年来，随着人们对蒸汽发生器安全性和可靠性的重视，以及在水化学控制方面水平的提高，由蒸汽发生器传热管的腐蚀和损伤原因造成压水堆核电站容量因子损失也由5%降低至2-3%;随着反应堆运行堆龄的增长，蒸汽发生器传热管与管板间缝隙腐蚀问题还将会越来越突出，甚至会造成核电站被迫强制性停堆或提前更换蒸汽发生器等严重事故；蒸汽发生器传热管的严重损坏还将可能导致更为严重的断管安全事故。
在压水堆核电站运行过程中，蒸汽发生器的腐蚀损伤主要包括：一次侧的U型管处的应力腐蚀和胀管处的应力腐蚀、二次侧的腐蚀产物堆积处的碱性应力腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、凹痕腐蚀、耗蚀、流质震动引起的应力腐蚀和腐蚀疲劳等，从1973年至2004年蒸汽发生器出现的主要腐蚀类型情况统计，从统计的结果可以看出：目前核电站蒸汽发生器的主要腐蚀问题是由于二次侧的缝隙部位的杂质浓集引起的。对于支撑板与传热管之间的缝隙腐蚀可以通过改变支撑板的结构来减少支撑板与管板处滞流区，减少淤渣堆积和缝隙腐蚀。对于传热管与管板间由于传热管端头的胀管引起的缝隙腐蚀还没有更好的方式来解决。
蒸汽发生器传热管外产生的蒸汽和水的混合物在传热管与管板的缝隙中就会出现沸腾和干涸交替现象，造成可溶性杂质在缝隙中成百万倍浓集，加速了缝隙处的传热管和管板的腐蚀；此外从二回路来的腐蚀产物由于滞流还会积聚在管板上，形成了泥渣堆，也加剧了管板与传热管结合端部区域缝隙的沸腾和干涸交替出现的现象和杂质的浓缩现象;传热管与管板间干湿交替的过程。因此可溶性杂质在核电站蒸汽发生器缝传热管与管支撑板和管板的缝隙中浓缩和沉积是困绕核电站蒸汽发生器安全运行和可靠性的突出问题。所以蒸汽发生器传热管检查被世界各国核电站列为在役检查的重点，也是核电站换料大修关键路径上最主要的工作之一;随着运行堆年的延长，传热管与管板部位的腐蚀产物堆积形成的积垢和硬物也会越来越多;因此在核电站利用换料大修期间常采用水力冲洗和化学清洗的方式清除管板区的积垢和硬物。但由于缝隙的尺寸非常小，采用水力冲洗和化学清洗的方式都无法将缝隙中浓集的杂质清洗出来。
如中国专利《高温高压反应釜的汽液取样装置》，专利号CN201220499640.8，本实用新型公开了一种高温高压反应釜的汽液取样装置，包括液相取样管、汽相取样管、设于冷却罐内的螺旋冷却管、高纯水罐和氮气瓶，所述液相取样管的一端延伸于高温高压反应釜内的底部，另一端与所述螺旋冷却管输入口连接，在所述液相取样管上设有第一针型取样阀；所述汽相取样管的一端设于高温高压反应釜内的顶部，另一端与所述螺旋冷却管输入口连接，在所述汽相取样管上沿螺旋冷却管的方向依次设有压力表、安全爆破阀和第二针型取样阀；所述高纯水罐与所述氧气瓶通过管道相连通，所述高纯水罐通过第一截止阀与所述螺旋冷却管输入口连接，所述氧气瓶通过第二截止阀与所述螺旋冷却管输入口连接，所述螺旋冷却管的输出口延伸于所述冷却罐外。
此实用新型的有益效果是：能根据实验人员需要，对运行中的高温高压反应釜进行实时汽液取样，不仅操作简单快捷，取样准确，而且还能消除样品之间的交叉污染；但是往往不具有不需要破坏缝隙实验段，能直接取出缝隙区有害杂质离子、能连续在线取出缝隙区杂质和溶液，取样效率高、能将高温高压液体经过取样装置后变为常温常压液体，人员操作十分安全、本发明装置使阀门能够长期在高温高压变常温常压环境下使用，不发生滴漏和泄露，本发明装置的密封性能好的优点。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温高压缝隙杂质实时取样装置，用以克服上述技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种高温高压缝隙杂质实时取样装置，其包括：一取样单元，其还包括：一高压釜单元和一冷却单元；
所述冷却单元的一端与所述高压釜单元的一端相连通，另一端与所述取样单元的一端相连通；
所述高压釜单元包括一缝隙区杂质离子存储子单元、一第一缝隙取样部件和一第二缝隙取样部件，所述第一缝隙取样部件的一端与所述缝隙区杂质离子存储子单元相连接，另一端与所述第二缝隙取样部件的一端相连接；
所述冷却单元包括一冷却子单元和一蛇形取样部件，所述冷却子单元用以降低所述杂质的温度和压强，所述蛇形取样部件用以收集所述杂质，所述冷却子单元的一端与所述第二缝隙取样部件的另一端相连通，另一端与所述取样单元的一端相连通。
较佳的，所述缝隙区杂质离子存储子单元包括一管板，所述管板外部的四个角设置为倒角，内部设置一圆形通孔，所述管板的端部设置两个管支撑板定位孔。
较佳的，所述缝隙区杂质离子存储子单元还包括一传热管，所述传热管与所述管板为过盈配合。
较佳的，所述冷却子单元为一冷却罐，所述冷却罐上设置一冷却进水口和一冷却出水口，用以降低所述杂质的温度和压强。
较佳的，所述蛇形取样部件一端通过一细管与所述第二缝隙取样部件的一端相连通，另一端通过所述细管与所述取样单元的一端相连通。
较佳的，所述蛇形取样部件为一蛇形取样管，所述蛇形取样管用以收集低温低压的所述管板与传热管缝隙区杂质，并分析其浓集因子。
较佳的，所述管板的外缘设置一缝隙取样孔，所述缝隙取样孔与细管相连通，用以收集所述管板与所述传热管缝隙区杂质，并分析其浓集因子。
较佳的，所述取样单元为一常温常压杂质取样瓶，其瓶颈端部与细管相连通，用以收集最终所述管板与所述传热管缝隙区杂质并分析其浓集因子。
较佳的，还包括一阀体，所述阀体包括一第一截止阀和一总截止阀，所述第一截止阀设置在连接所述高压釜单元和所述冷却单元的细管上，用以控制所述管板与所述传热管缝隙区杂质的流动；所述总截止阀设置在连接所述冷却单元和所述取样单元的细管上，用以控制最终所述管板与所述传热管缝隙区杂质的流动。
较佳的，所述浓集因子的计算公式为：F=40(c1-c2)/0.364，F为杂质浓集因子，c1为1#位取样瓶中的杂质离子浓度，c2为2#位高压釜中杂质离子浓度。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明中的所述高温高压缝隙杂质实时取样装置具有不需要破坏缝隙试验段，就能直接取出缝隙区有害杂质离子、并且能连续在线取出缝隙区杂质和溶液，取样效率高、能将高温高压的杂质和液体转变为常温常压的杂质和液体，人员操作十分安全、本发明装置阀门能够长期在高温高压变常温常压环境下使用，不发生滴漏和泄露，本装置的密封性能良好的优点；并且所述高温高压缝隙杂质实时取样装置具有结构简单，易于操作，取样方便，并可实时观察每个区段中杂质离子的浓集因子，这种实时观察可操作的优点。
附图说明
图1为本发明高温高压缝隙杂质实时取样装置的总体结构简图；
图2为本发明高温高压缝隙杂质实时取样装置的传热管与管板的立体结合图；
图3为本发明高温高压缝隙杂质实时取样装置的管板立体结构图；
图4为本发明高温高压缝隙杂质实时取样装置的缝隙取样口与回路中其它位置杂质离子浓度对比图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
请参阅图1所示，其为本发明高温高压缝隙杂质实时取样装置的总体结构简图，其包一高压釜单元99、一冷却单元98和一取样单元114；
所述高压釜单元99，其包括一缝隙区杂质离子存储子单元100、一第一缝隙取样部件和一第二缝隙取样部件，所述第一缝隙取样部件在本实施例中为一第一缝隙取样管107；所述缝隙区杂质离子存储子单元100包括：一管板102和一传热管101，所述管板102和所述传热管101位于所述高压釜单元99的内部，所述管板102与所述传热管101通过轴孔方式进行过盈配合，所述管板102和所述传热管101之间不发生相对转动，由于所述高压釜单元99接收外部的核聚变与裂变的反应，使其具有很高的温度和压力，故所述传热管101具有很高的温度，当所述传热管101外产生的蒸汽和水的混合物在所述传热管101与所述管板102的缝隙中就会出现沸腾和干涸交替现象，造成可溶性杂质在缝隙中成百万倍浓集，加速了缝隙处的所述传热管101和所述管板102的腐蚀；此外从二回路来的腐蚀产物由于滞流还会积聚在所述管板102上，形成了泥渣堆，也加剧了所述管板102与所述传热管101结合端部区域缝隙的沸腾和干涸交替出现的现象和杂质的浓缩现象；所述传热管101的一端设置在所述高压釜单元99的底端部位，另一端延伸出所述高压釜单元99的上端部位，所述传热管101和所述管板102相配合的接触处为所述缝隙区，用以存储所述缝隙区杂质；所述管板102的外缘设置一缝隙取样孔，所述缝隙取样孔与一细管的一端相连通，所述细管的另一端与所述第一缝隙取样管107的一端相连通，所述第一缝隙取样管107的另一端与所述第二缝隙取样部件相连通，所述第二缝隙取样部件在本实施例中为一第二缝隙取样管109，在所述第一缝隙取样管107和所述第二缝隙取样管109的细管连接中，设置一第一截止阀108，所述第一截止阀108用于控制所述细管内的所述高温高压所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质流速，并可以起到随时关闭所述第一截止阀108，以满足收取高温高压所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质离子的目的；所述第二缝隙取样管109的另一端通过细管与所述冷却单元98的一端相连通；
所述冷却单元98，包括：一冷却子单元，所述冷却子单元在本实施例中为一冷却罐112；所述冷却单元98还包括一蛇形取样部件，所述蛇形取样部件在本实施例中为一蛇形取样管113，所述蛇形取样管113的一端与细管相连通，另一端通过细管与所述取样单元114相连通，所述蛇形取样管113用于收集经过冷却后的常温常压所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质；所述冷却罐112上设置有一冷却进水口110和一冷却出水口111，所述冷却进水口110和所述冷却出水口111，用于当所述高温高压所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质从所述高压釜单元99通过细管流出并进入所述冷却单元98后，由于温度高、压力大，需要将所述高温高压所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质进行降温、降压；因而外部冷却水通过所述冷却罐112的所述冷却进水口110和所述冷却出水口111进行流动，从而实现对流入所述蛇形取样管113中的所述高温高压所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质进行降温、降压，达到将高温高压的环境转变为常温常压的环境的目的，所述冷却单元98的另一端通过细管与所述取样单元114相连通，在所述冷却单元98与所述取样单元114相连通的细管上设置一总截止阀115，所述总截止阀115用于控制所述高温高压缝隙杂质实时取样装置上最终所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质是否流入；
所述取样单元114为一常温常压杂质取样管，所述常温常压杂质取样管的瓶颈端部与细管相连通，用于接收最终所述管板102和所述传热管101缝隙区的杂质，从而便于准确分析其杂质离子浓度和杂质浓集因子，此过程中设置了若干个取样管，为了便于能连续在线取出缝隙区杂质和溶液，大大的提高了取样效率，并且由于本发明能将高温高压所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质经过所述高温高压缝隙杂质实时取样装置后变为常温常压所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质，人员操作十分安全，本发明装置使阀门能够长期在高温高压变常温常压环境下使用，不发生滴漏和泄露，密封性能较好。
请参阅图2所示，其为本发明高温高压缝隙杂质实时取样装置的传热管与管板的立体结合图，其包括一缝隙区杂质离子存储子单元100，所述缝隙区杂质离子存储子单元100包括一传热管101、一管板102和一管支撑板104；所述传热管101的外表面套接于所述管板102的内表面，并且所述传热管101与所述管板102为过盈配合，所述管板102侧面的外缘设置一缝隙取样孔103，所述缝隙取样孔103一端与所述传热管101与所述管板102间形成的所述缝隙相连通，另一端与细管相连通，用于收集所述高温高压缝隙区杂质，为最终的所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质采集做准备；所述管板102的两个端面设置两个管支撑板定位孔，所述管支撑板定位孔的内表面与所述管支撑板104的外表面为过盈配合，所述管支撑板104用于固定所述管板102在所述传热管101上的位置。
请参阅图3所示，其分别为本发明高温高压缝隙杂质实时取样装置的管板立体结构图，所述管板102的外部四个角设置成倒角，内部设置一圆形通孔106，所述圆形通孔106与所述传热管为过盈配合，所述管板102用于固定和支撑所述传热管，所述缝隙位于所述传热管和所述管板102之间的微小缝隙中，在所述管板102的侧面外缘设置一缝隙取样孔103，所述缝隙取样孔103与所述传热管和所述管板102之间的微小缝隙相连通；所述管板102的两端设置两个管支撑板定位孔105，用以与所述管支撑板进行配合，并且所述配合为过盈配合。
实施例：所述高温高压缝隙杂质实时取样装置可在任何参数下的高温高压进行在线实时取样，参阅图1所示，取样具体步骤如下：
第一步：清洗整个回路，首先将所述第一截止阀108打开，然后再将所述总截止阀115打开，最后通过向所述高温高压缝隙杂质实时取样装置的细管中注入高纯水，实现清洗整个回路的目的。
第二步：实时取样第一段，首先将所述第一截止阀108关闭，其次通过所述第一缝隙取样管107进行第一段的取样，所述第一缝取样管107收集到的是高温高压所述管板102与所述传热管101缝隙区的杂质，收取之后可对其浓集因子进行分析。
第三步：实时取样第二段，首先将所述第一截止阀108打开，其次通过所述第二缝隙取样管109进行第二段的取样，所述第二缝隙取样管109收集到的是在所述细管中运行一段时间的高温高压所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质，收取之后对其浓集因子进行分析。
第四步：实时取样第三段，首先将所述总截止阀115关闭，其次向所述冷却罐112的所述冷却进水口110和所述冷却出水口111注入冷却水，从而实现对流入所述蛇形取样管113中的高温高压所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质进行降温、降压，达到将高温高压的环境转变为常温常压环境的目的，从而使所述蛇形取样管113收集到的所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质为常温常压的杂质，并将所述蛇形取样管113收集到的常温常压所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质进行浓集因子分析。
第五步：最终取样，首先将所述总截止阀115打开，通过所述常温常压杂质取样管对最终所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质行取样，并将对其进行浓集因子分析。
请参阅图4所示，其分别为本发明高温高压缝隙杂质实时取样装置的缝隙取样口与回路中其它位置杂质离子浓度对比图，当所述高压釜单元99的外部连接的精密柱塞泵冲程为20%，流量为12L/h，热负荷为2.68×105KJ/m2·h;预热器和高压釜的温度分别为240℃和280℃，吗啉调节pH为9.6;浓集28小时后，浓集因子为1.75×104倍；浓集因子的计算公式为：F=40(c1-c2)/0.364，F为杂质浓集因子，40为每次取样体积固定为40mL，0.364为缝隙体积0.364mL，c1为1#位取样瓶中的杂质离子浓度，c2为2#位高压釜中杂质离子浓度；
图4横坐标中28-1指浓集28小时后1号位（缝隙）取样瓶中杂质离子浓度，28-2为高压釜中杂质离子浓度，28-3为取样罐中杂质离子浓度，28-4为大水罐中杂质离子浓度，28-4R为返水中杂质离子浓度；经过上述工况28小时浓集后，缝隙取样瓶中、高压釜、取样罐、大水罐和返水中杂质氯离子浓度分别为162ppm，1.7ppm，1.03ppm，1.12ppm和1.65ppm；由此计算出缝隙区杂质浓集因子为1.75×104倍，而回路系统中其他位置氯离子的浓度接近本体溶液浓度；证明缝隙取样装置确实能正常工作，为实时监测所述管板102与所述传热管101缝隙区杂质离子的浓集提供极大的方便。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种高温高压缝隙杂质实时取样装置，其包括一取样单元，其特征在于，其还包括：一高压釜单元和一冷却单元；
所述冷却单元的一端与所述高压釜单元的一端相连通，另一端与所述取样单元的一端相连通；
所述高压釜单元包括一缝隙区杂质离子存储子单元、一第一缝隙取样部件和一第二缝隙取样部件，所述第一缝隙取样部件的一端与所述缝隙区杂质离子存储子单元相连接，另一端与所述第二缝隙取样部件的一端相连接；所述缝隙区杂质离子存储子单元包括一管板和一传热管；
所述冷却单元包括一冷却子单元和一蛇形取样部件，所述冷却子单元用以降低所述杂质的温度和压强，所述蛇形取样部件用以收集所述杂质，所述冷却子单元的一端与所述第二缝隙取样部件的另一端相连通，另一端与所述取样单元的一端相连通。
2.根据权利要求1所述的高温高压缝隙杂质实时取样装置，其特征在于，所述管板外部的四个角设置为倒角，内部设置一圆形通孔，所述管板的端部设置两个管支撑板定位孔。
3.根据权利要求1或2所述的高温高压缝隙杂质实时取样装置，其特征在于，所述传热管与所述管板为过盈配合。
4.根据权利要求1所述的高温高压缝隙杂质实时取样装置，其特征在于，所述冷却子单元为一冷却罐，所述冷却罐上设置一冷却进水口和一冷却出水口，用以降低所述杂质的温度和压强。
5.根据权利要求4所述的高温高压缝隙杂质实时取样装置，其特征在于，所述蛇形取样部件一端通过一细管与所述第二缝隙取样部件的一端相连通，另一端通过细管与所述取样单元的一端相连通。
6.根据权利要求1或2所述的高温高压缝隙杂质实时取样装置，其特征在于，所述蛇形取样部件为一蛇形取样管，所述蛇形取样管用以收集低温低压的所述管板与传热管缝隙区杂质，并分析其浓集因子。
7.根据权利要求2所述的高温高压缝隙杂质实时取样装置，其特征在于，所述管板的外缘设置一缝隙取样孔，所述缝隙取样孔与细管相连通，用以收集所述管板与所述传热管缝隙区杂质，并分析其浓集因子。
8.根据权利要求4所述的高温高压缝隙杂质实时取样装置，其特征在于，所述取样单元为一常温常压杂质取样瓶，其瓶颈端部与细管相连通，用以收集最终所述管板与所述传热管缝隙区杂质并分析其浓集因子。
9.根据权利要求1所述的高温高压缝隙杂质实时取样装置，其特征在于，还包括一阀体，所述阀体包括一第一截止阀和一总截止阀，所述第一截止阀设置在连接所述高压釜单元和所述冷却单元的细管上，用以控制所述管板与所述传热管缝隙区杂质的流动；所述总截止阀设置在连接所述冷却单元和所述取样单元的细管上，用以控制最终所述管板与所述传热管缝隙区杂质的流动。
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