CN110047600A - 稳压器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种稳压器系统(100)，所述稳压器系统(100)包括容器体(11)、进水管线和加热装置，其中所述进水管线与容器体(11)的底部连通，并且所述加热装置设置在容器体(11)内部，所述稳压器系统(100)还包括蒸汽管线(14)和热水管线(15)，所述蒸汽管线(14)设置在容器体(11)的顶部，用于排出蒸汽，并且所述热水管线(15)从容器体(11)的顶部伸入容器体(11)内并延伸到容器体(11)的中部，用于排出热水。稳压器系统包括中部加热棒和底部加热棒，并且分区控制。根据本发明的稳压器系统(100)，可以同时作为稳压器、蒸汽锅炉和热水箱使用，能够实现多个高压容器的功能。
Description
技术领域
本发明涉及试验模拟技术领域或核电技术领域，具体地，涉及一种稳压器系统。
背景技术
在研究汽-水相互作用的高温高压试验台架上需要安装稳压器，以确保试验过程中有一个稳定的压力环境，例如，在大型先进压水堆核电厂堆芯补水箱系统试验台架中，需要安装稳压器。
堆芯补水箱(Core Makeup Tank，CMT)是压水堆应急堆芯冷却系统的主要压力容器设备，其工作原理是利用堆芯补水箱与反应堆堆芯的高差，向反应堆内注水，实现事故工况下的非能动堆芯冷却。为了研究不同的试验现象，堆芯补水箱试验系统可以具有不同的工作模式，相应地，除了稳压器，还需要为堆芯补水箱系统试验台架配备蒸汽锅炉和热水箱等容器，以分别向试验段供应蒸汽和热水，使堆芯补水箱试验系统工作在不同的模式下。多个高压容器的存在导致试验系统更复杂，而且每个压力容器的成本都较高，因此推高了试验系统的成本。
此外，对于现有的蒸汽锅炉和热水箱，加热棒设置在容器底部，在特定工作模式下，不能提供足够且稳定的热量供应，并且功率调节有限。
发明内容
本发明的目的在于至少部分地克服现有技术的缺陷，提供一种多功能的稳压器系统，能够实现多个高压容器的功能。
本发明的目的还在于提供一种稳压器系统，其能够适用于堆芯补水箱试验系统的不同的工作模式。
本发明的目的还在于提供一种运行更稳定、安全性高的稳压器系统。
为达到上述目的或目的之一，本发明的技术解决方案如下：
一种稳压器系统，所述稳压器系统包括容器体、进水管线和加热装置，其中所述进水管线与容器体的底部连通，并且所述加热装置设置在容器体内部。
根据本发明的一个优选实施例，所述稳压器系统还包括蒸汽管线和热水管线，所述蒸汽管线设置在容器体的顶部，用于排出蒸汽，并且所述热水管线从容器体的顶部伸入容器体内并延伸到容器体的中部，用于排出热水，
其中所述加热装置包括第一加热棒组和第二加热棒组，所述第一加热棒组设置在容器体的底部，并且所述第二加热棒组设置在容器体的中部并且位于热水管线的下端部的上方，并且
其中所述容器体的底部设置有扩散器，来自进水管线的冷水通过扩散器进入容器体内部。
根据本发明的一个优选实施例，所述扩散器包括底部封头、顶板和圆周段，在底部封头上设置开口，所述圆周段的两端分别通过焊接与底部封头和顶板连接以形成腔室，并且在所述顶板上设置有多个扩散孔。
根据本发明的一个优选实施例，所述稳压器系统还包括排放管线，所述排放管线设置在容器体的顶部上，并且在所述排放管线上设置有泄压阀。
根据本发明的一个优选实施例，第一加热棒组和第二加热棒组分别包括多个加热棒，每一个加热棒包括固定区、加热区和非加热区，其中固定区用于固定加热棒，并且固定区和非加热区位于加热区的两侧。
根据本发明的一个优选实施例，第一加热棒组包括第一隔板，第一隔板与容器体连接并且保持第一加热棒组的加热棒的非加热区；并且
第二加热棒组包括第二隔板，第二隔板与容器体连接并且保持第二加热棒组的加热棒的非加热区。
根据本发明的一个优选实施例，所述第一隔板包括中心孔、多个加热棒安装孔和多个通孔，第一加热棒组的加热棒的非加热区延伸进入加热棒安装孔中。
根据本发明的一个优选实施例，第一加热棒组包括30-50个加热棒，和/或第二加热棒组包括6-10个加热棒。
根据本发明的一个优选实施例，所述稳压器系统还包括控制单元、传感器和采集卡，所述传感器通过采集卡与控制单元连接，使得通过传感器感测的信号能够被控制单元获得。
根据本发明的一个优选实施例，所述稳压器系统还包括调功柜，所述调功柜与控制单元、第一加热棒组和第二加热棒组连接，用于控制第一加热棒组和第二加热棒组的加热功率。
根据本发明的稳压器系统，使用一个容器实现了多个高压容器的功能，可以同时作为稳压器、蒸汽锅炉和热水箱使用，使得试验系统更为紧凑，从而大幅减少压力容器采购成本。
使用中部加热棒和底部加热棒分区加热，可实现向试验系统供应饱和热水、蒸汽的单独控制，从而可以模拟堆芯补水箱系统的总体运行特性，包括模拟自然循环、排水过程，以及循环模式与排水模式的转换。因此，根据本发明的稳压器系统，能够提供足够且稳定的热量，并且功率调节范围宽。
综上，本发明提供了一种运行更稳定、安全性高的稳压器系统。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的稳压器系统的总体示意图；
图2为示出根据本发明的实施例的稳压器系统的容器体及其内部的详细示意图；
图3为根据本发明的实施例的稳压器系统的第一隔板的示意图；
图4为根据本发明的实施例的稳压器系统的扩散器的正视图；以及
图5为根据本发明的实施例的稳压器系统的扩散器的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的示例性的实施例，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
在压水堆应急堆芯冷却系统中，堆芯补水箱入口的压力平衡管线(PBL管线)连接到大型先进压水堆冷管管段上，出口经安全注入管线(Direct Vessel Inject，DVI管线)直接连接到反应堆压力容器(RPV)上。在本发明中，堆芯补水箱可以有两种工作模式：循环模式和排水模式(蒸汽注入)。在事故工况下(以小破口事故为例)，堆芯压力下降但冷腿尚被冷却剂淹没时，PBL管线、堆芯补水箱、DVI管线和RPV可共同组成自然循环回路实现堆芯冷却，对应于循环模式；当堆芯液位低于冷腿上沿后，PBL管线中的水被蒸汽替代，堆芯补水箱为排水模式。在循环模式下主要研究热分层和自然循环现象；在排水模式下主要研究直接接触冷凝、蒸汽射流和壁面冷凝现象。
上面对本发明的稳压器系统的一种示例性的应用场合进行了介绍，其中应用于堆芯补水箱试验系统中时，要求可以模拟两种工作模式，即循环模式和排水模式，相应地，对堆芯补水箱试验系统提出了较高要求。
根据本发明的总体构思，提供了一种稳压器系统，所述稳压器系统包括容器体、进水管线和加热装置，其中所述进水管线与容器体的底部连通，并且所述加热装置设置在容器体内部。所述稳压器系统还包括蒸汽管线和热水管线，所述蒸汽管线设置在容器体的顶部，用于排出蒸汽，并且所述热水管线从容器体的顶部伸入容器体内并延伸到容器体的中部，用于排出热水。
图1为根据本发明的实施例的稳压器系统的总体示意图，如图1所示，稳压器系统100包括容器体11、进水管线和加热装置，其中所述进水管线与容器体11的底部连通，进水管线与试验段连接，例如连接到大型先进压水堆冷管管段上，在进水管线上设置有第一阀门20，并且所述加热装置设置在容器体11内部。所述稳压器系统100还包括蒸汽管线14和热水管线15，所述蒸汽管线14设置在容器体11的顶部，优选地设置在容器体11的顶部的中心，用于排出蒸汽，并且所述热水管线15从容器体11的顶部伸入容器体11内并延伸到容器体11的中部，用于排出热水。
本发明所描述的稳压器系统是堆芯补水箱试验系统的稳压器(可视为稳压器模拟体)，也是蒸汽/热水的供应设备，运行压力优选为5.9MPa，运行温度优选为278℃，其中容器体11是一个顶部半球形封头、底部平封头的圆柱形容器，容器体11的内径为800mm，内高为3m。
如前所述，容器体的顶部设计有两条管线用于分别向试验段供应蒸汽和热水，从而分别开展自然循环和排水模式的试验。热水管线插入到容器体内部(约中间标高)，运行期间确保容器体内液位不小于50％即可进行热水供应。
所述稳压器系统100还包括排放管线16，所述排放管线16设置在容器体11的顶部上，并且在所述排放管线16上设置有泄压阀17，排放管线16与排水箱连接。通过在容器体顶部设计安全排放管线，可以在系统超压条件下通过安全阀进行泄压。在容器体11的底部还设置有排水管线，接排水箱，在排水管线上设置有第二阀门21。
由此可见，根据本发明的稳压器系统，使用一个容器实现了多个高压容器的功能，可以同时作为稳压器、蒸汽锅炉和热水箱使用，使得试验系统更为紧凑，从而大幅减少压力容器采购成本。具体地，容器体模拟了原型反应堆压力容器的密闭容器部分，在堆芯补水箱试验台架中起到提供热源、回收堆芯补水箱排水的作用，因此在试验中简化了反应堆压力容器内部结构。与反应堆压力容器不同的是，容器体上部为汽空间。打开蒸汽管线时，就将稳压器内的蒸汽通入堆芯补水箱(排水模式)；打开热水管线时，就将稳压器的单相液体通入堆芯补水箱(循环模式)。这样，一方面可以通过两根PBL管线(蒸汽管线和热水管线)的切换实现从循环模式向排水模式的转换，用于单项试验；另一方面，汽空间起到稳压器的作用，简化了试验系统。
为了实现稳压作用，同时不影响自然循环试验的进行，在压力容器中部设置加热棒，在进行自然循环试验时，通过调节中部加热棒的功率来控制蒸汽压力。再次参考图1，所述加热装置包括第一加热棒组12和第二加热棒组13，所述第一加热棒组12设置在容器体11的底部，并且所述第二加热棒组13设置在容器体11的中部并且位于热水管线15的下端部的上方。第一加热棒组12和第二加热棒组13分别包括多个加热棒，可选地，第一加热棒组12包括30-50个加热棒，和/或第二加热棒组13包括6-10个加热棒。
因此，在本发明的实施例中，容器体内部设置有中部加热棒和底部加热棒，功率可以分别为44kW和400kW。底部加热棒功率较大，用于容器体预热和蒸汽供应模式下，向堆芯补水箱提供大量的蒸汽，用与研究汽水相互作用和壁面冷凝相关的现象；中部加热棒可提供足够的热源用于维持自然循环模式下的稳定热量供应，中部加热棒的安装位置位于热水管线下端部的取水口(稳压器系统的容器体的中部)之上，容器体内液位L之下，从而确保通过热水管线供应的热水总是处于饱和状态，且不掺杂蒸汽泡。
使用中部加热棒和底部加热棒分区加热，可实现向试验系统供应饱和热水、蒸汽的单独控制，从而可以模拟堆芯补水箱系统的总体运行特性，包括模拟自然循环、排水过程，以及循环模式与排水模式的转换。因此，根据本发明的稳压器系统，能够提供足够且稳定的热量，并且功率调节范围宽。
有利地，在一个实施例中，每一个加热棒为电加热棒，第一加热棒组的加热棒的外径为21mm，上部加热区长度为800mm，顶端有35mm的非加热区。第一加热棒组的电加热棒的数量为40根，穿过容器体的下封头，竖直安装，加热棒的安装为焊接方式。在容器体的直筒段设置的第二加热棒组的加热棒(中部加热棒)为40kW，其加热棒结构形式与底部加热棒(第一加热棒组的加热棒)相同，但穿过容器体的直筒壁面水平放置，且中部加热棒的加热区长度为500mm，共计8根，分两层水平安装，间距80mm。
根据本发明的实施例，所述稳压器系统100还包括控制单元31、传感器和采集卡32，所述传感器通过采集卡32与控制单元31连接，使得通过传感器感测的信号能够被控制单元31获得。进一步地，所述稳压器系统100还包括调功柜33，所述调功柜33与控制单元31、第一加热棒组12和第二加热棒组13连接，用于控制第一加热棒组12和第二加热棒组13的加热功率，可根据稳压器系统内的压力调节加热棒的功率，实现稳压器系统的容器体内的压力稳定(即供应的热水和蒸汽状态稳定)，自动功率调节采用PID控制。
进一步优选地，容器体设置有液位控制系统，试验过程中冷水注入容器体，由于热胀冷缩，导致稳压器系统的容器体内的液位L不断上升，液位控制系统通过PID控制，通过调节阀门调节，将容器体内的液位控制在恒定的位置。
优选地，所述容器体11的底部设置有扩散器18，来自进水管线的冷水通过扩散器18进入容器体11内部。通过设置扩散器，防止冷水对加热棒造成剧烈的热应力，同时可避免从试验段流入的冷水与容器体的饱和热水作用产生局部振动。图4为根据本发明的实施例的稳压器系统的扩散器的正视图；图5为根据本发明的实施例的稳压器系统的扩散器的俯视图。根据图4-5的具体实施例，所述扩散器18包括底部封头181、顶板182和圆周段183，在底部封头181上设置开口，所述圆周段183的两端分别通过焊接与底部封头181和顶板182连接以形成腔室，并且在所述顶板182上设置有多个扩散孔184。以这种方式，可以使冷水与热水充分地掺混，有效地缓冲因冷热冲击造成的应力和振动。
为稳定地固定和保持加热棒，每一个加热棒被配置为包括固定区、加热区和非加热区，其中固定区用于固定加热棒，并且固定区和非加热区位于加热区的两侧。而且，第一加热棒组12包括第一隔板19，第一隔板19与容器体11连接并且保持第一加热棒组12的加热棒的非加热区；并且第二加热棒组13包括第二隔板28，第二隔板28与容器体11连接并且保持第二加热棒组13的加热棒的非加热区。通过在中部加热棒和底部加热棒的末端的非加热区设置有隔板，为加热棒提供了较好的支撑。
对于底部加热棒的隔板必须进行合理的设计以减少回路阻力，因此，所述第一隔板19被设计为包括中心孔191、多个加热棒安装孔192和多个通孔194，第一加热棒组12的加热棒的非加热区延伸进入加热棒安装孔192中，如图3所示。第一隔板19呈板状，由隔板主体和位于隔板主体两侧的两个耳部组成，其中隔板主体的形状为在圆形的基础上对称地截去两个板段所余下的形状，通过截去部分板段可以增强容器体内的流体连通效果。第一隔板19通过四个连接部193与容器体11连接固定，四个连接部193沿圆周均匀分布，间隔90度角。中心孔191设置在第一隔板19的中心，第一隔板19被分为上半部分和下半部分，上半部分具有20个加热棒安装孔192，下班部分具有20个加热棒安装孔192，相邻的三个加热棒安装孔192的中心的连线构成三角形，并且通孔194位于三角形内，并与该三角形相切。通孔194和中心孔191的设计都是为了使隔板两侧的流体连通，使对流体的影响最小。进一步地，在上半部分和下半部分的交界处设置有两个探针孔195，用于容纳测量探针，以便测量加热棒周围的温度或压力等参数。
图2为示出根据本发明的实施例的稳压器系统的容器体及其内部的详细示意图，下面结合图2详细描述稳压器系统的容器体与其它部件的关系。如图所示，容器体11上设置有冷水入口22、排出口23、热水出口25、蒸汽出口26和排放口27，冷水入口22与进水管线连接，排出口23与排水管线连接，热水出口25与热水管线15连接，蒸汽出口26与蒸汽管线14连接，而排放口27与排放管线16连接。在容器体11的内壁上还设置有固定架24，热水管线15伸入容器体11内部的部分通过固定架24被保持，从而使热水管线15在容器体11内保持稳定，不会受热水和蒸汽的扰动影响。
表1稳压器系统的参数
表1给出了稳压器系统100的工作参数，需要说明的是，给出的参数仅为本发明的优选设置，本发明不限于此。
可见，根据本发明，容器体顶部设计有两条管线用于模拟PBL管线中的蒸汽和热水供应，容器体内部设置中部加热棒和底部加热棒，中部加热棒用于维持循环模式持续进行的加热功率且避免饱和水沸腾后蒸汽混入热水管线；底部加热棒提供足够的功率用于维持蒸汽喷放期间容器体内压力下降后的稳定的压力。
本发明与现有技术相比具有如下优点及效果：使用中部加热棒和底部加热棒分区加热，可实现向试验系统供应饱和热水、蒸汽的单独控制，从而可以模拟堆芯补水箱系统的总体运行特性，包括模拟自然循环、排水过程，以及循环模式与排水模式的转换。这种设计主要包括：采用容器体的底部和中部加热棒独立功率控制；PBL管线被分割为热水管线和蒸汽管线分别模拟高温水和高温蒸汽流经PBL时的不同情形；容器体中部加热棒高于热水管线的入口位置100mm；热水管线的入口总低于容器体液位；并通过阀门配合可以调节不同的工作模式和介质流量。该多功能稳压器系统大幅减少了高温高压压力边界的数量，从而提高了系统的安全性。
综上，本发明提供了一种运行更稳定、安全性高的稳压器系统。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。
附图标记列表：
100稳压器系统
11容器体
12第一加热棒组
13第二加热棒组
14蒸汽管线
15热水管线
16排放管线
17泄压阀
18扩散器
181底部封头
182顶板
183圆周段
184扩散孔
19第一隔板
191中心孔
192加热棒安装孔
193连接部
194通孔
195探针孔
20第一阀门
21第二阀门
22冷水入口
23排出口
24固定架
25热水出口
26蒸汽出口
27排放口
28第二隔板
31控制单元
32采集卡
33调功柜
L液位
Claims (10)
1.一种稳压器系统(100)，其特征在于，所述稳压器系统(100)包括容器体(11)、进水管线和加热装置，其中所述进水管线与容器体(11)的底部连通，并且所述加热装置设置在容器体(11)内部。
2.根据权利要求1所述的稳压器系统(100)，其特征在于，所述稳压器系统(100)还包括蒸汽管线(14)和热水管线(15)，所述蒸汽管线(14)设置在容器体(11)的顶部，用于排出蒸汽，并且所述热水管线(15)从容器体(11)的顶部伸入容器体(11)内并延伸到容器体(11)的中部，用于排出热水，
其中所述加热装置包括第一加热棒组(12)和第二加热棒组(13)，所述第一加热棒组(12)设置在容器体(11)的底部，并且所述第二加热棒组(13)设置在容器体(11)的中部并且位于热水管线(15)的下端部的上方，并且
其中所述容器体(11)的底部设置有扩散器(18)，来自进水管线的冷水通过扩散器(18)进入容器体(11)内部。
3.根据权利要求2所述的稳压器系统(100)，其特征在于，所述扩散器(18)包括底部封头(181)、顶板(182)和圆周段(183)，在底部封头(181)上设置开口，所述圆周段(183)的两端分别通过焊接与底部封头(181)和顶板(182)连接以形成腔室，并且在所述顶板(182)上设置有多个扩散孔(184)。
4.根据权利要求2所述的稳压器系统(100)，其特征在于，所述稳压器系统(100)还包括排放管线(16)，所述排放管线(16)设置在容器体(11)的顶部上，并且在所述排放管线(16)上设置有泄压阀(17)。
5.根据权利要求2所述的稳压器系统(100)，其特征在于，第一加热棒组(12)和第二加热棒组(13)分别包括多个加热棒，每一个加热棒包括固定区、加热区和非加热区，其中固定区用于固定加热棒，并且固定区和非加热区位于加热区的两侧。
6.根据权利要求5所述的稳压器系统(100)，其特征在于，第一加热棒组(12)包括第一隔板(19)，第一隔板(19)与容器体(11)连接并且保持第一加热棒组(12)的加热棒的非加热区；并且
第二加热棒组(13)包括第二隔板(28)，第二隔板(28)与容器体(11)连接并且保持第二加热棒组(13)的加热棒的非加热区。
7.根据权利要求6所述的稳压器系统(100)，其特征在于，所述第一隔板(19)包括中心孔(191)、多个加热棒安装孔(192)和多个通孔(194)，第一加热棒组(12)的加热棒的非加热区延伸进入加热棒安装孔(192)中。
8.根据权利要求5所述的稳压器系统(100)，其特征在于，第一加热棒组(12)包括30-50个加热棒，和/或第二加热棒组(13)包括6-10个加热棒。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的稳压器系统(100)，其特征在于，所述稳压器系统(100)还包括控制单元(31)、传感器和采集卡(32)，所述传感器通过采集卡(32)与控制单元(31)连接，使得通过传感器感测的信号能够被控制单元(31)获得。
10.根据权利要求9所述的稳压器系统(100)，其特征在于，所述稳压器系统(100)还包括调功柜(33)，所述调功柜(33)与控制单元(31)、第一加热棒组(12)和第二加热棒组(13)连接，用于独立地控制第一加热棒组(12)和第二加热棒组(13)的加热功率。
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