CN110987491B - 一种基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，通过设置包括压力容器、电加热器、汽水混合器等元件的试验容器本体系统，包括第一管道、主循环泵、主管道电动调节阀、第一流量计的饱和水循环回路，包括第二管道、蒸汽压缩机、蒸汽干燥器、蒸汽出口电动调节阀、第二流量计的蒸汽循环回路。通过在试验容器本体系统上设置饱和水循环回路和蒸汽循环回路，以实现水循环和蒸汽循环；电加热器对压力容器底部的水进行加热，热水与蒸汽分别通过饱和水循环回路和蒸汽循环回路进行循环，产生的高温高压汽水混合物达到真实工况。采用电加热器和配套设至的两套循环回路，解决了现有试验系统装置复杂、无法模拟真实运行工况的问题。

Description

一种基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统

技术领域

本发明属于汽水分离性能热态试验技术领域，尤其涉及一种基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统。

背景技术

高品质蒸汽是保证核动力装置安全经济运行的重要条件之一。汽水分离装置作为核电厂主设备蒸汽发生器的关键部件，其作用是将蒸汽发生器中的汽水混合物进行汽水两相分离，它不仅直接决定了供给二回路汽轮机的蒸汽品质，而且其分离效率很大程度上决定了蒸汽发生器的尺寸和二次侧压降。只有设计合理的汽水分离装置才能满足蒸汽发生器出口饱和蒸汽湿度的要求，国内外有关学者纷纷致力于高性能汽水分离装置的研发工作，在汽水分离装置的研制过程中须要对其分离性能进行热态验证试验。

目前已有的汽水分离试验系统，主要通过锅炉加热产生蒸汽，蒸汽进入分离器试验件完成试验后，直接冷凝排放。这种蒸汽开式循环的试验系统能耗极高、锅炉装置复杂、不易操控，系统参数延迟性强，且产生的蒸汽流量有限，无法模拟汽水分离装置在蒸汽发生器中真实的运行工况，严重影响试验周期及试验效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，以解决现有试验系统装置复杂、无法模拟真实运行工况的问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，包括饱和水循环回路、蒸汽循环回路、试验容器本体系统；

所述饱和水循环回路包括第一管道以及设于所述第一管道上的主循环泵、主管道电动调节阀、第一流量计；所述第一管道的输入端与所述试验容器本体系统的出水口连通，所述第一管道的输出端与所述试验容器本体系统的水输入端连通；所述主管道电动调节阀设于所述主循环泵与所述第一管道的输出端之间；所述第一流量计设于所述主循环泵与所述主管道电动调节阀之间；

所述蒸汽循环回路包括第二管道以及设于所述第二管道上的蒸汽压缩机、蒸汽干燥器、蒸汽出口电动调节阀、第三流量计；所述第二管道的输入端与所述试验容器本体系统的输出端连通；所述第二管道的输出端与所述试验容器本体系统的蒸汽输入端连通；所述蒸汽干燥器设于所述蒸汽压缩机与所述第二管道的输入端之间；所述蒸汽出口电动调节阀设于所述蒸汽压缩机与所述第二管道的输出端之间；所述第三流量计设于所述蒸汽压缩机与所述蒸汽出口电动调节阀之间；

所述试验容器本体系统包括压力容器、电加热器、汽水混合器、第一温度传感器和第一压力传感器；所述压力容器用于容置汽水分离试验元件；所述电加热器设于所述压力容器的底部且所述压力容器的出水口高于所述电加热器；所述汽水混合器的水输入端与所述第一管道的输出端连通，所述汽水混合器的蒸汽输入端与所述第二管道的输出端连通，所述汽水混合器的输出端与所述压力容器底部的输入端连通；所述第一温度传感器和所述第一压力传感器均设于所述压力容器的顶部。

本发明的基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，还包括第一系统调节回路，所述第一系统调节回路包括储水箱、第三管道、柱塞泵、旁路管道和旁路电动调节阀；所述第三管道的输入端与所述储水箱的输出端连通，所述第三管道的第二端与所述第一管道连通且位于所述第三压力传感器与所述主循环泵之间；所述柱塞泵设于所述第三管道上；所述旁路管道的输入端和输出端均与所述第三管道连通，且所述旁路管道的输入端设于所述柱塞泵与所述第三管道的输入端之间，所述旁路管道的输出端设于所述柱塞泵与所述第三管道的输出端之间；所述旁路电动调节阀设于所述旁路管道上。

本发明的基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，还包括第二系统调节回路，所述第二系统调节回路包括第四管道以及设于所述第四管道上的第二流量计、流量电动调节阀；所述第四管道的输入端与所述第三管道的输出端连通；所述第四管道的输出端与所述第二管道连通，且位于所述蒸汽压缩机与所述第二流量计之间；所述第二流量计设于所述流量电动调节阀与所述第四管道的输入端之间。

本发明的基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，还包括第三系统调节回路，所述第三系统调节回路包括第五管道以及设于所述第五管道上的蒸汽管路电动调节阀和换热器；所述第五管道的输入端与所述第二管道连通，且位于所述第二管道的输入端与所述蒸汽干燥器之间；所述第五管道的输出端与所述储水箱的输入端连通；所述蒸汽管路电动调节阀设于所述换热器与所述第五管道的输入端之间。

本发明的基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，所述饱和水循环回路还包括设于所述第一管道上的第二温度传感器、第二压力传感器；所述第二温度传感器和所述第二压力传感器均设于所述主管道电动调节阀与所述第一管道的输出端之间。

本发明的基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，还包括设于所述第一管道上的第三压力传感器；所述第三压力传感器设于第一管道的输入端与所述主循环泵之间。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明一实施例通过分别设置包括压力容器、电加热器、汽水混合器等元件的试验容器本体系统，包括第一管道、主循环泵、主管道电动调节阀、第一流量计的饱和水循环回路，包括第二管道、蒸汽压缩机、蒸汽干燥器、蒸汽出口电动调节阀、第二流量计的蒸汽循环回路。压力容器内设置于预先安装好的汽水分离试验元件，并在汽水混合器的输入端分别由第一管道和第二管道输入水和蒸汽，且第一管道的另一端与压力容器的出水口连通，第二管道的另一端与压力容器的输出口连通，以实现整体系统的水循环和蒸汽循环；并且第一管道为注满水的饱和回路，使得压力容器的底部的电加热器始终处在水中，电加热器对压力容器底部的水进行加热并产生热水与蒸汽，热水与蒸汽分别通过饱和水循环回路和蒸汽循环回路进行循环，使得最终产生的高温高压汽水混合物达到真实工况，并可对汽水分离试验元件进行试验以验证汽水分离性能。通过采用电加热器和配套设至的两套循环回路，而不是传统的锅炉加热产生蒸汽的方式，使得整个实验装置简单、能耗小、蒸汽流量大、运行成本低、试验效率高，解决了现有试验系统装置复杂、无法模拟真实运行工况的问题。

附图说明

图1为本发明的基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统的示意图。

附图标记说明：1：主循环泵；2：第一流量计；3：第三流量计；4：流量电动调节阀；5：主管道电动调节阀；6：第三压力传感器；7：汽水混合器；8：第二温度传感器；9：第二压力传感器；10：蒸汽出口电动调节阀；11：第二流量计；12：蒸汽压缩机；13：蒸汽干燥器；14：第一温度传感器；15：第一压力传感器；16：压力容器；17：电加热器；18：旁路电动调节阀；19：柱塞泵；20：储水箱；21：换热器；22：蒸汽管路电动调节阀；23：汽水分离试验元件。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1，在一个实施例中，一种基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，包括饱和水循环回路、蒸汽循环回路、试验容器本体系统。

饱和水循环回路包括第一管道以及设于第一管道上的主循环泵1、主管道电动调节阀5、第一流量计2。第一管道的输入端与试验容器本体系统的出水口连通，第一管道的输出端与试验容器本体系统的水输入端连通。主管道电动调节阀5设于主循环泵1与第一管道的输出端之间。第一流量计2设于主循环泵1与主管道电动调节阀5之间。

蒸汽循环回路包括第二管道以及设于第二管道上的蒸汽压缩机12、蒸汽干燥器13、蒸汽出口电动调节阀10、第二流量计11。第二管道的输入端与试验容器本体系统的输出端连通。第二管道的输出端与试验容器本体系统的蒸汽输入端连通。蒸汽干燥器13设于蒸汽压缩机12与第二管道的输入端之间。蒸汽出口电动调节阀10设于蒸汽压缩机12与第二管道的输出端之间。第二流量计11设于蒸汽压缩机12与蒸汽出口电动调节阀10之间。

试验容器本体系统包括压力容器16、电加热器17、汽水混合器7、第一温度传感器14和第一压力传感器15。压力容器16用于容置汽水分离试验元件23。电加热器17设于压力容器16的底部且压力容器16的出水口高于电加热器17，以保证电加热器17始终处于水中。汽水混合器7的水输入端与第一管道的输出端连通，汽水混合器7的蒸汽输入端与第二管道的输出端连通，汽水混合器7的输出端与压力容器16底部的输入端连通。第一温度传感器14和第一压力传感器15均设于压力容器16的顶部。

在试验时，第一管道及其上的元件与汽水混合器7和压力容器16的出水口可形成一循环回路，液体通过主循环泵1经由主管道电动调节阀5、汽水混合器7泵入压力容器16内，并由电加热器17加热后，由压力容器16的出水口流回至第一管道内。同样地，第二管道及其上的元件与汽水混合器7和压力容器16可形成一循环回路，压力容器16中电加热器17产生的蒸汽经过汽水分离试验元件23进行汽水分离后，由压力容器16的输出端流至第二管道，并经由蒸汽干燥器13干燥后，由蒸汽压缩机12输出至汽水混合器7并输入压力容器16内。即试验容器本体系统中的水通过饱和水循环回路实现循环，电加热器17加热产生蒸汽，最终在达到试验压力下，由饱和水循环回路和蒸汽循环回路的共同驱动下形成饱和汽水混合物。汽水混合物流经汽水分离试验元件23实现汽水分离，经过汽水分离试验元件23分离后得到的水通过管道汇合进入饱和水循环回路，实现饱和水的闭式循环。经过汽水分离试验元件23分离后得到的蒸汽从压力容器16顶部绝大部分流出进入蒸汽循环回路，经蒸汽干燥器13进一步去湿后进入蒸汽压缩机12，通过蒸汽压缩机12重新注入试验容器本体系统形成蒸汽回路循环。

本实施例通过分别设置包括压力容器16、电加热器17、汽水混合器7等元件的试验容器本体系统，包括第一管道、主循环泵1、主管道电动调节阀5、第一流量计2的饱和水循环回路，包括第二管道、蒸汽压缩机12、蒸汽干燥器13、蒸汽出口电动调节阀10、第二流量计11的蒸汽循环回路。压力容器16内设置于预先安装好的汽水分离试验元件23，并在汽水混合器7的输入端分别由第一管道和第二管道输入水和蒸汽，且第一管道的另一端与压力容器16的出水口连通，第二管道的另一端与压力容器16的输出口连通，以实现整体系统的水循环和蒸汽循环；并且第一管道为注满水的饱和回路，使得压力容器16的底部的电加热器17始终处在水中，电加热器17对压力容器16底部的水进行加热并产生热水与蒸汽，热水与蒸汽分别通过饱和水循环回路和蒸汽循环回路进行循环，使得最终产生的高温高压汽水混合物达到真实工况，并可对汽水分离试验元件23进行试验以验证汽水分离性能。通过采用电加热器17和配套设至的两套循环回路，而不是传统的锅炉加热产生蒸汽的方式，使得整个实验装置简单、能耗小、蒸汽流量大、运行成本低、试验效率高，解决了现有试验系统装置复杂、无法模拟真实运行工况的问题。

在本实施例中，汽水分离性能热态试验系统还包括第一系统调节回路，第一系统调节回路包括储水箱20、第三管道、柱塞泵19、旁路管道和旁路电动调节阀18。第三管道的输入端与储水箱20的输出端连通，第三管道的第二端与第一管道连通且位于第三压力传感器6与主循环泵1之间。柱塞泵19设于第三管道上。旁路管道的输入端和输出端均与第三管道连通，且旁路管道的输入端设于柱塞泵19与第三管道的输入端之间，旁路管道的输出端设于柱塞泵19与第三管道的输出端之间。旁路电动调节阀18设于旁路管道上。在试验运行过程中，可通过第一系统调节回路向压力容器16内注水，以满足电加热器17安全运行的水位要求。即当水位无法满足试验要求时，可通过打开旁路电动调节阀18来对第一管道内进行注水操作，若第一管道内的压力过高，则可通过柱塞泵19对第一管道内进行注水操作。

在本实施例中，汽水分离性能热态试验系统还包括第二系统调节回路，第二系统调节回路包括第四管道以及设于第四管道上的第三流量计3、流量电动调节阀4。第四管道的输入端与第三管道的输出端连通。第四管道的输出端与第二管道连通，且位于蒸汽压缩机12与第二流量计11之间。第三流量计3设于流量电动调节阀4与第四管道的输入端之间。当蒸汽循环回路中蒸汽压缩机12出口管道蒸汽呈现过热状态时，可通过第二系统调节回路向蒸汽压缩机12出口管道内注入适量的水可使过热蒸汽重新转变为试验工况下的饱和蒸汽。即打开流量电动调节阀4，使得第四管道内的水注入第二管道内，使得过热蒸汽转变为饱和蒸汽。

在本实施例中，汽水分离性能热态试验系统还包括第三系统调节回路，第三系统调节回路包括第五管道以及设于第五管道上的蒸汽管路电动调节阀22和换热器21。第五管道的输入端与第二管道连通，且位于第二管道的输入端与蒸汽干燥器13之间。第五管道的输出端与储水箱20的输入端连通。蒸汽管路电动调节阀22设于换热器21与第五管道的输入端之间。当试验容器本体系统蒸汽压力超过实验要求时，则可通过打开蒸汽管路电动调节阀22使适量蒸汽通过换热器21卸压，蒸汽凝结形成的水进入储水箱20。

通过饱和水循环回路、蒸汽循环回路、试验容器本体系统和系统调节回路的协同运行，能够保证整个系统安全高效运行，实现汽水分离性能热态试验的蒸汽闭式循环。

同时，本申请的试验系统功能拓展性强，汽水分离试验元件23更换灵活，可为核电、化工、天然气等领域的汽水分离元件进行汽水分离热态性能试验，并能够提供高温高压汽水混合物，高温高压汽水混合物流经汽水分离试验元件23进行汽水分离。

进一步地，饱和水循环回路还包括设于第一管道上的第二温度传感器8、第二压力传感器9。第二温度传感器8和第二压力传感器9均设于主管道电动调节阀5与第一管道的输出端之间。

进一步地，还包括设于第一管道上的第三压力传感器6。第三压力传感器6设于第一管道的输入端与主循环泵1之间。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，其特征在于，包括饱和水循环回路、蒸汽循环回路、试验容器本体系统；

所述饱和水循环回路包括第一管道以及设于所述第一管道上的主循环泵、主管道电动调节阀、第一流量计；所述第一管道的输入端与所述试验容器本体系统的出水口连通，所述第一管道的输出端与所述试验容器本体系统的水输入端连通；所述主管道电动调节阀设于所述主循环泵与所述第一管道的输出端之间；所述第一流量计设于所述主循环泵与所述主管道电动调节阀之间；

所述蒸汽循环回路包括第二管道以及设于所述第二管道上的蒸汽压缩机、蒸汽干燥器、蒸汽出口电动调节阀、第二流量计；所述第二管道的输入端与所述试验容器本体系统的输出端连通；所述第二管道的输出端与所述试验容器本体系统的蒸汽输入端连通；所述蒸汽干燥器设于所述蒸汽压缩机与所述第二管道的输入端之间；所述蒸汽出口电动调节阀设于所述蒸汽压缩机与所述第二管道的输出端之间；所述第二流量计设于所述蒸汽压缩机与所述蒸汽出口电动调节阀之间；

所述试验容器本体系统包括压力容器、电加热器、汽水混合器、第一温度传感器和第一压力传感器；所述压力容器用于容置汽水分离试验元件；所述电加热器设于所述压力容器的底部且所述压力容器的出水口高于所述电加热器；所述汽水混合器的水输入端与所述第一管道的输出端连通，所述汽水混合器的蒸汽输入端与所述第二管道的输出端连通，所述汽水混合器的输出端与所述压力容器底部的输入端连通；所述第一温度传感器和所述第一压力传感器均设于所述压力容器的顶部；

还包括第一系统调节回路，所述第一系统调节回路包括储水箱、第三管道、柱塞泵、旁路管道和旁路电动调节阀；所述第三管道的输入端与所述储水箱的输出端连通，所述第三管道的第二端与所述第一管道连通且位于所述第一管道的输入端与所述主循环泵之间；所述柱塞泵设于所述第三管道上；所述旁路管道的输入端和输出端均与所述第三管道连通，且所述旁路管道的输入端设于所述柱塞泵与所述第三管道的输入端之间，所述旁路管道的输出端设于所述柱塞泵与所述第三管道的输出端之间；所述旁路电动调节阀设于所述旁路管道上；

还包括第二系统调节回路，所述第二系统调节回路包括第四管道以及设于所述第四管道上的第三流量计、流量电动调节阀；所述第四管道的输入端与所述第三管道的输出端连通；所述第四管道的输出端与所述第二管道连通，且位于所述蒸汽压缩机与所述第二流量计之间；所述第三流量计设于所述流量电动调节阀与所述第四管道的输入端之间。

2.根据权利要求1所述的基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，其特征在于，还包括第三系统调节回路，所述第三系统调节回路包括第五管道以及设于所述第五管道上的蒸汽管路电动调节阀和换热器；所述第五管道的输入端与所述第二管道连通，且位于所述第二管道的输入端与所述蒸汽干燥器之间；所述第五管道的输出端与所述储水箱的输入端连通；所述蒸汽管路电动调节阀设于所述换热器与所述第五管道的输入端之间。

3.根据权利要求1所述的基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，其特征在于，所述饱和水循环回路还包括设于所述第一管道上的第二温度传感器、第二压力传感器；所述第二温度传感器和所述第二压力传感器均设于所述主管道电动调节阀与所述第一管道的输出端之间。

4.根据权利要求1所述的基于蒸汽闭式循环的汽水分离性能热态试验系统，其特征在于，还包括设于所述第一管道上的第三压力传感器；所述第三压力传感器设于第一管道的输入端与所述主循环泵之间。

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