CN107799193B - 多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置 - Google Patents

多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置，包括反应堆模拟体及一回路系统、非能动余热排出系统、海水系统，其中：反应堆模拟体及一回路系统：用于模拟反应堆的在停堆或者工况事故状态下的热力学状态；非能动余热排出系统：用于将反应堆模拟体及一回路系统产生的热量排出，将热量通过应急冷凝器传递给海水系统；海水系统：模拟海水输入，并将应急冷凝器的热量带走并排出。本发明通过在余热排出热交换器二次侧产生的蒸汽通过自然循环管道排放到应急冷凝器进行冷却形成欠热水的过程中增加一个余热排出回路控制阀门，从而可以模拟出多种工况下的余热排出情况，可以通过余热排出回路控制阀门调节出不同的排出阻力。

Description

多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置
技术领域
本发明涉及反应堆停堆或工况事故状态下的余热排出试验领域，具体涉及多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置。
背景技术
反应堆在停堆后相当长一段时间内，由于剩余燃料裂变和裂变产物衰变而产生余热，不断产生的余热使堆芯温度压力逐步升高；为保证反应堆的安全，必须及时可靠地排出反应堆的余热，否则会发生堆芯熔化压力边界和安全壳破损等事故。非能动余热排出技术作为先进压水堆核电站的主要特点受到了核电发达国家的重视，国内外多种先进堆型均采用了非能动安全技术。
非能动余热排出系统作为先进水冷反应堆中的重要安全系统之一，可以提高反应堆的安全性能。为了提高反应堆的安全性能，各国都对非能动余热排出技术在反应堆中的应用开展了热工水力分析和试验研究。非能动余热排出系统依靠回路中工质密度差和位差所形成的驱动力，克服回路中的流动阻力，使工质产生循环流动，使停堆后的反应堆持续得到冷却。
非能动余热排出系统热工水力特性是反应堆安全性能的重要研究内容，非能动余热排出系统的热工水力特性研究对反应堆安全系统、控制系统的设计论证、提高反应堆安全性能具有重要的意义。研究表明，影响非能动余热排出系统的热工水力特性的因素很多，系统的几何参数以及非能动余热排出系统的不同布置方式都会对其产生不同程度的影响，目前非能动余热排出系统的热工水力特性一般都是通过开展试验来进行研究。由于多环路耦合的非能动余热排出系统工作方式的特殊性，其流动、传热等热工水力特性与常规水冷反应堆简单非能动余热排出系统存在差异，其热工水力特性研究难度较大，目前国内、外对于多环路耦合导热的反应堆非能动余热排出系统热工水力特性研究并不充分。
经专利查新，目前国内外没有针对多环路耦合导热的非能动余热排出系统的热工水力实验装置。
综上所述，以上文献、专利均没有涉及多环路耦合导热的非能动余热排出系统热工水力实验装置设计，且目前的热工水力实验装置的设计不满足多环路耦合导热的非能动余热排出系统实验要求。
发明内容
本发明的目的在于提供多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置，解决现有技术中的非能动模拟实验装置不满足多环路耦合导热的非能动余热排出系统实验要求的问题，达到能够承受高温高压、高电流，能够实现对原型的模拟且能够多次重复地开展热工水力实验的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置，包括反应堆模拟体及一回路系统、非能动余热排出系统、海水系统，其中：反应堆模拟体及一回路系统：用于模拟反应堆的在停堆或者工况事故状态下的热力学状态；非能动余热排出系统：用于将反应堆模拟体及一回路系统产生的热量排出，将热量通过应急冷凝器传递给海水系统；海水系统：模拟海水输入，并将应急冷凝器的热量带走并排出。本发明的试验装置包括三大部分：反应堆模拟体及一回路系统、非能动余热排出系统、海水系统，与现有技术相比，本发明的重要区别是通过应急冷凝器作为热传递排出的手段，可以大大提高排热的能力，从而可以实现多种工况事故的模拟排热，而且其能够承受高温高压、高电流，能够实现对原型的模拟且能够多次重复地开展热工水力实验。
所述的反应堆模拟体及一回路系统包括堆芯、蒸汽发生器、上升段、吊篮模拟件、压力容器下段、压力容器中段、以及压力容器上段，吊篮模拟件处于压力容器下部，堆芯吊挂在吊篮模拟件内部，在吊篮模拟件上方的上升段，蒸汽发生器均匀布置在上升段模拟件外壁和压力容器内壁构成的环腔内。
所述的非能动余热排出系统包括余热排出热交换器，余热排出热交换器二次侧产生的蒸汽通过自然循环管道排放到应急冷凝器进行冷却形成欠热水，欠热水通过经气动快开阀后流入余热排出热交换器的二次侧给水母管。
在所述自然循环管道上设置有余热排出回路控制阀门、超声波流量计。进一步讲，本发明通过在余热排出热交换器二次侧产生的蒸汽通过自然循环管道排放到应急冷凝器进行冷却形成欠热水的过程中增加一个余热排出回路控制阀门，可以控制和调节蒸汽的流量，从而可以模拟出多种工况下的余热排出情况，同时，可以通过余热排出回路控制阀门调节出不同的排出阻力，有利于多种试验。
所述的海水系统包括海水箱，海水箱上设置有进水口和出水口，其中进水口的水平位置高于出水口，在进水口上设置有海水流量模拟调节阀，应急冷凝器的二次侧冷却液通过管道与海水箱换热。进一步讲，本发明的从应急冷凝器二次侧流出的冷却剂，经与海水箱补水混合后进行降温，然后模拟海水箱底部流出，再次进入应急冷凝器，海水温度通过调整海水箱的补水流量进行控制，海水箱上部给水，下部排水的方式稳定海水系统温度，满足了非能动系统对海水模拟系统的温度控制要求；所述应急冷凝器的二次侧冷却液管道上还设置有冷却液流量调节阀、冷却液流量计。
所述的应急冷凝器包括多根并列的冷却液套管，冷却液套管通过短接管首尾连接形成整体，在冷却液套管内设置有蒸汽管道，蒸汽管道通过端部的弧形管一次相连形成整体，每根冷却液套管的一端通过一个轴向密封环与蒸汽管道连接，另一端通过环形支撑筒与蒸汽管道连接。
所述环形支撑筒套装在蒸汽管道上，其一端与冷却液套管连接形成整体，另一端向外延伸形成套筒，套筒与蒸汽管道之间形成容纳腔，在该容纳腔内安装有一个弹性密封圈，在容纳腔的端部设置有一个可以沿蒸汽管道轴向移动的推动环，在套筒外设置有一个锁紧螺母。具体的讲，本发明的应急冷凝器是很重要的发明点：本发明的应急冷凝器包括多根并列的冷却液套管，冷却液套管通过短接管首尾连接形成整体，在冷却液套管内设置有蒸汽管道，蒸汽管道通过端部的弧形管一次相连形成整体，每根冷却液套管的一端通过一个轴向密封环与蒸汽管道连接，另一端通过环形支撑筒与蒸汽管道连接，如此形成双层的套装蛇形结构，而且通过交替式的折叠结构，大大缩小了体积，同时也便于局部管件的拆卸更换；通过设置的轴向密封环和环形支撑套筒的设置，极大地提高了密封性能，同时利用环形支撑筒的一端向外延伸，形成筒体结构，筒体与蒸汽管道之间形成容纳腔，在该容纳腔内安装有一个弹性密封圈，在容纳腔的端部设置有一个可以沿蒸汽管道轴向移动的推动环，在套筒外设置有一个锁紧螺母，通过锁紧螺母的旋钮作用，带动推动环在轴向上移动，从而使得弹性密封圈变形后充分挤压容纳腔，起到密封作用。
所述的多根并列的冷却液套管之间还设置有加强连接件。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置，本发明通过在余热排出热交换器二次侧产生的蒸汽通过自然循环管道排放到应急冷凝器进行冷却形成欠热水的过程中增加一个余热排出回路控制阀门，可以控制和调节蒸汽的流量，从而可以模拟出多种工况下的余热排出情况，同时，可以通过余热排出回路控制阀门调节出不同的排出阻力，有利于多种试验；
2、本发明多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置，反应堆模拟体及一回路系统、非能动余热排出系统、海水系统，与现有技术相比，本发明的重要区别是通过应急冷凝器作为热传递排出的手段，可以大大提高排热的能力，从而可以实现多种工况事故的模拟排热，而且其能够承受高温高压、高电流，能够实现对原型的模拟且能够多次重复地开展热工水力实验；
3、本发明多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置，应急冷凝器包括多根并列的冷却液套管，冷却液套管通过短接管首尾连接形成整体，在冷却液套管内设置有蒸汽管道，蒸汽管道通过端部的弧形管一次相连形成整体，每根冷却液套管的一端通过一个轴向密封环与蒸汽管道连接，另一端通过环形支撑筒与蒸汽管道连接，如此形成双层的套装蛇形结构，而且通过交替式的折叠结构，大大缩小了体积，同时也便于局部管件的拆卸更换。
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为本发明原理示意图；
图2为本发明应急冷凝器结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-反应堆模拟体及一回路系统，2-余热排出热交换器，3-海水箱，4-冷却液流量调节阀，5-应急冷凝器，6-超声波流量计，7-余热排出回路控制阀门，8-进水口，9-出水口，10-海水流量模拟调节阀，11-冷却液流量计，501-冷却液套管，502-短接管，503-蒸汽管道，504-轴向密封环，505-环形支撑筒，506-弹性密封圈，507-推动环，508-锁紧螺母，509-加强连接件。
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
如图1至2所示，本发明多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置，包括反应堆模拟体及一回路系统1、非能动余热排出系统、海水系统，其中反应堆模拟体及一回路系统包括堆芯、蒸汽发生器、上升段、吊篮模拟件、压力容器下段、压力容器中段、以及压力容器上段，吊篮模拟件处于压力容器下部，堆芯吊挂在吊篮模拟件内部，在吊篮模拟件上方的上升段，蒸汽发生器均匀布置在上升段模拟件外壁和压力容器内壁构成的环腔内，用于模拟反应堆的在停堆或者工况事故状态下的热力学状态；非能动余热排出系统包括余热排出热交换器2，余热排出热交换器2二次侧产生的蒸汽通过自然循环管道排放到应急冷凝器5进行冷却形成欠热水，自然循环管道上设置有余热排出回路控制阀门7、超声波流量计6，欠热水通过经气动快开阀后流入余热排出热交换器的二次侧给水母管，用于将反应堆模拟体及一回路系统1产生的热量排出，将热量通过应急冷凝器5传递给海水系统；海水系统包括海水箱3，海水箱的设计高度为0.5m，横截面积0.2m2，海水箱3上设置有进水口8和出水口9，其中进水口8的水平位置高于出水口9，在进水口8上设置有海水流量模拟调节阀10，应急冷凝器5的二次侧冷却液通过管道与海水箱3换热模拟海水输入，并将应急冷凝器5的热量带走并排出，应急冷凝器5的二次侧冷却液管道上还设置有冷却液流量调节阀4、冷却液流量计11，应急冷凝器5包括多根并列的冷却液套管501，冷却液套管501通过短接管502首尾连接形成整体，在冷却液套管501内设置有蒸汽管道503，蒸汽管道503通过端部的弧形管一次相连形成整体，每根冷却液套管501的一端通过一个轴向密封环504与蒸汽管道503连接，另一端通过环形支撑筒505与蒸汽管道503连接，环形支撑筒505套装在蒸汽管道503上，其一端与冷却液套管501连接形成整体，另一端向外延伸形成套筒，套筒与蒸汽管道503之间形成容纳腔，在该容纳腔内安装有一个弹性密封圈506，在容纳腔的端部设置有一个可以沿蒸汽管道503轴向移动的推动环507，在套筒外设置有一个锁紧螺母508，多根并列的冷却液套管501之间还设置有加强连接件509；应急冷凝器5为套管式换热器，传热管蛇型结构，设计功率24.4kW，总长为5.6m，传热管尺寸为Φ24mm×2mm，壳程套管尺寸为Φ35mm×1.5mm，传热管与壳程套管之间布置定位肋片，保证传热管与壳程套管同轴，传热管与壳程套管间隙4mm，满足传热管热膨胀要求。
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 (5)

1.多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置，其特征在于：包括反应堆模拟体及一回路系统(1)、非能动余热排出系统、海水系统，其中：
反应堆模拟体及一回路系统：用于模拟反应堆的在停堆或者工况事故状态下的热力学状态；
非能动余热排出系统：用于将反应堆模拟体及一回路系统(1)产生的热量排出，将热量通过应急冷凝器(5)传递给海水系统；所述的非能动余热排出系统包括余热排出热交换器(2)，余热排出热交换器(2)二次侧产生的蒸汽通过自然循环管道排放到应急冷凝器(5)进行冷却形成欠热水，欠热水通过经气动快开阀后流入余热排出热交换器的二次侧给水母管；
海水系统：模拟海水输入，并将应急冷凝器(5)的热量带走并排出；
在所述自然循环管道上设置有余热排出回路控制阀门(7)和超声波流量计(6)；
所述的海水系统包括海水箱(3)，海水箱(3)上设置有进水口(8)和出水口(9)，其中进水口(8)的水平位置高于出水口(9)，在进水口(8)上设置有海水流量模拟调节阀(10)，应急冷凝器(5)的二次侧冷却液通过管道与海水箱(3)换热；
所述应急冷凝器(5)的二次侧冷却液管道上还设置有冷却液流量调节阀(4)和冷却液流量计(11)。
2.根据权利要求1所述的多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置，其特征在于：所述的反应堆模拟体及一回路系统(1)包括堆芯、蒸汽发生器、上升段、吊篮模拟件、压力容器下段、压力容器中段、以及压力容器上段，吊篮模拟件处于压力容器下部，堆芯吊挂在吊篮模拟件内部，在吊篮模拟件上方的上升段，蒸汽发生器均匀布置在上升段模拟件外壁和压力容器内壁构成的环腔内。
3.根据权利要求1所述的多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置，其特征在于：所述的应急冷凝器(5)包括多根并列的冷却液套管(501)，冷却液套管(501)通过短接管(502)首尾连接形成整体，在冷却液套管(501)内设置有蒸汽管道(503)，蒸汽管道(503)通过端部的弧形管一次相连形成整体，每根冷却液套管(501)的一端通过一个轴向密封环(504)与蒸汽管道(503)连接，另一端通过环形支撑筒(505)与蒸汽管道(503)连接。
4.根据权利要求3所述的多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置，其特征在于：所述环形支撑筒(505)套装在蒸汽管道(503)上，其一端与冷却液套管(501)连接形成整体，另一端向外延伸形成套筒，套筒与蒸汽管道(503)之间形成容纳腔，在该容纳腔内安装有一个弹性密封圈(506)，在容纳腔的端部设置有一个可以沿蒸汽管道(503)轴向移动的推动环(507)，在套筒外设置有一个锁紧螺母(508)。
5.根据权利要求3所述的多环路耦合导热的非能动余热排出系统试验模拟装置，其特征在于：所述的多根并列的冷却液套管(501)之间还设置有加强连接件(509)。
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