CN107146644A - 一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，包括试验本体和试验回路，试验回路包括压力安全系统、补水系统和增压系统，压力安全系统通过管道与试验本体连通，为试验本体提供所需压力，补水系统和增压系统通过管道与压力安全系统连通，为试验本体和整个试验回路提供试验所需用水流量，试验本体内设置有电加热元件和功率调节设备，试验本体内设置有铂铑合金丝。本发明能够模拟反应堆的高温高压条件，能够满足试验对象功能验证要求，本发明所述的铂铑合金丝能够实时测量试验本体内的液位，将所测得的数据与压力容器液位探测器所测得数据进行比较，实现对压力容器液位探测器的功能性验证。

Description

一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置

技术领域

本发明涉及反应堆压力容器液位探测器相关技术领域，具体涉及一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置。

背景技术

福岛核事故发生后，核电安全日益受到世人关注，核安全技术领域对核电厂严重事故的研究，特别是核电厂一回路冷却剂大量丧失后堆芯裸露引起的事故恶化和缓解方面的研究日益发展，新型的反应堆压力容器液位探测器应运而生。核电厂严重事故发生后，反应堆堆芯因一回路冷却剂大量丧失，当安注系统的安注水流量不足以补偿冷却剂丧失流量时，反应堆堆芯便发生裸露，堆芯裸露后燃料包壳传热状况急剧恶化，有可能发生堆芯融化，使得事故进一步恶化。反应堆压力容器液位探测器能够显示压力容器内水位参数，为核电厂严重事故的事故缓解和后期事故分析提供技术信息。

与普通的液位探测器相比，反应堆压力容器液位探测器的技术特性在于：

高温高压的工作环境。

以一般的压水堆核电厂为例，一回路冷却剂温度280℃-330℃，压力为15.5MPa左右。反应堆压力容器为一回路的组成部分，因而反应堆压力容器液位探测器的工作环境为高温高压，为保证液位探测器使用功能的完整性和足够长的使用寿命，须对其设计和制造工艺提出了更高的技术要求。

2、极高的可靠性要求。

由于反应堆压力容器液位探测器是堆芯液位的指示装置，反应了堆芯液位的变化情况，有利于判断事故恶化情况和堆芯裸露情况，在事故缓解中的作用十分关键，因而对其可靠性提出了极高的要求。

因此，为了确保反应堆堆芯的运行安全性，对反应堆压力容器液位探测器的功能验证非常有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，模拟反应堆压力容器液位探测器的工作环境，包括反应堆正常运行工况和事故工况下的工作环境，用于反应堆压力容器液位探测器的寿命考验和功能鉴定试验。

本发明通过下述技术方案实现：

一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，包括试验本体和试验回路，所述试验回路为试验本体提供满足试验的条件，所述试验回路包括压力安全系统、补水系统和增压系统，所述压力安全系统通过管道与试验本体连通，为试验本体提供所需压力，所述补水系统和增压系统通过管道与压力安全系统连通，为试验本体和整个试验回路提供试验所需用水流量，所述试验本体内设置有电加热元件和功率调节设备，所述试验本体内设置有铂铑合金丝。

本发明试验的条件具体是指模拟反应堆的高压高温的条件，所述管道均采用304不锈钢管道，所述试验本体上连接有压差传感器，所述压力安全系统能够为试验本体提供稳定可靠的压力环境，满足试验本体内高压的环境，所述补水系统和增压系统不仅能够为试验本体以及试验回路提供满足条件的水质，而且，在试验开始前为试验回路打压测试，以满足回路耐压和密封性的要求；所述电加热元件和功率调节设备能够对试验本体内进行温度调节，满足试验本体内高温要求，所述试验本体为不锈钢筒体，其长度和容器水容积均满足试验要求，所述铂铑合金丝为采用现有铂铑合金材料制成，能够显示试验本体内的液位，具体地，将铂铑合金丝的引线与电导率测量装置，通过测量铂铑合金丝的电导率的变化实现测量试验本体内的液位。

具体地，将铂铑合金丝置于附图2中的试验本体内，并距离附图2中的试验对象顶部布置有一定数量的的水位测点，将一支长度高于水位最高点的铂铑合金丝置于附图2中的试验本体内，合金丝的位置与试验对象保持一段距离，并避免与试验本体内壁相接触，改变附图2中试验本体内的液位，并记录铂铑合金丝建立铂铑合金丝电导率，以建立铂铑合金丝热导率与液位数据的对应关系曲线。

本发明通过设置试验本体以及与试验本体连通的试验回路，能够模拟反应堆的高温高压条件，能够满足试验对象功能验证要求，本发明所述的铂铑合金丝能够实时测量试验本体内的液位，将所测得的数据与压力容器液位探测器(试验元件)所测得数据进行比较，进而实现对压力容器液位探测器的功能性验证。

此外，本发明所述的验本体不仅能够模拟反应堆压力容器，耐压和耐高温均满足要求，结构可靠且简单易加工，与真实的反应堆压力容器相比，在满足试验要求的前提下降低了成本。

进一步地，试验本体通过管道与平衡罐并联连通。

具体地，试验本体上设置有管道接口，所述平衡罐的上下部均设置有管道，通过该管道与试验本体上的管道接口连接，进而实现试验本体与平衡罐并联连通。

根据压力平衡原理，试验本体内的水位可以通过平衡罐反映。

平衡罐反映试验本体内的水位对铂铑合金丝测量试验本体内的液位进行补充，二者相结合，提高试验本体内液位测量的精准度，能够更好的对压力容器液位探测器的功能进行验证。

进一步地，试验本体包括压力容器，压力容器的两端分别设置有第一法兰和第二法兰。

进一步地，压力安全系统包括稳压器，稳压器一端通过管道与压力容器的进水管口连接，该管道上设置有第一截止阀、第一调节阀，另一端通过管道与压力容器连通，该管道上设置有第二截止阀。

进一步地，补水系统包括水箱，所述水箱通过管道与压力安全系统连通，该管道一端与水箱连通，另一端与设置有第一截止阀、第一调节阀的管道连通，与水箱连通的管道上设置有第三截止阀、补水泵、第四截止阀、第二调节阀、第五截止阀。

进一步地，稳压器的顶部设置有第一安全阀，所述压力容器的顶部设置有第二安全阀。

第一安全阀、第二安全阀的设置保证试验本体的安全保护，以防超压。

进一步地，压力容器的出水口通过管道与第二废液收集罐连通，该管道上设置有第四调节阀、第七截止阀。

进一步地，第一法兰上设置有试验元件，试验元件插入所述压力容器内，所述试验元件与铂铑合金丝平行设置，在水平方向上具有一定间距，所述压力容器上设置有引线接口，所述引线接口用于穿过铂铑合金丝的引线。

具体地，所述试验元件为压力容器液位探测器，铂铑合金丝与试验元件保持一段距离，并避免与试验本体内壁相接触，避免影响铂铑合金丝对试验本体内液位测量侧精准度。

进一步地，增压系统包括增压泵，所述增压泵通过管道与补水系统、压力安全系统连通。

进一步地，压力安全系统通过管道与第一废液收集罐连通，该管道上设置有第三调节阀、第六截止阀。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过设置试验本体以及与试验本体连通的试验回路，能够模拟反应堆的高温高压条件，能够满足试验对象功能验证要求，本发明所述的铂铑合金丝能够实时测量试验本体内的液位，将所测得的数据与压力容器液位探测器(试验元件)所测得数据进行比较，进而实现对压力容器液位探测器的功能性验证。

2、本发明所述的验本体不仅能够模拟反应堆压力容器，耐压和耐高温均满足要求，结构可靠且简单易加工，与真实的反应堆压力容器相比，在满足试验要求的前提下降低了成本。

3、本发明试验本体下部设置的电加热元件和功率调节设备和稳压器系统能够提供鉴定试验所需的高压高温环境，设计简易且调控方便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是反应堆压力容器液位探测器功能验证的流程图；

图2是试验本体的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-试验本体，2-平衡罐，3-试验元件，4-铂铑合金丝，5-电加热元件，6-稳压器，7-水箱，8-增压泵，9-补水泵，10-第二废液收集罐，11-第一废液收集罐，12-第二截止阀，13-第一截止阀，14-第一调节阀，15-第四调节阀，16-第七截止阀，17-第三截止阀，18-第四截止阀，19-第二调节阀，20-第五截止阀，21-第三调节阀，22-第六截止阀，61-第一安全阀，110-压力容器，111-第一法兰，112-进水管口，113-引线接口，114-第二法兰，115-第二安全阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1、图2所示，一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，包括试验本体1和试验回路，所述试验回路为试验本体1提供满足试验的条件，所述试验回路包括压力安全系统、补水系统和增压系统，所述压力安全系统通过管道与试验本体1连通，为试验本体1提供所需压力，所述补水系统和增压系统通过管道与压力安全系统连通，为试验本体1和整个试验回路提供试验所需用水流量，所述试验本体1内设置有电加热元件5和功率调节设备，所述试验本体1内设置有铂铑合金丝4；所述试验本体1包括压力容器110，压力容器110的两端分别设置有第一法兰111和第二法兰114；所述压力安全系统包括稳压器6，稳压器6一端通过管道与压力容器110的进水管口112连接，该管道上设置有第一截止阀13、第一调节阀14，另一端通过管道与压力容器110连通，该管道上设置有第二截止阀12；所述补水系统包括水箱7，所述水箱7通过管道与压力安全系统连通，该管道一端与水箱7连通，另一端与设置有第一截止阀13、第一调节阀14的管道连通，与水箱7连通的管道上设置有第三截止阀17、补水泵9、第四截止阀18、第二调节阀19、第五截止阀20；所述稳压器6的顶部设置有第一安全阀61，所述压力容器110的顶部设置有第二安全阀115；所述压力容器110的出水口通过管道与第二废液收集罐10连通，该管道上设置有第四调节阀15、第七截止阀16；所述第一法兰111上设置有试验元件3，试验元件3插入所述压力容器110内，所述试验元件3与铂铑合金丝4平行设置，在水平方向上具有一定间距，所述压力容器110上设置有引线接口113，所述引线接口113用于穿过铂铑合金丝4的引线；所述增压系统包括增压泵8，所述增压泵8通过管道与补水系统、压力安全系统连通；所述压力安全系统通过管道与第一废液收集罐11连通，该管道上设置有第三调节阀21、第六截止阀22。

本实施例所述的试验本体1设计压力17.2MPa，设计温度350℃，容器中部为不锈钢筒体，其长度和容器水容积均满足试验要求，筒体相应的部位布置有各种传感器接口、安全阀接口和平衡罐接口，各种接管处采用耐压密封技术，保证试验过程的密封安全，试验本体1结构如附图2所示，为满足对试验本体温度和压力的测量，本发明在压力容器110上部和下部各设置一个压力测点和一个温度测点。另外，在压力容器110顶部设置一个高点排气管用于高点排气，压力容器110中部设置进进水管口112用于本体内补充水位、压力容器110底部设置排水口用于排水。

本发明所述试验回路为本发明的支持系统，通过试验装置回路中各个设备和部件的配合，为试验本体1提供试验所需的压力、温度、液位等工况参数；压力安全系统为本试验提供所需压力并提供超压保护；稳压器6内置电加热元件，对电加热元件加热功率进行调节，即可实现稳压器6内水温的控制，从而建立并保持汽空间；补水系统和增压系统为整个回路系统提供所需试验用水流量，并满足相应的水质要求；阀门和管道系统为流量调节提供条件。

试验过程中，将试验元件3置入试验本体1内，通过电加热元件5和功率调节装置的配合，将试验本体1内的温度、压力调节至相应要求，即可开展试验，过程中的试验数据(温度、压力、水位等)则通过测量仪表接口处的测量仪表测得，并通过数据采集系统得以记录和保存。

开展试验时，试验元件3的工作电源直流电源，通过监测附图2中的试验本体1内的铂铑合金丝4的电导率变化数据，来监测试验本体1内的水位，并将试验元件3测得的液位数据相比较，对试验元件3测得的液位数据可以进行有效的验证，保证了液位测量数据的精确性。

铂铑合金丝4电导率标定

将铂铑合金丝4置于附图2中的试验本体1内，并距离附图2中的试验元件3顶部布置有一定数量的的水位测点，将一支长度高于水位最高点的铂铑合金丝4置于附图2中的试验本体1内，铑合金丝4的位置与试验元件3保持一段距离，并避免与试验本体1内壁相接触，改变附图2中试验本体1内的液位，并记录铂铑合金丝4建立铂铑合金丝电导率，以建立铂铑合金丝4电导率与液位数据的对应关系曲线。

试验元件3的安装

开展试验前，将试验元件3(反应堆压力容器液位探测器)安装于试验本体1内，安装位置如附图2所示。

补水和增压

试验前，将附图1中的稳压器6与试验本体1连通，打开第一调节阀14、第一截止阀13、第二截止阀12，同时保证其余截止阀和调节阀处于关闭状态。

检查附图1中水箱7中水位，确保水箱7中水位满足后续试验的要求。启动补水泵9，打开第三截止阀17、第四截止阀18、第五截止阀20和第二调节阀19、第一调节阀14，向试验回路中补水，直至增压泵8增压至所需压力后，隔开稳压器6和试验本体1，即关闭第一调节阀14、第一截止阀13、第二截止阀12。

开展试验

完成上述试验准备工作后，即可开展反应堆压力容器液位探测器功能鉴定试验。

1、过冷水液位试验

连通附图1中的稳压器6与试验本体1，即打开第一调节阀14、第一截止阀13、第二截止阀12，启动附图1中的增压泵8增压至所需压力后，隔开附图1中的稳压器6和试验本体1，投入附图1中的稳压器6和试验本体1的电热元件并控制升温速率直至温升满足要求，打开附图2中的试验本体1底部的第七截止阀16，并调节第四调节阀15，开始排水，直至试验本体1水位降至两个试验对象测点以下，然后关闭第七截止阀16和第四调节阀15停止排水。然后，打开附图1中的试验本体1和稳压器6连接的第一截止阀13，并调节第一调节阀14，使得稳压器6和回路连接起来，至试验本体1水位上升试验对象测点以上后关闭第一截止阀13和第一调节阀14，将稳压器6隔离，水位上升/下降过程中，记录试验数据：试验对象测得的液位数据、铂铑合金丝4的电导率随液位的变化数据。

2、饱和水和饱和蒸汽试验

开启附图1中的稳压器6和试验本体1的电热元件，将稳压器6和回路温升满足饱和水和饱和蒸汽试验要求后，打开附图1中的试验本体1底部的第七截止阀16，并调节第四调节阀15，开始排水，以建立试验本体1内的蒸汽空间，试验本体1水位下降满足要求后停止排水。然后，打开附图1中的试验本体1和稳压器6连接的第一截止阀13，并调节第一调节阀14，使得稳压器6和回路连接起来，至试验本体1水位上升试验对象测点以上后关闭第一截止阀13，并调节第一调节阀14，将稳压器6隔离。水位上升/下降过程中，记录试验数据：试验对象测得的液位数据、铂铑合金丝的电导率随液位的变化数据。

3、LOCA模拟试验

过冷水、饱和水和饱和蒸汽试验后，此时试验本体1温度为和液面均满足LOCA模拟试验的要求。打开附图1中的试验本体底部的第七截止阀16，并调节第四调节阀15，使试验本体1内水发生闪蒸，水位快速下降，在试验过程中记录试验数据：试验对象测得的液位数据、铂铑合金丝4的电导率随液位的变化数据。

试验后检查

完成上述所有试验后，对附图2中试验本体1上端安装的试验元件3进行试验后的检查：试验元件3外观是否完整，零部件是否出现松动、断裂及明显的变形与错位，试验元件3是否工作正常，若试验元件3出现外观严重损伤，零部件松动、断裂及明显的变形与错位，或者试验元件3不能正常工作，则试验鉴定结果为不合格。

试验结果分析

若试验检查后，试验元件3仍满足检查要求，则进行试验结果分析，以验证试验对象的精度是否满足要求。

通过对试验记录的整理分析，得出试验元件3在试验本体1内的液位探测数据，与铂铑合金丝4通过电导率变化测得的液位，进而得出试验元件3的液位测量精度，找出差异并分析原因，参照相关的验收准则，确定反应堆压力容器液位探测器功能的鉴定结果，即鉴定试验元件3(反应堆压力容器液位探测器)是否满足设计要求。

实施例2：

如图1、图2所示，本实施例基于实施例1，所述试验本体1通过管道与平衡罐2并联连通。

开展试验时，试验元件3的工作电源直流电源，通过监测附图2中的试验本体1内的铂铑合金丝4的电导率变化数据，并结合附图2中的平衡罐2的水位显示加以验证，来监测试验本体1内的水位，并将试验元件3测得的液位数据相比较，对试试验元件3测得的液位数据可以进行有效的验证，保证了液位测量数据的精确性。

在进行数据比较时，通过铂铑合金丝4的电导率变化以及平衡罐2内的液位变化同时与试验元件3的测量数据进行比较。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，包括试验本体(1)和试验回路，所述试验回路为试验本体(1)提供满足试验的条件，其特征在于，所述试验回路包括压力安全系统、补水系统和增压系统，所述压力安全系统通过管道与试验本体(1)连通，为试验本体(1)提供所需压力，所述补水系统和增压系统通过管道与压力安全系统连通，为试验本体(1)和整个试验回路提供试验所需用水流量，所述试验本体(1)内设置有电加热元件(5)和功率调节设备，所述试验本体(1)内设置有铂铑合金丝(4)。

2.根据权利要求1所述的一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，其特征在于，所述试验本体(1)通过管道与平衡罐(2)并联连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，其特征在于，所述试验本体(1)包括压力容器(110)，压力容器(110)的两端分别设置有第一法兰(111)和第二法兰(114)。

4.根据权利要求3所述的一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，其特征在于，所述压力安全系统包括稳压器(6)，稳压器(6)一端通过管道与压力容器(110)的进水管口(112)连接，该管道上设置有第一截止阀(13)、第一调节阀(14)，另一端通过管道与压力容器(110)连通，该管道上设置有第二截止阀(12)。

5.根据权利要求4所述的一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，其特征在于，所述补水系统包括水箱(7)，所述水箱(7)通过管道与压力安全系统连通，该管道一端与水箱(7)连通，另一端与设置有第一截止阀(13)、第一调节阀(14)的管道连通，与水箱(7)连通的管道上设置有第三截止阀(17)、补水泵(9)、第四截止阀(18)、第二调节阀(19)、第五截止阀(20)。

6.根据权利要求4所述的一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，其特征在于，所述稳压器(6)的顶部设置有第一安全阀(61)，所述压力容器(110)的顶部设置有第二安全阀(115)。

7.根据权利要求3所述的一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，其特征在于，所述压力容器(110)的出水口通过管道与第二废液收集罐(10)连通，该管道上设置有第四调节阀(15)、第七截止阀(16)。

8.根据权利要求3所述的一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，其特征在于，所述第一法兰(111)上设置有试验元件(3)，试验元件(3)插入所述压力容器(110)内，所述试验元件(3)与铂铑合金丝(4)平行设置，在水平方向上具有一定间距，所述压力容器(110)上设置有引线接口(113)，所述引线接口(113)用于穿过铂铑合金丝(4)的引线。

9.根据权利要求1所述的一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，其特征在于，所述增压系统包括增压泵(8)，所述增压泵(8)通过管道与补水系统、压力安全系统连通。

10.根据权利要求1所述的一种反应堆压力容器液位探测器功能验证的试验装置，其特征在于，所述压力安全系统通过管道与第一废液收集罐(11)连通，该管道上设置有第三调节阀(21)、第六截止阀(22)。