CN109036599B - 一种化学品挥发动力学行为的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种化学品挥发动力学行为的试验装置，用于模拟核电站安全壳打压试验，包括模拟打压系统、化学品挥发系统以及分析系统，其中：模拟打压系统用于模拟核电站安全壳打压试验的压力条件，向化学品挥发系统提供预定压力的气体；化学品挥发系统用于模拟安全壳内在不同气体压力及流速条件下的化学品挥发工况；分析系统用于测定在不同气体压力及流速条件下的化学品挥发的气体的种类和相关参数。本发明利用模拟打压系统和化学品挥发系统很好的再现了现场环境，模拟了安全壳内加压条件下的化学品挥发环境，所得结果真实可靠，并且可准确地定性定量分析各种复杂化合物。

Description

一种化学品挥发动力学行为的试验装置

技术领域

本发明涉及核电站安全技术领域，尤其涉及一种用于模拟核电站安全壳打压试验的化学品挥发动力学行为的试验装置。

背景技术

核电站安全壳是核安全最后一道屏障，设计的功能是在任何情况下，要防止放射性物质逸出安全壳，以保护环境与公众。中广核主力机型的安全壳由900mm预应力混凝土墙与6mm钢内衬两部分结构组成，预应力混凝土墙提供足够的强度抗力，钢内衬则为保证安全壳优良的密封性能。

为保证安全壳正确的功能特性，当机组停运后，核电站通过计划性的周期试验来确认设计功能。安全壳的周期性试验被称为安全壳打压试验，安全壳打压试验有两个目的：一是验证大破口极端事故环境下（压力峰值4.2bar.g、温度峰值145℃、汽气混合物），安全壳整体结构的密封性；二是验证安全壳的机械性能与结构强度，包括局部应力、预应力钢缆张力、安全壳直径、地基沉降、安全壳外观损伤等等，安全壳试验时人员不得进入安全壳内部，且安全壳内大部分设备停止使用。

火灾风险是安全壳打压试验的主要风险。为了实现对安全壳打压试验的时间进行优化，但此优化会使安全壳打压试验中火灾风险偏离原始状态，具体表现为安全壳打压试验前安全壳内使用的化学品挥发出的易燃易爆气体不能充分排出且在安全壳打压试验期间这些化学品仍有可能继续挥发出易燃易爆气体。若实行此优化对化学品挥发动力学行为的研究是必不可少的。而现有的检测挥发气体中有机物成分的气相色谱分析法要对物品取样加热之后研究挥发气体成分，无法模拟安全壳内打压试验现场环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于模拟核电站打压试验期间安全壳内化学品挥发动力学行为的试验装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种化学品挥发动力学行为的试验装置，用于模拟核电站安全壳打压试验，其特征在于，包括模拟打压系统、化学品挥发系统以及分析系统，其中：

所述模拟打压系统用于模拟核电站安全壳打压试验的压力条件，向所述化学品挥发系统提供预定压力的气体；

所述化学品挥发系统用于模拟安全壳内在不同气体压力及流速条件下的化学品挥发工况；

所述分析系统用于测定在不同气体压力及流速条件下的所述化学品挥发的气体的种类和相关参数。

其中，所述模拟打压系统包括用于提供气压源的气压提供单元、用于调整所述模拟打压系统充压速度的充压速度调节单元、用于测量模拟打压系统的气流速度的气流速度测量单元，所述气压提供单元与所述充压速度调节单元的输入端连接，所述气流速度测量单元设置于所述充压速度调节单元的输出端。

其中，所述气压提供单元为高压空气气瓶，所述充压速度调节单元为恒流阀，所述气流速度测量单元为质量流量计，所述高压空气气瓶与所述恒流阀的输入端连接，所述质量流量计设置于所述恒流阀的输出端。

其中，所述化学品挥发系统至少包括温度控制容器，以及设置于所述温度控制容器中的样品放置单元和使得气体循环的循环单元，所述样品放置单元的输入端与所述恒流阀的输出端连通，所述样品放置单元的输出端通过第一管线与所述循环单元的输入端连接，所述循环单元的输出端通过第二管线与所述样品放置单元的输入端连接。

其中，所述温度控制容器为恒温箱，所述样品放置单元为挥发腔，所述循环单元为可调节气体流速的循环泵。

其中，所述分析系统包括在线气相色谱质谱联用仪，所述在线气相色谱质谱联用仪设置在所述循环泵的输入端与所述挥发腔的输出端之间的第二管线上；所述挥发腔、在线气相色谱质谱联用仪、所述循环泵、第一管线以及第二管线形成循环回路。

其中，所述第二管线位于所述恒温箱外的部分设有保温层。

其中，所述化学品挥发系统还包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器设置于所述第一管线或第二管线上，所述温度传感器设置于所述恒温箱的壳体上。

其中，所述试验装置还包括连接在所述第二管线上的排空单元，所述排空单元用于在试验结束后，对化学品挥发系统进行降压并排出挥发气体。

本发明实施例的有益效果在于：本发明利用模拟打压系统和化学品挥发系统很好的再现了现场环境，模拟了安全壳内加压条件下的化学品挥发环境，所得结果真实可靠；本发明使用在线气相色谱-质谱联用仪器鉴别化学品挥发成分，可准确地定性定量分析各种复杂化合物。本发明对安全壳打压试验前和安全壳打压试验期间的安全壳内化学品挥发动力学行为进行研究，为后续进行安全壳内气体流动数值模拟提供输入，避免安全壳打压试验的时间优化带来的火灾风险的损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的化学品挥发动力学行为的试验装置的结构框图。

图2是本发明的化学品挥发动力学行为的试验装置的一具体实施方式结构框图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。

如图1所示，本发明的研究化学品挥发动力学行为的试验装置包括模拟打压系统1、化学品挥发系统2以及分析系统3，其中模拟打压系统1用于模拟核电站安全壳打压试验的压力条件，向化学品挥发系统2提供预定压力的气体；化学品挥发系统2用于模拟安全壳内在不同气体压力及流速条件下的化学品挥发工况；分析系统3用于测定在不同气体压力及流速调教下的所述化学品挥发出的气体的种类和相关参数。

其中，模拟打压系统1包括气压提供单元11，该气压提供单元11用于为模拟打压系统提供气压源。具体地，该气压提供单元可以是高压空气气瓶，为化学品挥发系统提供空气。

其中，模拟打压系统1还包括充压速度调节单元12，该充压速度调节单元12的输入端与气压提供单元11连接，用于调整模拟打压系统1的充压速度。具体地，该充压速度调节单元12为恒流阀，通过调节恒流阀的开度，从而调节气流的流量，进而调整充压的速度。

其中，模拟打压系统1还包括气流速度测量单元13，所述气流速度测量单元13设置于所述充压速度调节单元12的输出端，用于测量模拟打压系统1的气流速度。具体地，该气流速度测量单元13为质量流量计，由于气体的质量是一个不随时间、空间温度、压力的变化而变化的量，因而通过质量流量计可以获得气流速度。上述气压提供单元11、充压速度调节单元12以及气流速度测量单元13构成了模拟打压系统1，用来模拟安全壳打压试验向安全壳内充压的工况。

其中，该化学品挥发系统还包括温度控制容器21、样品放置单元22和使得气体循环的循环单元23，样品放置单元22和循环单元23设置于温度控制容器21内，该样品放置单元22用于放置化学品，样品放置单元22的输入端所述恒流阀的输出端连通，样品放置单元22的输出端通过第二管线与循环单元23的输入端连接，循环单元23的输出端通过第一管线与样品放置单元22的输入端连接，通过在样品放置单元22中放置化学样品用于模拟安全壳中化学品的挥发状态，循环单元23使得化学品挥发系统中的气体循环流动，此外，还可以通过调节循环单元23来改变样品放置单元中的气体的流动速率，从而研究空气流动速率对气体挥发速率的影响。具体地，样品放置单元22可以是挥发腔，循环单元23为可调节气体流速的循环泵，挥发腔的输入端与恒流阀的输出端连通，挥发腔的输出端通过第二管线与循环泵的输入端连接，循环泵的输出端通过第一管线与挥发腔的输入端连接，通过改变循环泵内的电风扇的转动频率来调整挥发腔中的气体的流动速率，从而研究空气流动速率对气体挥发速率的影响。

其中，化学品挥发系统2还包括压力传感器24，该压力传感器24设置于第一管线或第二管线内，用于测量管线内的压力值。

其中，化学品挥发系统2还包括温度传感器25，温度传感器25设置于恒温箱的壳体上，用于测量恒温箱内的温度。

分析系统3优选为可以实时在线测定危险化学品中挥发出的气体种类及其相关参数的分析系统，具体地，分析系统3可以是在线气相色谱-质谱联用仪，其中，所述在线气相色谱-质谱联用仪设置在所述循环泵的输入端与所述挥发腔的输出端之间的第二管线上；所述挥发腔、在线气相色谱-质谱联用仪、所述循环泵、第一管线以及第二管线形成循环回路。设置于恒温箱外的第二管线部分设有保温层，以确保系统温度的均匀性。挥发性的气体包括甲醇、乙醇、甲苯等常见的易燃易爆气体，其中气体的相关参数可以是气体浓度或者质量，可以利用在线气相色谱-质谱联用仪获得气体的质量，进而计算得到气体的浓度。

该试验装置还包括排空单元，排空单元设置在管线上，用于在安全壳打压试验结束后对化学品挥发系统进行降压并排出挥发品气体，具体地，该排空单元为管道排空阀，当试验结束后，打开排空阀，排出化学品挥发系统中的挥发气体。

此外，该试验系统的压力传感器数据、温度传感器数据以及质量流量计的数据均可以通过采集卡采集后输入给后台系统中，便于后续工作使用和分析。

图2为化学品挥发动力学行为的试验装置的一具体实施方式结构框图。其中高压空气气瓶31、恒流阀32以及质量流量计33构成了模拟打压系统，化学品挥发系统包括恒温箱34、设置于恒温箱内的挥发腔35以及可调节气体流速的循环泵36、压力传感器38以及温度传感器37，分析系统包括在线气相色谱-质谱联用仪39。高压空气气瓶31用于提供空气源，恒流阀32用于调节模拟打压系统充压速度，质量流量计33用于测定气流速度，高压空气气瓶31通过管线与恒流阀32的输入端连接，质量流量计33设置于恒流阀32的输出端，上述三者结合起来模拟安全壳打压试验向安全壳内充压的工况；挥发腔35中放置有化学品以模拟安全壳中化学品的挥发状态，挥发腔35的输入端通过管线与恒流阀32的输出端连接，挥发腔35的输出端通过第二管线42与循环泵36的输入端连接，循环泵36的输出端通过第一管线41与挥发腔的输入端连接。在线气相色谱-质谱联用仪39设置在循环泵36的输入端与所述挥发腔35的输出端之间的第二管线上42；挥发腔35、在线气相色谱-质谱联用仪39、所循环泵36、第一管线41以及第二管线42形成循环回路。设置于恒温箱34外的管线部分设有保温层，以确保系统温度的均匀性。通过调节循环泵36内部风扇的转动频率，调整挥发腔35中的气体流动速率，进而研究空气流动速率对气体挥发速率的影响。压力传感器38设置于第一管线41或第二管线42上，用于测量管线内的压力，温度传感器37设置于恒温箱34的壳体上，用于测量恒温箱34内的温度值。在线气相色谱-质谱联用仪39实时在线自动测定危险化学品中挥发出的气体种类和浓度，通过获得的气体种类以及相应的浓度进行化学品挥发动力学行为分析。在实验结束后，通过打开设置在第二管线42上的排空阀40给化学品挥发系统降压并排出挥发气体。压力传感器数据以及温度传感器数据以及质量流量计的数据均可以通过数据采集卡采集后输入后台系统中，便于后续工作研究分析。

本发明利用模拟打压系统和危险化学品挥发系统很好的再现了现场环境，模拟了安全壳内加压条件下的化学品挥发环境，所得结果真实可靠；本发明使用在线气相色谱-质谱联用仪器鉴别化学品挥发成分，可准确地定性定量分析各种复杂化合物。本发明对安全壳打压试验前和安全壳打压试验期间的安全壳内化学品挥发动力学行为进行研究，为后续进行安全壳内气体流动数值模拟提供输入，避免安全壳打压试验的时间优化带来的火灾风险的损失。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种化学品挥发动力学行为的试验装置，用于模拟核电站安全壳打压试验，其特征在于，包括模拟打压系统、化学品挥发系统以及分析系统，其中：

所述模拟打压系统用于模拟核电站安全壳打压试验的压力条件，向所述化学品挥发系统提供预定压力的气体；

所述化学品挥发系统用于模拟安全壳内在不同气体压力及流速条件下的化学品挥发工况；

所述分析系统用于测定在不同气体压力及流速条件下的所述化学品挥发的气体的种类和相关参数；

其中，所述模拟打压系统包括用于提供气压源的气压提供单元、用于调整所述模拟打压系统充压速度的充压速度调节单元、用于测量模拟打压系统的气流速度的气流速度测量单元，所述气压提供单元与所述充压速度调节单元的输入端连接，所述气流速度测量单元设置于所述充压速度调节单元的输出端；

所述气压提供单元为高压空气气瓶，所述充压速度调节单元为恒流阀，所述气流速度测量单元为质量流量计，所述高压空气气瓶与所述恒流阀的输入端连接，所述质量流量计设置于所述恒流阀的输出端；

所述化学品挥发系统至少包括温度控制容器，以及设置于所述温度控制容器中的样品放置单元和使得气体循环的循环单元，所述样品放置单元的输入端与所述恒流阀的输出端连通，所述样品放置单元的输出端通过第一管线与所述循环单元的输入端连接，所述循环单元的输出端通过第二管线与所述样品放置单元的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述温度控制容器为恒温箱，所述样品放置单元为挥发腔，所述循环单元为可调节气体流速的循环泵。

3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于：所述分析系统包括在线气相色谱质谱联用仪，所述在线气相色谱质谱联用仪设置在所述循环泵的输入端与所述挥发腔的输出端之间的第二管线上；所述挥发腔、在线气相色谱质谱联用仪、所述循环泵、第一管线以及第二管线形成循环回路。

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于：所述第二管线位于所述恒温箱外的部分设有保温层。

5.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于：所述化学品挥发系统还包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器设置于所述第一管线或第二管线上，所述温度传感器设置于所述恒温箱的壳体上。

6.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括连接在所述第二管线上的排空单元，所述排空单元用于在试验结束后，对化学品挥发系统进行降压并排出挥发气体。

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