CN107665743B - 用于一体化反应堆温度测量的温度计及其温度测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的用于一体化反应堆温度测量的温度计及其温度测量系统，用于一体化反应堆温度测量的温度计，包括过流管和设置在过流管内部的保护管和设置在保护管内部的铠装热电偶，所述保护管包括依次顺连的保护管球面段、保护管小径段、保护管变径段、保护管大径段，所述保护管球面段是在保护管小径段远离保护管变径段的一端采用球面结构进行封堵的结构，所述保护管大径段的外径尺寸等于过流管的内径尺寸，保护管小径段的外壁与过流管的内壁之间形成过流腔，过流管开有流水孔，所述流水孔与过流腔连通，铠装热电偶的外包壳的外壁紧贴保护管小径段的内壁和保护管球面段的内壁。
Description
技术领域
本发明涉及反应堆堆内冷却剂温度测量技术，具体涉及到了用于一体化反应堆温度 测量的温度计及其温度测量系统。
背景技术
反应堆出入口温度是反应堆安全、经济运行的重要参数，直接表征了反应堆堆芯冷 却和一回路热量导出的能力，无论核电厂或其他核动力装置均将其作为控制保护参数，同时 还用于反应堆热功率的计算，该温度测量必须可靠、准确。一体化反应堆由于其一体化布 置，取消了主冷却剂管道，反应堆出入口温度测量只能在堆内进行，因此，在堆内高辐照环 境下快速、准确、稳定可靠的对反应堆出、入口温度进行测量，才能保证一体化反应堆的安 全运行。
现有核电厂反应堆出入口温度测量均采用铂电阻温度计，铂电阻温度计的测量精度 及稳定性较高，而且不需要补偿电缆和冷端补偿，其安装在远离堆芯的反应堆出、入口主管 道上。但铂电阻温度计抗γ和中子辐照的能力较差，同时，铂电阻温度计的刚度较大，不可 弯曲部分较长，在堆内复杂结构下的安装非常困难，因此无法应用在一体化反应堆出入口温 度测量。
核电厂堆芯温度测量几乎均采用K型(镍铬-镍硅)热电偶，测量范围广、测量精度较高、稳定性好、耐辐照性能好等优点，但是K型热电偶由于本身材料的限制，在中温区 范围内复现性较差，同时在长期高温环境下会造成热电势漂移。由于核电厂堆芯温度测量结果主要用于计算堆芯温度分布以及事故后监测，并不用于反应堆保护，因此对K型热电偶温度计的测温性能要求不高。而一体化反应堆出入口温度作为控制保护参数，堆芯温度测量 K型热电偶温度计无法直接应用。
N型热电偶作为一种新型热电偶，与K型热电偶相比，测温范围相近，在长期稳定性、热循环稳定性以及耐辐照性能方面均优于K型热电偶，目前世界上尚无N型热电偶温 度计在反应堆堆内温度测量的应用先例。
发明内容
本发明的目的在于提供用于一体化反应堆温度测量的温度计及其温度测量系统，在 一体化反应堆堆内结构特点的基础上，测量出反应堆出入口温度测量，在辐照环境下实现作 为控制保护参数的出入口温度精确测量的目的，同时满足响应时间。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：用于一体化反应堆温度测量的温度计，包括过流管和设置在过流管内部的保护管和设置在保护管内部的铠装热电偶，所述保护管包 括依次顺连的保护管球面段、保护管小径段、保护管变径段、保护管大径段，所述保护管球 面段是在保护管小径段远离保护管变径段的一端采用球面结构进行封堵的结构，所述保护管 大径段的外径尺寸等于过流管的内径尺寸，保护管小径段的外壁与过流管的内壁之间形成过 流腔，过流管开有流水孔，所述流水孔与过流腔连通，铠装热电偶的外包壳的外壁紧贴保护 管小径段的内壁和保护管球面段的内壁。
本发明的设计原理为：设置有流水孔的过流管，可以减缓保护管、温度测量结构端部的水力冲击和振动，防止冷却剂长时间冲刷对保护管造成的不良影响。保护管的保护管球 面段为球面封堵设计，保护管大径段与保护管小径段为变截面设计，由于铠装热电偶的外包 壳的外壁紧贴保护管小径段的内壁和保护管球面段的内壁，因此，上述结构可以降低铠装热 电偶端部热接点处的热阻，减小保护管和铠装热电偶之间的间隙，增大铠装热电偶端部与保 护套管内壁的接触面积，并在满足反应堆堆内设计压力的基础上尽量减小保护管的壁厚，缩 短热电偶的响应时间。另外，铠装热电偶外设置保护管，可以保证热电偶不直接接触一回路 冷却剂，实现热电偶温度计的不排液拆装。
优选的，铠装热电偶的外包壳包括依次顺连的外包壳球面段、外包壳小径段、外包壳变径段、外包壳大径段，外包壳球面段是在外包壳小径段远离外包壳变径段的一端采用球 面结构进行封堵的结构，所述外包壳小径段的外径尺寸等于保护管小径段的内径尺寸，外包 壳球面段的外壁紧贴保护管球面段的内壁，所述铠装热电偶还包括设置在外包壳内的绝缘填 充体以及设置在绝缘填充体内的热电偶偶丝。
由于铠装热电偶的外包壳的外壁紧贴保护管小径段的内壁和保护管球面段的内壁， 因此，本发明中的，外包壳球面段的结构形态与保护管球面段的结构形态一致，均是采用球 面结构进行封堵的结构，可以保证外包壳球面段的外壁紧贴保护管球面段的内壁，同时将外 包壳小径段的外径尺寸设计成等于保护管小径段的内径尺寸，保证外包壳小径段的外壁紧贴 保护管小径段的内壁，可以降低铠装热电偶端部热接点处的热阻，减小保护管和铠装热电偶 之间的间隙，外包壳球面段和保护管球面段采用球面设计，可以增大铠装热电偶端部与保护 管内壁的接触面积，并在满足反应堆堆内设计压力的基础上尽量减小保护管的壁厚，缩短热 电偶的响应时间。
在上述结构基础上，高速水流冲入到过流管后从流水孔流出，在水流包覆着保护管小 径段和保护管球面段后，热量能快速且低热阻的传递到外包壳小径段和外包壳球面段，热电 偶偶丝能在低响应时间内做出温度的测量应答。
优选的，铠装热电偶的外包壳采用316L冷拔无缝不锈钢管，具有良好的耐腐蚀性能 和韧性。
优选的，所述热电偶偶丝为镍铬硅-镍硅镁偶丝，形成N型热电偶。热电偶偶丝采用改进工艺、微量元素调整的镍铬硅-镍硅镁偶丝，比标准N型热电偶丝热电性能更为优越 优选的，所述绝缘填充体为高纯度电熔氧化镁填充体，热电偶填充绝缘材料为高纯度电熔氧化镁，具有良好的绝缘性能。
优选的，所述热电偶偶丝有2个。
优选的，外包壳小径段的外直径尺寸为3mm，其长度为28mm。
优选的，外包壳大径段的外直径尺寸为4mm。
优选的，铠装热电偶与过流管之间设置有拆装机构，一般的支撑管、压块、弹簧、卡套等组成的拆装机构，具有良好的可维修性，便于维修人员进行故障定位及快速拆装。
温度测量系统，包括布置在压紧筒体出水口横截面处的一体化反应堆温度测量的温 度计，还包括布置在主泵入口双层套管的外套管内的一体化反应堆温度测量的温度计，所述 主泵入口双层套管和压紧筒体均为一体化反应堆的结构，所述一体化反应堆温度测量的温度 计为上述温度计中的任意一项。
一般的，上述一体化反应堆温度测量的温度计的剂量指标为：γ剂量率： 2.2*105Gy/h，中子注量率：3.0*1012n·cm-2·s-1。而一体化反应堆压紧筒体出水口处中子注 量率要低于堆芯出口1013量级，γ剂量率要低于堆芯出口106量级；一体化反应堆主泵入口 双层套管处中子注量率要低于堆芯出口108量级，γ剂量率要低于堆芯出口105量级。因 此，可以将上述一体化反应堆温度测量的温度计设置在压紧筒体出水口和主泵入口双层套管处。
优选的，为了获得精确的测定值，压紧筒体出水口横截面上均匀设置有4支一体化反应堆温度测量的温度计。
本发明的效果在于：热电偶测温端部(保护管和铠装热电偶)采用变截面和球面设计，降低端部热接点处的热阻，减小保护管和温度计之间的间隙，增大温度计端部与保护管内壁的接触面积，并在满足反应堆堆内设计压力的基础上尽量减小保护管的壁厚，缩短热电 偶的响应时间；在铠装热电偶外设置保护管，热电偶不直接接触一回路冷却剂，实现热电偶 温度计的不排液拆装；保护管末端设置流水孔，减缓温度测量结构端部的水力冲击和振动， 防止冷却剂长时间冲刷对保护管造成的不良影响；为保证热电偶温度计的快速安装及拆卸， 确保温度计能够插入到保护管底部，在热电偶温度计与保护管之间设置支撑管、压块、弹 簧、卡套等组成的拆装机构。
附图说明
图1为铠装热电偶的结构示意图。
图2为用于一体化反应堆温度测量的温度计的结构示意图。
图中的附图标记分别表示为：1、过流管；11、流水孔；2、保护管；21、保护管小径段；22、保护管变径段；23、保护管大径段；24、保护管球面段；3、铠装热电偶；31、外 包壳小径段；32、外包壳变径段；33、外包壳大径段；34、外包壳球面段；35、绝缘填充 体；36、热电偶偶丝。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不 限于此。
实施例1
如图1和图2所示。
用于一体化反应堆温度测量的温度计，包括过流管1和设置在过流管内部的保护管2 和设置在保护管内部的铠装热电偶3，所述保护管2包括依次顺连的保护管球面段24、保护 管小径段21、保护管变径段22、保护管大径段23，所述保护管球面段24是在保护管小径 段21远离保护管变径段22的一端采用球面结构进行封堵的结构，所述保护管大径段23的 外径尺寸等于过流管1的内径尺寸，保护管小径段21的外壁与过流管1的内壁之间形成过 流腔，过流管1开有流水孔11，所述流水孔与过流腔连通，铠装热电偶3的外包壳的外壁紧贴保护管小径段21的内壁和保护管球面段24的内壁。
本发明的设计原理为：设置有流水孔的过流管1，可以减缓保护管、温度测量结构端 部的水力冲击和振动，防止冷却剂长时间冲刷对保护管造成的不良影响。保护管2的保护管 球面段24为球面封堵设计，保护管大径段23与保护管小径段21为变截面设计，由于铠装 热电偶3的外包壳的外壁紧贴保护管小径段21的内壁和保护管球面段24的内壁，因此，上 述结构可以降低铠装热电偶3端部热接点处的热阻，减小保护管和铠装热电偶3之间的间 隙，增大铠装热电偶3端部与保护套管内壁的接触面积，并在满足反应堆堆内设计压力的基 础上尽量减小保护管的壁厚，缩短热电偶的响应时间。另外，铠装热电偶外设置保护管，可 以保证热电偶不直接接触一回路冷却剂，实现热电偶温度计的不排液拆装。
优选的，铠装热电偶3的外包壳包括依次顺连的外包壳球面段34、外包壳小径段31、外包壳变径段32、外包壳大径段33，外包壳球面段34是在外包壳小径段31远离外包 壳变径段32的一端采用球面结构进行封堵的结构，所述外包壳小径段31的外径尺寸等于保护管小径段21的内径尺寸，外包壳球面段34的外壁紧贴保护管球面段的内壁，所述铠装热电偶3还包括设置在外包壳内的绝缘填充体35以及设置在绝缘填充体内的热电偶偶丝36。
由于铠装热电偶3的外包壳的外壁紧贴保护管小径段21的内壁和保护管球面段24的内壁，因此，本发明中的，外包壳球面段34的结构形态与保护管球面段24的结构形态一致，均是采用球面结构进行封堵的结构，可以保证外包壳球面段34的外壁紧贴保护管球面段的内壁，同时将外包壳小径段31的外径尺寸设计成等于保护管小径段21的内径尺寸，保证外包壳小径段31的外壁紧贴保护管小径段21的内壁，可以降低铠装热电偶3端部热接点处的热阻，减小保护管和铠装热电偶3之间的间隙，外包壳球面段34和保护管球面段采用球面设计，可以增大铠装热电偶3端部与保护管内壁的接触面积，并在满足反应堆堆内设计压力的基础上尽量减小保护管的壁厚，缩短热电偶的响应时间。
在上述结构基础上，高速水流冲入到过流管后从流水孔流出，在水流包覆着保护管 小径段21和保护管球面段24后，热量能快速且低热阻的传递到外包壳小径段31和外包壳 球面段34，热电偶偶丝36能在低响应时间内做出温度的测量应答。
优选的，铠装热电偶的外包壳采用316L冷拔无缝不锈钢管，具有良好的耐腐蚀性能 和韧性。
优选的，所述热电偶偶丝36为镍铬硅-镍硅镁偶丝，形成N型热电偶。热电偶偶丝采用改进工艺、微量元素调整的镍铬硅-镍硅镁偶丝，比标准N型热电偶丝热电性能更为优越
优选的，所述绝缘填充体为高纯度电熔氧化镁填充体，热电偶填充绝缘材料为高纯度电熔氧 化镁，具有良好的绝缘性能。
优选的，所述热电偶偶丝36有2个。
优选的，外包壳小径段31的外直径尺寸为3mm，其长度为28mm。
优选的，外包壳大径段31的外直径尺寸为4mm。
优选的，铠装热电偶3与过流管之间设置有拆装机构，一般的支撑管、压块、弹 簧、卡套等组成的拆装机构，具有良好的可维修性，便于维修人员进行故障定位及快速拆 装。
温度测量系统，包括布置在压紧筒体出水口横截面处的一体化反应堆温度测量的温 度计，还包括布置在主泵入口双层套管的外套管内的一体化反应堆温度测量的温度计，所述 主泵入口双层套管和压紧筒体均为一体化反应堆的结构，所述一体化反应堆温度测量的温度 计为上述温度计中的任意一项。压紧筒体出水口横截面处设置的温度计为第一温度计，第一 温度计用于测量反应堆出口冷却剂温度；主泵入口双层套管的外套管设置的温度计为第二温 度计，第二温度计用于测量反应堆入口冷却剂温度。
一般的，上述一体化反应堆温度测量的温度计的剂量指标为：γ剂量率： 2.2*105Gy/h，中子注量率：3.0*1012n·cm-2·s-1。而一体化反应堆压紧筒体出水口处中子注 量率要低于堆芯出口1013量级，γ剂量率要低于堆芯出口106量级；一体化反应堆主泵入口 双层套管处中子注量率要低于堆芯出口108量级，γ剂量率要低于堆芯出口105量级。因 此，可以将上述一体化反应堆温度测量的温度计设置在压紧筒体出水口和主泵入口双层套管处。
优选的，为了获得精确的测定值，压紧筒体出水口横截面上均匀设置有4支一体化反应堆温度测量的温度计。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本 发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护 范围之内。
Claims (10)
1.用于一体化反应堆温度测量的温度计，其特征在于：包括过流管(1)和设置在过流管内部的保护管(2)和设置在保护管内部的铠装热电偶(3)，所述保护管(2)包括依次顺连的保护管球面段(24)、保护管小径段(21)、保护管变径段(22)、保护管大径段(23)，所述保护管球面段(24)是在保护管小径段(21)远离保护管变径段(22)的一端采用球面结构进行封堵的结构，所述保护管大径段(23)的外径尺寸等于过流管(1)的内径尺寸，保护管小径段(21)的外壁与过流管(1)的内壁之间形成过流腔，过流管(1)开有流水孔(11)，所述流水孔与过流腔连通，铠装热电偶(3)的外包壳的外壁紧贴保护管小径段(21)的内壁和保护管球面段(24)的内壁，所述铠装热电偶(3)不直接接触一回路冷却剂。
2.根据权利要求1所述的一体化反应堆温度测量的温度计，其特征在于：铠装热电偶(3)的外包壳包括依次顺连的外包壳球面段(34)、外包壳小径段(31)、外包壳变径段(32)、外包壳大径段(33)，外包壳球面段(34)是在外包壳小径段(31)远离外包壳变径段(32)的一端采用球面结构进行封堵的结构，所述外包壳小径段(31)的外径尺寸等于保护管小径段(21)的内径尺寸，外包壳球面段(34)的外壁紧贴保护管球面段的内壁，所述铠装热电偶(3)还包括设置在外包壳内的绝缘填充体(35)以及设置在绝缘填充体内的热电偶偶丝(36)。
3.根据权利要求2所述的一体化反应堆温度测量的温度计，其特征在于：所述热电偶偶丝(36)为镍铬硅-镍硅镁偶丝。
4.根据权利要求2所述的一体化反应堆温度测量的温度计，其特征在于：所述绝缘填充体为高纯度电熔氧化镁填充体。
5.根据权利要求2或3或4所述的一体化反应堆温度测量的温度计，其特征在于：所述热电偶偶丝(36)有2个。
6.根据权利要求2或3或4所述的一体化反应堆温度测量的温度计，其特征在于：外包壳小径段(31)的外直径尺寸为3mm，其长度为28mm。
7.根据权利要求2或3或4所述的一体化反应堆温度测量的温度计，其特征在于：外包壳大径段(33)的外直径尺寸为4mm。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的一体化反应堆温度测量的温度计，其特征在于：铠装热电偶(3)与过流管之间设置有拆装机构。
9.温度测量系统，其特征在于：包括布置在压紧筒体出水口横截面处的一体化反应堆温度测量的温度计，还包括布置在主泵入口双层套管的外套管内的一体化反应堆温度测量的温度计，所述主泵入口双层套管和压紧筒体均为一体化反应堆的结构，所述一体化反应堆温度测量的温度计为权利要求1-8中的任意一项。
10.根据权利要求9所述的温度测量系统，其特征在于：压紧筒体出水口横截面上均匀设置有4支一体化反应堆温度测量的温度计。
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