CN107680696A - 超临界高压釜水化学反馈测控系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了超临界高压釜水化学反馈测控系统及其控制方法，解决了现有技术中没有设备能够在650℃&25MPa的超临界水条件下对反应堆水质进行控制和监测的问题。本发明包括与超临界高压釜回路连通的水箱，所述水箱上设置有进水口和出水口，所述进水口通过进水管路与超临界高压釜回路连通，所述出水口通过出水管路与超临界高压釜回路连通；所述出水管路上还设置有与进水管路连通的检测支路，该检测支路上设置有检测仪器；所述进水管路上设置有通过控制开关与进水管路连通的化学药剂存储装置；所述控制开关上连接有通过检测仪器检测出的信号控制其开闭的控制器。本发明具有更好模拟反应堆水质情况、确保超临界高压釜腐蚀试验质量水平等优点。

Description

超临界高压釜水化学反馈测控系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及超临界水腐蚀试验技术领域，具体涉及超临界高压釜水化学反馈测控系统及其控制方法。

背景技术

超临界水冷堆(Supercritical Water Reactors，以下简称SCWR)被“第四代核能系统国际论坛”(GIF)组织推荐为六种最具研发前景的第四代核能系统候选堆型之一。由于其机组热效率高、系统简化、技术基础好、核燃料利用率高等诸多优点，成为世界多个国家的发展选择。SCWR是一种高温高压水冷反应堆，设计参数远远高于目前在役轻水堆的运行参数，设计、材料研发、热工水利研究是SCWR的三大研究方向。

材料研发是制约SCWR发展的瓶颈，是SCWR研发的关键技术。SCWR材料研发的重要内容之一是对SCWR候选堆内材料在超临界水环境条件下的腐蚀性能或行为进行研究和评价，研发出高温高压超临界水腐蚀试验的装置和设备是进行SCWR候选材料腐蚀性能研究和评价的前提和基础。

在进行SCWR候选材料腐蚀性能研究中，水质是影响材料腐蚀行为的关键因素，为更加客观、准确的获得试验数据，对水的溶解氧、pH值和电导率的准确控制与连续监测非常重要。因超临界水腐蚀试验需要在最高650℃&25MPa的条件下进行，如何在650℃&25MPa高参数超临界水条件下更好的对反应堆水质进行控制和监测，是超临界腐蚀试验面临的难题。现有技术中并没有如何在650℃&25MPa高参数超临界水条件下更好的对反应堆水质进行控制和监测的系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中没有设备能够实现在650℃&25MPa高参数超临界水条件下对反应堆水质进行控制和监测的问题，目的在于提供解决上述问题的超临界高压釜水化学反馈测控系统，并提供了该超临界高压釜水化学反馈测控系统的控制方法。

本发明通过下述技术方案实现：

超临界高压釜水化学反馈测控系统，包括与超临界高压釜回路连通的水箱，所述水箱上设置有进水口和出水口，所述进水口通过进水管路与超临界高压釜回路连通，所述出水口通过出水管路与超临界高压釜回路连通；

所述出水管路上还设置有与进水管路连通的检测支路，该检测支路上设置有检测仪器；所述进水管路上设置有通过控制开关与进水管路连通的化学药剂存储装置；所述控制开关上连接有通过检测仪器检测出的信号控制其开闭的控制器。

由于超临界高压釜的650℃&25MPa高参数条件下，所有检测仪器的探头均不适用于超临界高压釜的实时检测和控制，进而导致无法更好的对反应堆水质进行控制和监测。现有技术中，即公开号为CN102435546A的专利文件中公开了一种适用于超临界高压釜的水化学控制系统，但该系统中实现控制与监测氧含量的方式均是将超临界高压釜排出的液体通过换热器等设备处理后，使其超临界高压釜排出的液体降温降压后满足检测仪器的检测要求后进行监测和控制。采用上述方式进行检测和控制时，虽然能达到实时检测和控制的目的，但是由于含氧量调节后的液体存在降温降压达不到超临界高压釜650℃&25MPa高参数条件，因而还需额外设置增温增压设备使其达到650℃&25MPa高参数条件，因而会极大的提高能耗。

本发明通过流动线路的优化，以及检测设备安装位置的优化设置，能在基本不降低超临界高压釜回路中水的温度和压力的情况下，依然能有效检测出超临界高压釜回路中水的情况，进而有效实现化学药剂的添加，在简化结构的同时，有效降低能耗，效果十分显著。

进一步，所述进水管路上还串联有树脂罐，所述化学药剂存储装置连接在树脂罐与水箱之间的进水管路上。通过该结构的设置，能更好地对超临界高压釜回路流出的水进行过滤，提高水质的同时，避免对检测可控制造成影响。

进一步，为了达到含氧量调节的目的，所述检测仪器为溶解氧表，所述化学药剂存储装置为氮气瓶，所述控制开关为电动控制阀，所述控制器为溶解氧信号反馈控制器；该氮气瓶通过电动控制阀连通在水箱底部，该溶解氧信号反馈控制器均与电动控制阀和溶解氧表电连接。

进一步，为了达到pH调节的目的，所述检测仪器为pH计，所述化学药剂存储装置为LiOH储罐，所述控制开关为蠕动泵A，所述控制器为pH信号反馈控制器；该LiOH储罐通过蠕动泵A与进水管路连通，该pH信号反馈控制器均与蠕动泵A和pH计电连接。

进一步，为了达到调节电导率的目的，所述检测仪器为电导率计，所述化学药剂存储装置为硼酸储罐，所述控制开关为蠕动泵B，所述控制器为电导率信号反馈控制器；该硼酸储罐通过蠕动泵B与进水管路连通，该电导率信号反馈控制器均与蠕动泵B和电导率计电连接。

作为最优地设置方式，为了同时达到调节含氧量、pH值和电导率的目的，所述检测仪器包括溶解氧表、pH计和电导率计；所述化学药剂存储装置包括氮气瓶、LiOH储罐和硼酸储罐，所述控制开关包括电动控制阀、蠕动泵A和蠕动泵B，所述控制器包括溶解氧信号反馈控制器、pH信号反馈控制器和电导率信号反馈控制器；

该氮气瓶通过电动控制阀连通在水箱底部，该溶解氧信号反馈控制器均与电动控制阀和溶解氧表电连接；该LiOH储罐通过蠕动泵A与进水管路连通，该pH信号反馈控制器均与蠕动泵A和pH计电连接；该硼酸储罐通过蠕动泵B与进水管路连通，该电导率信号反馈控制器均与蠕动泵B和电导率计电连接。

进一步，所述检测仪器与水箱之间的检测支路上设置有截止阀。

更进一步地，所述截止阀为手动截止阀。

一种超临界高压釜水化学反馈测控系统的控制方法，包括：

在控制器中设定超临界高压釜回路中水的目标值，启动超临界高压釜水化学反馈测控系统；

超临界高压釜回路中的水通过进水管路进入到水箱中，水箱中的水一部分返回到超临界高压釜回路中，另一部分水流入到检测支路中，通过检测支路上的检测仪器检测后返回到进水管路中；

控制器接收检测仪器检测得到的数据，并与设定的目标值相比较，如果达到目标值，则关闭控制开关，如果未达到目标值，则开启控制开关；

控制开关开启后促使化学药剂存储装置中的化学药剂进入到进水管路中，与超临界高压釜回路中的水混合后进入到水箱中，然后通过水箱的出水管路返回到超临界高压釜回路中，直至超临界高压釜回路中的水达到设定的目标值。

更进一步地，根据试验条件，在溶解氧信号反馈控制器中设定溶解氧含量目标值，在pH信号反馈控制器中设定pH目标值，在电导率信号反馈控制器中设定电导率目标值，打开截止阀3，启动超临界高压釜水化学反馈测控系统；

超临界高压釜回路中的水进入水箱，水箱中的水一部分返回到超临界高压釜回路中，另一部分的水进入到检测支路中通过溶解氧表、pH计和电导率计进行检测；

溶解氧表将检测到的数据传输给溶解氧信号反馈控制器，溶解氧信号反馈控制器根据检测到的数据判断是否达到设定的目标值，如果达到则控制电动控制阀关闭，如果未达到则控制电动控制阀的开启，进而控制氮气瓶中的氮气进入水箱，对水箱中的水进行除氧，直到超临界高压釜回路中溶解氧含量达到设定的目标值；

pH计将检测到的数据传输给pH信号反馈控制器，pH信号反馈控制器根据检测到的数据判断是否达到设定的目标值，如果达到则控制蠕动泵A关闭，如果未达到则控制蠕动泵A开启，进而控制LiOH储罐向水箱的进水管路中加入LiOH溶液调节pH值，直到超临界高压釜回路中pH值到达设定的目标值；

电导率计将检测到的数据传输给电导率信号反馈控制器，电导率信号反馈控制器根据检测到的数据判断是否达到设定的目标值，如果达到则控制蠕动泵B关闭，如果未达到则控制蠕动泵B开启，进而控制硼酸储罐15向水箱的进水管路中加入硼酸溶液调节回路的电导率值，直到超临界高压釜回路中电导率值达到设定的目标值。

本发明专利的超临界高压釜水化学反馈测控系统，在超临界动水回路的基础上，采用信号控制与反馈技术，通过气体除氧以及化学加药功能，通过3种信号反馈控制器分别控制氮气的通入，LiOH溶液和硼酸溶液的加入，实现对超临界高压釜回路中水的溶解氧含量、pH值和电导率的控制与连续监测，弥补了传统腐蚀试验中对水质控制和监测的不足，从而严格控制腐蚀试验参数，更好的模拟腐蚀试验水质情况，提高超临界高压釜腐蚀试验的质量水平。

进一步，当超临界高压釜回路中溶解氧含量、pH值和电导率值均达到设定的目标值时，手动断开设置在检测支路上的截止阀。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明可实现对超临界高压釜腐蚀试验的溶解氧含量、pH值以及电导率进行控制和连续监测，更好的模拟反应堆水质情况，确保超临界高压釜腐蚀试验的质量水平；

2、本发明结构更加简单、能耗更低，效果十分显著。

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为本发明的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-树脂罐；2-水箱；3-截止阀；4-溶解氧表；5-溶解氧信号反馈控制器；6-电动控制阀；7-氮气瓶；8-pH计；9-pH信号反馈控制器；10-蠕动泵A；11-LiOH储罐；12-电导率计；13-电导率信号反馈控制器；14-蠕动泵B；15-硼酸储罐；16-超临界高压釜回路。

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

超临界高压釜水化学反馈测控系统，如图1所示，包括与超临界高压釜回路16连通的水箱2，所述水箱2上设置有进水口和出水口，所述进水口通过进水管路与超临界高压釜回路16连通，所述出水口通过出水管路与超临界高压釜回路16连通。

所述出水管路上还设置有与进水管路连通的检测支路，该检测支路上设置有检测仪器；所述进水管路上设置有通过控制开关与进水管路连通的化学药剂存储装置；所述控制开关上连接有通过检测仪器检测出的信号控制其开闭的控制器。

本实施例的具体工作过程如下：

(1)控制器中设定超临界高压釜回路16中水的目标值，启动本发明的超临界高压釜水化学反馈测控系统；

(2)超临界高压釜回路16中的水通过进水管路进入到水箱2中，水箱2中的水一部分返回到超临界高压釜回路16中，另一部分水流入到检测支路中，通过检测支路上的检测仪器检测后返回到进水管路中；

(3)控制器接收检测仪器检测得到的数据，并与设定的目标值相比较，如果达到目标值，则关闭控制开关，如果未达到目标值，则开启控制开关；

(4)控制开关开启后则促使化学药剂存储装置中的化学药剂进入到进水管路中，与超临界高压釜回路16中的水混合后进入到水箱2中，然后通过水箱2的出水管路返回到超临界高压釜回路16中，直至超临界高压釜回路16中的水达到设定的目标值。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例具体公开了超临界高压釜水的具体监测控制类型，该监测控制类型包括超临界高压釜水的溶解氧含量、pH值以及电导率，本发明可以是其中一种的检测控制，也可以是多种同时进行的监测控制。

当本发明实现的使其中一种类型的控制时，具体设置如下：

当仅仅只进行溶解氧含量的监测控制时，所述检测仪器为溶解氧表4，所述化学药剂存储装置为氮气瓶7，所述控制开关为电动控制阀6，所述控制器为溶解氧信号反馈控制器5；该氮气瓶7通过电动控制阀6连通在水箱2底部，该溶解氧信号反馈控制器5均与电动控制阀6和溶解氧表4电连接。

当仅仅只进行pH值含量的监测控制时，所述检测仪器为pH计8，所述化学药剂存储装置为LiOH储罐11，所述控制开关为蠕动泵A10，所述控制器为pH信号反馈控制器9；该LiOH储罐11通过蠕动泵A10与进水管路连通，该pH信号反馈控制器9均与蠕动泵A10和pH计8电连接。

当仅仅只进行电导率的监测控制时，所述检测仪器为电导率计12，所述化学药剂存储装置为硼酸储罐15，所述控制开关为蠕动泵B14，所述控制器为电导率信号反馈控制器13；该硼酸储罐15通过蠕动泵B14与进水管路连通，该电导率信号反馈控制器13均与蠕动泵B14和电导率计12电连接。

当本发明实现其中两种或三种类型的监测控制时，仅仅只需要设置具有相应类型的结构即可。本实施例中具体公开了同时实现溶解氧含量、pH值以及电导率的监测控制的结构和控制方法，具体设置为：

所述检测仪器包括溶解氧表4、pH计8和电导率计12；所述化学药剂存储装置包括氮气瓶7、LiOH储罐11和硼酸储罐15，所述控制开关包括电动控制阀6、蠕动泵A10和蠕动泵B14，所述控制器包括溶解氧信号反馈控制器5、pH信号反馈控制器9和电导率信号反馈控制器13；

该氮气瓶7通过电动控制阀6连通在水箱2底部，该溶解氧信号反馈控制器5均与电动控制阀6和溶解氧表4电连接；该LiOH储罐11通过蠕动泵A10与进水管路连通，该pH信号反馈控制器9均与蠕动泵A10和pH计8电连接；该硼酸储罐15通过蠕动泵B14与进水管路连通，该电导率信号反馈控制器13均与蠕动泵B14和电导率计12电连接。

实现上述超临界高压釜水化学反馈测控系统的控制方法，包括：

根据试验条件，在溶解氧信号反馈控制器5中设定溶解氧含量目标值，在pH信号反馈控制器9中设定pH目标值，在电导率信号反馈控制器13中设定电导率目标值，打开截止阀3，启动超临界高压釜水化学反馈测控系统；

超临界高压釜回路16中的水进入水箱2，水箱2中的水一部分返回到超临界高压釜回路16中，另一部分的水进入到检测支路中通过溶解氧表4、pH计8和电导率计12进行检测；

溶解氧表4将检测到的数据传输给溶解氧信号反馈控制器5，溶解氧信号反馈控制器5根据检测到的数据判断是否达到设定的目标值，如果达到则控制电动控制阀6关闭，如果未达到则控制电动控制阀6的开启，进而控制氮气瓶7中的氮气进入水箱2，对水箱2中的水进行除氧，直到超临界高压釜回路16中溶解氧含量达到设定的目标值；

pH计8将检测到的数据传输给pH信号反馈控制器9，pH信号反馈控制器9根据检测到的数据判断是否达到设定的目标值，如果达到则控制蠕动泵A10关闭，如果未达到则控制蠕动泵A10开启，进而控制LiOH储罐11向水箱2的进水管路中加入LiOH溶液调节pH值，直到超临界高压釜回路16中pH值到达设定的目标值；

电导率计12将检测到的数据传输给电导率信号反馈控制器13，电导率信号反馈控制器13根据检测到的数据判断是否达到设定的目标值，如果达到则控制蠕动泵B14关闭，如果未达到则控制蠕动泵B14开启，进而控制硼酸储罐15向水箱2的进水管路中加入硼酸溶液调节回路的电导率值，直到超临界高压釜回路16中电导率值达到设定的目标值。

本发明采用信号反馈测控技术，通过溶解氧表4、溶解氧信号反馈控制器5和电动控制阀6组成的溶解氧反馈回路，实现氧含量的控制与监测；通过由pH计8、pH信号反馈控制器9、蠕动泵A 10和LiOH储罐11组成的pH反馈回路，实现对pH值的控制和监测；通过由电导率计12、电导率信号反馈控制器13、蠕动泵B 14和硼酸储罐15组成的电导率反馈回路，实现对电导率的控制和监测；信号反馈控制器还可显示检测仪器检测出的检测值并设置目标值，实现了水中溶解氧、pH值、电导率值的控制以及连续监测，从而更好的模拟反应堆水质情况。

实施例3

本实施例与实施例1或实施例2的区别在于，本实施例增加了截止阀3和树脂罐1，具体设置如下：

所述检测仪器与水箱2之间的检测支路上设置有截止阀3。所述截止阀3为手动截止阀。当超临界高压釜回路16中溶解氧含量、pH值和电导率值均达到设定的目标值时，手动断开设置在检测支路上的截止阀3。

同时，所述进水管路上还串联有树脂罐1，所述化学药剂存储装置连接在树脂罐1与水箱2之间的进水管路上。

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.超临界高压釜水化学反馈测控系统，包括与超临界高压釜回路(16)连通的水箱(2)，所述水箱(2)上设置有进水口和出水口，所述进水口通过进水管路与超临界高压釜回路(16)连通，所述出水口通过出水管路与超临界高压釜回路(16)连通，其特征在于，

所述出水管路上还设置有与进水管路连通的检测支路，该检测支路上设置有检测仪器；所述水箱(2)上连接有通过控制开关与其连通的化学药剂存储装置；所述控制开关上连接有通过检测仪器检测出的信号控制其开闭的控制器。

2.根据权利要求1所述的超临界高压釜水化学反馈测控系统，其特征在于，所述进水管路上还串联有树脂罐(1)，所述化学药剂存储装置连接在树脂罐(1)与水箱(2)之间的进水管路上。

3.根据权利要求1所述的超临界高压釜水化学反馈测控系统，其特征在于，所述检测仪器为溶解氧表(4)，所述化学药剂存储装置为氮气瓶(7)，所述控制开关为电动控制阀(6)，所述控制器为溶解氧信号反馈控制器(5)；该氮气瓶(7)通过电动控制阀(6)连通在水箱(2)底部，该溶解氧信号反馈控制器(5)均与电动控制阀(6)和溶解氧表(4)电连接。

4.根据权利要求1所述的超临界高压釜水化学反馈测控系统，其特征在于，所述检测仪器为pH计(8)，所述化学药剂存储装置为LiOH储罐(11)，所述控制开关为蠕动泵A(10)，所述控制器为pH信号反馈控制器(9)；该LiOH储罐(11)通过蠕动泵A(10)与进水管路连通，该pH信号反馈控制器(9)均与蠕动泵A(10)和pH计(8)电连接。

5.根据权利要求1所述的超临界高压釜水化学反馈测控系统，其特征在于，所述检测仪器为电导率计(12)，所述化学药剂存储装置为硼酸储罐(15)，所述控制开关为蠕动泵B(14)，所述控制器为电导率信号反馈控制器(13)；该硼酸储罐(15)通过蠕动泵B(14)与进水管路连通，该电导率信号反馈控制器(13)均与蠕动泵B(14)和电导率计(12)电连接。

6.根据权利要求1所述的超临界高压釜水化学反馈测控系统，其特征在于，所述检测仪器包括溶解氧表(4)、pH计(8)和电导率计(12)；所述化学药剂存储装置包括氮气瓶(7)、LiOH储罐(11)和硼酸储罐(15)，所述控制开关包括电动控制阀(6)、蠕动泵A(10)和蠕动泵B(14)，所述控制器包括溶解氧信号反馈控制器(5)、pH信号反馈控制器(9)和电导率信号反馈控制器(13)；

该氮气瓶(7)通过电动控制阀(6)连通在水箱(2)底部，该溶解氧信号反馈控制器(5)均与电动控制阀(6)和溶解氧表(4)电连接；该LiOH储罐(11)通过蠕动泵A(10)与进水管路连通，该pH信号反馈控制器(9)均与蠕动泵A(10)和pH计(8)电连接；该硼酸储罐(15)通过蠕动泵B(14)与进水管路连通，该电导率信号反馈控制器(13)均与蠕动泵B(14)和电导率计(12)电连接。

7.根据权利要求1所述的超临界高压釜水化学反馈测控系统，其特征在于，所述检测仪器与水箱(2)之间的检测支路上设置有截止阀(3)。

8.一种超临界高压釜水化学反馈测控系统的控制方法，其特征在于，包括：

在控制器中设定超临界高压釜回路(16)中水的目标值，启动超临界高压釜水化学反馈测控系统；

超临界高压釜回路(16)中的水通过进水管路进入到水箱(2)中，水箱(2)中的水一部分返回到超临界高压釜回路(16)中，另一部分水流入到检测支路中，通过检测支路上的检测仪器检测后返回到进水管路中；

控制器接收检测仪器检测得到的数据，并与设定的目标值相比较，如果达到目标值，则关闭控制开关，如果未达到目标值，则开启控制开关；

控制开关开启后促使化学药剂存储装置中的化学药剂进入到进水管路中，与超临界高压釜回路(16)中的水混合后进入到水箱(2)中，然后通过水箱(2)的出水管路返回到超临界高压釜回路(16)中，直至超临界高压釜回路(16)中的水达到设定的目标值。

9.根据权利要求8所述的一种超临界高压釜水化学反馈测控系统的控制方法，其特征在于，

根据试验条件，在溶解氧信号反馈控制器(5)中设定溶解氧含量目标值，在pH信号反馈控制器(9)中设定pH目标值，在电导率信号反馈控制器(13)中设定电导率目标值，打开截止阀3，启动超临界高压釜水化学反馈测控系统；

超临界高压釜回路(16)中的水进入水箱(2)，水箱(2)中的水一部分返回到超临界高压釜回路(16)中，另一部分的水进入到检测支路中通过溶解氧表(4)、pH计(8)和电导率计(12)进行检测；

溶解氧表(4)将检测到的数据传输给溶解氧信号反馈控制器(5)，溶解氧信号反馈控制器(5)根据检测到的数据判断是否达到设定的目标值，如果达到则控制电动控制阀(6)关闭，如果未达到则控制电动控制阀(6)的开启，进而控制氮气瓶(7)中的氮气进入水箱(2)，对水箱(2)中的水进行除氧，直到超临界高压釜回路(16)中溶解氧含量达到设定的目标值；

pH计(8)将检测到的数据传输给pH信号反馈控制器(9)，pH信号反馈控制器(9)根据检测到的数据判断是否达到设定的目标值，如果达到则控制蠕动泵A(10)关闭，如果未达到则控制蠕动泵A(10)开启，进而控制LiOH储罐(11)向水箱(2)的进水管路中加入LiOH溶液调节pH值，直到超临界高压釜回路(16)中pH值到达设定的目标值；

电导率计(12)将检测到的数据传输给电导率信号反馈控制器(13)，电导率信号反馈控制器(13)根据检测到的数据判断是否达到设定的目标值，如果达到则控制蠕动泵B(14)关闭，如果未达到则控制蠕动泵B(14)开启，进而控制硼酸储罐15向水箱(2)的进水管路中加入硼酸溶液调节回路的电导率值，直到超临界高压釜回路(16)中电导率值达到设定的目标值。

10.根据权利要求9所述的一种超临界高压釜水化学反馈测控系统的控制方法，其特征在于，当超临界高压釜回路(16)中溶解氧含量、pH值和电导率值均达到设定的目标值时，手动断开设置在检测支路上的截止阀(3)。