CN110828007A - 用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器及压力控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器及压力控制系统，该稳压器包括稳压器本体、喷淋头组件、内部组件、波动管和加热元件；其中，所述喷淋头组件设置在稳压器本体顶部；所述内部组件设置在稳压提本体内部以保护内壁和导向加热元件；所述波动管从稳压器本体侧壁下部引入稳压器本体内部；所述加热元件从稳压器本体底部插入稳压器内部。本发明的稳压器能够实现控制回路压力波动、监测回路冷却剂是否泄漏、高压停堆保护和低压停堆保护等功能。

Description

用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器及压力控制系统
技术领域
本发明涉及反应堆辐照考验回路设备技术领域，具体涉及用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器。
背景技术
反应堆辐照考验回路用于对新型燃料元件进行最终试验验证，模拟燃料元件实际运行的中子场、温度、压力、流量、水质等环境条件，对燃料元件进行堆内辐照试验，以验证燃料元件在预期燃耗深度下的物理热工特性、结构的完整性以及制造工艺的合理性。目前由于我国的燃料元件研发多是基于压水堆模型，因此燃料元件的运行温度一般为310℃，运行压力一般为15.5MPa，高温高压工况下如何对考验回路冷却剂介质进行稳压，控制压力波动范围就成了回路设计的一项关键技术难点。
发明内容
为了克服上述现有技术的技术难点，本发明提供了用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器，本发明专门用于反应堆辐照考验回路，能实现控制回路压力波动、监测回路冷却剂是否泄漏、高压停堆保护和低压停堆保护等功能。
本发明通过下述技术方案实现：
用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器，包括稳压器本体、喷淋头组件、内部组件、波动管和加热元件；其中，所述喷淋头组件设置在稳压器本体顶部；所述内部组件设置在稳压提本体内部以保护内壁和导向加热元件；所述波动管从稳压器本体侧壁下部引入稳压器本体内部；所述加热元件从稳压器本体底部插入稳压器内部。
优选的，所述稳压器本体包括圆柱筒体、上封头、下封头和顶盖；所述上封头为球形封头且与筒体顶端采用等壁厚连接；所述下封头为球形封头且与筒体底端采用等壁厚连接；所述顶盖与所述上封头连接，所述顶盖上开有用于安装喷淋头组件的连接孔；所述下封头上开有用于安装加热元件的套管孔；所述筒体侧壁下端开有用于引入波动管的连接孔。本发明采用这种分体式稳压器本体结构，便于实现且易于操作。
优选的，所述上封头上开有喷淋头拆换孔1个、安全阀连接孔3个和仪表管连接孔4个，下封头还开有排空管连接孔1个和仪表管连接孔4个。
优选的，所述筒体与上封头、下封头均采用对接焊缝焊接，上封头与顶盖通过主螺栓压紧石墨缠绕不锈钢垫片连接在一起；且筒体、上封头、下封头和顶盖均由不锈钢锻件制成。
优选的，所述波动管由不锈钢管弯制90°而成，所述波动管焊接在接管头上，接管头与考验回路的输出管道焊接在一起。本发明的波动管从筒体的侧下部引入容器，而不是从下封头底部引入，这样避免了在开孔较多的下封头开大孔，同时避免了波动管与电加热元件的相互干涉，此外采用90°弯折，有利于波动水在容器内的均匀传播。
优选的，所述喷淋头组件通过喷淋管和喷淋阀与主泵出口相连。
优选的，所述电加热元件套管与下封头冷装后焊接在一起，电加热元件插入套管后通过螺母压紧密封材料实现与稳压器的密封；且所述电加热元件分为三组：启动组、调节组和备用组，其中启动组和备用组具备通断开闭的功能，调节组具备按比例投入的功能。
优选的，所述内部组件包括电加热元件导向格架板和内筒；所述内筒为不锈钢圆筒，所述内筒安装在筒体上部，所述格架板安装在筒体内部且位于内筒下方。
优选的，还包括支撑部件，所述支撑部件包括支撑筒、支腿和基座；所述支撑筒为不锈钢圆筒，所述支撑筒一端与下封头焊接，另一端与支腿的一端焊接，所述支腿的另一端与基座焊接，基座与支腿焊接在一起之后通过地脚螺栓安装在设备基础中。
另一方面，本发明还提出了用于反应堆辐照考验回路的压力控制系统，采用如上所述的稳压器实现考验回路压力波动控制、考验回路冷却剂泄漏监测、高压停堆保护和低压停堆保护。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明的稳压器能够实现控制回路压力波动、监测回路冷却剂是否泄漏、高压停堆保护和低压停堆保护等功能。压力控制系统能够将系统在正常工况下的压力波动控制在-0.17MPa～0.52MPa的范围内；当稳压器液位低于10％汽腔高度时启动补水信号，弥补系统因为跑冒滴漏引起的冷却剂减少；当压力超过16.55MPa时触发高压停堆保护，当压力低于13.1MPa时触发低压停堆保护。
本发明的稳压器主要由本体、波动管、喷淋头和内部构件组成，结构合理可靠，操作方便、维护成本低，不仅在新建回路时能够使用，还能在老回路的改造项目中使用，具有良好的市场前景和推广应用价值。
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为本发明的稳压器结构示意图。
图2为本发明的稳压器压力控制原理图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-顶盖，2-上封头，3-圆柱筒体，4-下封头，5-波动管，6-喷淋管，7-环，8-垫片，9-铁芯，10-管嘴，11-内筒，12-格架板，13-支撑筒，14-支腿，15-基座，16-电加热元件，17-安装预埋板，18-地脚螺栓。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
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
本实施例提出了用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器，包括稳压器本体、喷淋头组件、内部组件、波动管和加热元件；其中，所述喷淋头组件设置在稳压器本体顶部；所述内部组件设置在稳压提本体内部以保护内壁和导向加热元件；所述波动管从稳压器本体侧壁下部引入稳压器本体内部；所述加热元件从稳压器本体底部插入稳压器内部。
如图1所示，本实施例中，稳压器本体主要由圆柱筒体3、上封头2、下封头4和顶盖1组成。上封头2为球形封头，与筒体3采用等壁厚连接，上封头2开有喷淋头拆换孔1个，安全阀连接孔3个，仪表管连接孔4个。下封头4也为球形封头，与筒体3采用等壁厚连接，下封头4开有电加热元件套管孔9个，排空管连接孔1个，仪表管连接孔4个。顶盖1开有喷淋管连接孔1个和主螺栓连接孔8个，所述喷淋头组件通过喷淋管连接孔连接在顶盖1中心处。筒体3两端分别与上封头2、下封头4均采用对接焊缝焊接，上封头2与顶盖1通过主螺栓压紧石墨缠绕不锈钢垫片连接在一起实现密封，整个压力边界安全可靠。筒体3、上封头2、下封头4和顶盖1均由不锈钢锻件制成。
本实施例中，波动管5从筒体3的侧壁下部引入筒体3内，而不是从下封头4底部引入。这样避免了在开孔较多的下封头4开大孔，同时避免了波动管5与电加热元件16的相互干涉。此外，还有利于波动水在容器内的均匀传播。
波动管5由不锈钢管弯制90°而成，波动管5焊接在接管头上，接管头与考验装置出口的管道焊接在一起。
本实施例中，喷淋头组件主要由喷淋管6、铁芯9、管嘴10、垫片8与环7组成。喷淋头组件安装在顶盖上，便于检修和拆换。所述喷淋头组件通过喷淋管6与喷淋阀与主泵出口连接，喷淋水是通过喷淋管而来的主泵出口水。其温度低于稳压器内水、气饱和温度。通过喷淋，以凝结稳压器内蒸汽，限制回路系统的超压、维持回路的正常工作压力。
本实施例中，稳压器的下封头4设置有单端插入式电加热元件16，共9根。电加热元件套管与下封头4冷装后焊接在一起，电加热元件插入套管后通过螺母压紧密封材料实现与稳压器本体的密封。
在运行时，电加热元件16分为三组，启动组、调节组和备用组各三根。其中启动组与备用组具备通断开闭的功能，调节组具备按比例投入的功能。
本实施例中，稳压器的内部组件主要有电加热元件导向格架板12、保护内壁的内筒11等。在稳压器内部共设有两组格架板12，格架板12通过螺钉与焊接在稳压器筒体内部的支撑板相连接。内筒11为不锈钢圆筒，内筒通过支撑块、螺纹块与稳压器筒体连接在一起。
本实施例的稳压器还包括支撑组件，其主要包含支撑筒13、支腿14和基座15三个部分。
支撑筒13为不锈钢圆筒，支撑筒13一端与稳压器的下封头4焊接，另一端与支腿14焊接。支腿14由不锈钢槽钢加工预制而成，支腿14一端与支撑筒13焊接，一端与基座15焊接。基座15为厚度为20mm的不锈钢圆环。基座15与支腿14焊接在一起后通过地脚螺栓18安装在设备基础上。
本实施例的稳压器是一个直立的塔形容器，在其顶部有喷淋头组件，在其中部设有波动管组件，在其底部设有电加热元件，此外，在稳压器内部还设置有电加热元件导向格架板与保护稳压器内壁的内筒。正常工作时，容器内上部的蒸汽约占总容积的40％，下部的饱和水腔约占总容积的60％。喷淋头通过喷淋管和喷淋阀与主泵出口相接，波动管连接到考验装置出口，用以实时跟踪回路温度的变化。
稳压器的主要设计参数如下：设计压力：17.2MPa；水压试验压力：21.6MPa；设计温度：360℃；内部净容积：0.35m3；蒸汽体积：0.14m3；饱和水体积：0.21m3；电加热元件数量：9根；工作介质：去离子饱和水、饱和蒸汽。
本实施例的稳压器还包括安装组件，其主要由安装预埋板17与地脚螺栓18组成，安装预埋板17为碳钢圆环，地脚螺栓18与安装预埋板17焊接在一起后浇筑在设备基础(混凝土)之中。
本实施例的稳压器结构合理可靠，操作方便、维护成本低，不仅在新建回路时能够使用，还能在老回路的改造项目中使用，具有良好的市场前景和推广应用价值。
实施例2
本实施例提出了用于反应堆辐照考验回路的压力控制系统，该系统采用上述实施例1提出的稳压器实现考验回路压力波动控制、考验回路冷却剂泄漏监测、高压停堆保护和低压停堆保护。
具体在本实施例中，实现压力波动控制：由稳压器中的电加热元件、喷淋阀、安全阀(通过上封头安全阀连接孔连接在稳压器本体上)组成一个单参数多通道的调节系统。主通道控制器是一个比例积分微分控制器(PID)，由压力变送器得到的稳压器压力P与整定值Pref相比较，输出比较信号P-Pref对喷淋阀和调节组电加热器(即比例组电加热元件)进行连续控制，对备用组电加热器进行断续控制。
如图2所示，当比较信号小于-0.17MPa时，备用组电加热器启动，比较信号回升至-0.1MPa时，备用组电加热器启动关闭；当比较信号处于-0.1MPa～0.1MPa时，对应调节组电加热器100％～0功率，根据比较信号的大小，按比例控制调节组电加热器的功率；当比较信号处于0.17MPa～0.52MPa时，对应喷淋阀的0～100％开度，根据比较信号的大小，按比例控制喷淋阀的开度；当比较信号大于1.1MPa时，开启安全阀，排出多余的蒸汽，防止系统超压。
稳压器在压力升高时的压力控制程序：压力升高至15.67MPa时，喷淋阀开启，压力升至16.02MPa时，喷淋阀达到满开度；压力升至16.55MPa，实行高压停堆保护；压力升至16.6MPa时，第一个安全阀开启，若开启后压力降至16.0MPa，关闭安全阀升至17.2时，第二个安全阀开启，若开启后压力降至16.6Pa，关闭安全阀。
稳压器在压力降低时的压力控制程序：压力降低至15.33MPa时，备用组电加热器启动，若启动后压力回升至15.4MPa，备用组电加热器关闭；若压力降至15.2MPa时，发出低压报警；当压力降至13.1MPa时，实行低压停堆保护；当压力降至11.9MPa时，高压安注系统投入。
具体在本实施例中，实现冷却剂泄漏监测：通过分析可知，在正常压力波动下，若压力降低，则液位将随之在0～0.00229h1(h1为稳压器汽腔高度)的范围内变化；若压力升高，则液位将随之在0～-0.0068h1之间变化。当回路出现泄漏的情况下，低压停堆之前液位在0～0.183h1的范围内变化。那么可将水位控制点作如下设置：
(1)当液位比整定值h1低5％时，发出水位低报警信号；
(2)当液位比整定值h1低10％时，发出补水信号；
(3)当液位回升至整定值h1，解除补水信号。
为保护稳压器内部的电加热元件不烧毁，要求在电加热元件的高度不得超过低压停堆时的液位高度0.183h1，同时将电加热元件与低压停堆信号联锁，当系统低压停堆时同时关闭电加热元件。
本实施例能够实现将反应堆辐照考验回路的压力波动控制在基准值的-0.17～0.52MPa之间，能通过稳压器内部液位监测回路冷却剂是否出现泄漏、以便及时向系统补水，同时该稳压器还具有高压停堆保护和低压停堆保护的功能。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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.用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器，其特征在于，包括稳压器本体、喷淋头组件、内部组件、波动管和加热元件；其中，所述喷淋头组件设置在稳压器本体顶部；所述内部组件设置在稳压提本体内部以保护内壁和导向加热元件；所述波动管从稳压器本体侧壁下部引入稳压器本体内部；所述加热元件从稳压器本体底部插入稳压器内部。
2.根据权利要求1所述的用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器，其特征在于，所述稳压器本体包括圆柱筒体、上封头、下封头和顶盖；所述上封头为球形封头且与筒体顶端采用等壁厚连接；所述下封头为球形封头且与筒体底端采用等壁厚连接；所述顶盖与所述上封头连接，所述顶盖上开有用于安装喷淋头组件的连接孔；所述下封头上开有用于安装加热元件的套管孔；所述筒体侧壁下端开有用于引入波动管的连接孔。
3.根据权利要求2所述的用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器，其特征在于，所述上封头上开有喷淋头拆换孔1个、安全阀连接孔3个和仪表管连接孔4个，下封头还开有排空管连接孔1个和仪表管连接孔4个。
4.根据权利要求2所述的用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器，其特征在于，所述筒体与上封头、下封头均采用对接焊缝焊接，上封头与顶盖通过主螺栓压紧石墨缠绕不锈钢垫片连接在一起；且筒体、上封头、下封头和顶盖均由不锈钢锻件制成。
5.根据权利要求2-4任一项所述的用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器，其特征在于，所述波动管由不锈钢管弯制90°而成，所述波动管焊接在接管头上，接管头与考验回路的输出管道焊接在一起。
6.根据权利要求5所述的用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器，其特征在于，所述喷淋头组件通过喷淋管和喷淋阀与主泵出口相连。
7.根据权利要求5所述的用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器，其特征在于，所述电加热元件套管与下封头冷装后焊接在一起，电加热元件插入套管后通过螺母压紧密封材料实现与稳压器的密封；且所述电加热元件分为三组：启动组、调节组和备用组，其中启动组和备用组具备通断开闭的功能，调节组具备按比例投入的功能。
8.根据权利要求5所述的用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器，其特征在于，所述内部组件包括电加热元件导向格架板和内筒；所述内筒为不锈钢圆筒，所述内筒安装在筒体上部，所述格架板安装在筒体内部且位于内筒下方。
9.根据权利要求5所述的用于反应堆辐照考验回路的专用稳压器，其特征在于，还包括支撑部件，所述支撑部件包括支撑筒、支腿和基座；所述支撑筒为不锈钢圆筒，所述支撑筒一端与下封头焊接，另一端与支腿的一端焊接，所述支腿的另一端与基座焊接，基座与支腿焊接在一起之后通过地脚螺栓安装在设备基础中。
10.一种用于反应堆辐照考验回路的压力控制系统，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的稳压器实现考验回路压力波动控制、考验回路冷却剂泄漏监测、高压停堆保护和低压停堆保护。
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