CN111610012A - 一种辐照监督管试验装置及使用方法 - Google Patents

一种辐照监督管试验装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种辐照监督管试验装置及使用方法，该试验装置包括高温高压釜、固定装置、增压装置、真空装置、加热装置、气体预热装置、自动控制系统，高温高压釜包括釜体和釜盖，釜体呈水平放置的圆柱状腔室，釜体一侧开口、一侧封闭，釜盖与釜体密封固定连接，辐照监督管通过固定装置安装在釜体内部；使用真空装置将釜体内的密封空间抽取到一定真空度后，使用增压装置采用预热后的氦气对釜体内腔进行加压处理，达到一定的压力后打开加热装置，以达到20MPa、300℃的试验条件。本发明在行业内首次提出了采用高温高压釜来进行辐照监督管高温高压模拟试验；本发明装置，方便辐照监督管取放，能够便于人工操作或者实现自动化控制。

Description

一种辐照监督管试验装置及使用方法
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其涉及核电领域，具体为核电领域中的一种辐照监督管试验装置及使用方法。
背景技术
核电站中的压力容器由于长期受到辐射，从而导致压力容器性能或结构的改变，不利于核电站的安全运行，因此，需要对压力容器进行长期连续的监测，在现有技术中，通常采用辐照监督管，辐照监督管采用压力容器的母材和焊缝材料制成，在反应堆寿期内按计划抽出进行性能测试和分析，以监督和预示压力容器材质辐照后的性能变化。然而，监督管由于材料和制造工艺的差别会对测试结果产生影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是辐照监督管由于材料和制造工艺的差别会对测试结果产生影响，而现有技术中缺乏一种辐照监督管的在线检测试验装置；本发明提供了解决上述问题的一种辐照监督管试验装置及使用方法，用于辐照监督管的在线检测；为了消除监督管自身的影响，本发明在监督管制造完成之后首先对监督管进行高温高压试验，试验合格后再安装到堆内。
本发明通过下述技术方案实现：
一种辐照监督管试验装置，包括高温高压釜、固定装置、真空装置、增压装置、加热装置和自动控制系统，所述真空装置、增压装置均与高温高压釜连接；所述真空装置、增压装置、加热装置均与自动控制系统连接；
所述高温高压釜包括釜体和釜盖，所述釜体呈水平放置的圆柱状腔室，所述釜体一侧开口、另一侧封闭，所述釜盖连接釜体开口处从而形成密闭空间；辐照监督管从所述釜体开口处送入釜体内，并通过所述固定装置安装在釜体内部，且釜体内设置有加热装置；
所述真空装置，用于在高温高压釜处于密封状态下对密闭空间抽取一定真空；增压装置，用于对釜体内腔进行加压处理；加热装置，用于对釜体内腔的辐照监督管进行加热处理；结合真空装置、增压装置和加热装置，由自动控制系统实时检测使釜体内压力达到20MPa、温度为300℃的试验条件。
本发明首先需要建立能够模拟压力容器的高温高压环境，而由于辐照监督管的尺寸限制，现有市场中的高温高压釜无法容置长度约2米长的辐照监督管，并且由于现有的高温高压釜通常都是上部开口，其也不便于辐照监督管的插入，因此，本发明设计了圆柱状的高温高压釜，包括釜体和釜盖，釜体呈圆柱状，一侧封闭，另一侧开口，釜盖连接到釜体开口处从而形成密闭空间；该圆柱状的高温高压釜在使用时水平放置，可以从侧方将辐照监督管插入高温高压釜中，相对于上端开口的高温高压釜能够节省高度上的容置空间，且能够方便地插入试样和取出试样，也能够便于实现人工操作，节省人力；
当然为了实现自动检测，关于试验的放置和取出可以采用专用的试验推送装置来实现；管内设置有试样固定装置，试样由于尺寸较长，水平放置时在重力的作用下会产生一定的挠度，会对试样的受力情况产生一定的影响，从而会造成与实际情况不符、试验检测结果的偏差，因此，设置固定装置，能够平稳地撑起辐照监督管。
高温高压釜的设计要求需要温度达到300℃，压力达到20Mpa，温度变化0.1℃，压力变化0.05MPa，并保温保压24小时以上才能起到模拟反应堆中的压力容器的实际参数。因此，该辐照监督管试验装置还包括加热装置、增压装置以及真空装置，使用真空装置将釜体内的密封空间抽取到一定真空度后，使用增压装置对釜体内腔进行加压处理，当釜体内达到一定的压力后打开加热装置，以使釜体内压力达到20MPa、温度为300℃的试验条件。
优选地，所述真空装置包括空压机、真空管道、真空接头，所述空压机通过真空管道与真空接头连接，真空接头通过真空专用接头与釜盖中的真空接口连接；所述空压机连接自动控制系统。
优选地，所述增压装置包括氦气源、增压泵、压力表、增压管道、增压接头、泄压阀，所述氦气源与增压泵连接，增压泵连接压力表，压力表连接增压接头，增压接头通过增压专用接头与釜盖中的增压接口连接；所述泄压阀设置在釜盖上；增压泵、压力表、泄压阀均与自动控制系统连接；
所述氦气源通过增压管道与增压泵连接，增压泵通过增压管道与压力表连接，压力表通过增压管道与增压接头连接。
优选地，所述加热装置包括多组加热膜和温度传感器，环绕设置在釜体的环形内壁上，加热膜设于釜体内底面上，温度传感器设于釜体内加热膜与辐照监督管之间，且每组加热膜和温度传感器对应设置，用于对釜体内腔进行分段加热；加热膜、温度传感器均与自动控制系统连接。
优选地，由于釜体的尺寸较长，为了实现均匀加热，加热膜数量为大于等于三片，实现多段均匀加热，所述加热膜和温度传感器分别设置数量为大于等于三个，将釜体内腔分为至少三段加热空间。
设置连续温度测量的温度传感器，通过设置采样间隔，可以在显示器上显示釜体长度方向的温度连续分布，进而更精确地控制加热。
优选地，所述加热膜内设置电阻丝，电阻丝采取Z字形排列。
优选地，还包括气体预热装置，所述气体预热装置设置于增压专用接头上或者增压管道上，用于对充入釜体内腔的氮气进行预先加热；气体预热装置连接自动控制系统。
优选地，所述自动控制系统包括控制器、显示器、输入装置，所述显示器、输入装置均与控制器连接，显示器用于实时显示釜体内的温度、压力。
优选地，所述固定装置设置有多个，在釜体内的顶部均匀设置有多个固定装置；因此，试验固定装置设置有多个，能够平稳地撑起试样辐照监督管，例如，在高温高压釜的釜体内头尾两端以及中间部位设置固定装置，或者在高温高压釜的釜体内头尾两端、中间部位以及四分之一和四分之三的部位设置固定装置。
优选地，所述固定装置设置有多组，用于同时进行多根辐照监督管的测量。
另一方面，本发明还提供了一种辐照监督管试验装置的使用方法，包括：
将釜体固定在支架上，将辐照监督管送入釜体内的固定装置上，连接好气路、数据传输线路，关闭密封釜盖；
通过自动控制系统开启空压机，达到一定的真空度后，关闭空压机，开启气体预热装置，随后开启增压泵，向釜体内充入氦气，当釜体内达到一定的压力后开启加热装置进行加热，达到试验条件后关闭增压装置以及加热装置，进行保压保温试验；
在试验过程中，当自动控制系统检测到釜体内的温度或压力的变化超过设定阈值，控制增压泵或温度加热装置开启随时调节温度和压力。
在操作时，首先抽取真空，再进行增压，由于增压会导致釜体内的温度升高，而加热也会导致压力的升高，加热装置在压力达到15MPa时开启，通过自动控制系统逐渐控制压力和温度满足试验条件；为了提高加热效率，设置气体预热装置，气体预热装置设置在增压专用接头上或者增压管道上，通过预先加热气体达到快速建立试验条件的目的。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明在行业内首次提出了采用高温高压釜来进行辐照监督管高温高压模拟试验；
2、本发明一种辐照监督管试验装置，方便辐照监督管的取放，并能够便于人工操作或者实现自动化控制，温度压力控制精确快速，节约能源；
3、本发明提供一种辐照监督管试验装置来用于辐照监督管的在线检测，适用于不同核电站的不同类型的辐照监督管。
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为本发明一种辐照监督管试验装置的结构示意图。
图2为本发明一种辐照监督管试验装置中的加热膜结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-氦气源，2-增压泵，3-压力表，4-增压接头，5-增压管道，6-泄压阀，7-空压机，8-真空接头，9-增压专用接头，10-真空专用接头，11-辐照监督管，12-固定装置，13-温度传感器，14-加热膜，15-控制器，16-显示器，17-输入装置，18-气体预热装置，19-釜体，20-釜盖。
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
如图1、图2所示，本发明一种辐照监督管试验装置，包括高温高压釜、固定装置12、真空装置、增压装置、加热装置和自动控制系统，所述真空装置、增压装置均与高温高压釜连接；所述真空装置、增压装置、加热装置均与自动控制系统连接；
所述高温高压釜包括釜体19和釜盖20，所述釜体19呈水平放置的圆柱状腔室，所述釜体19一侧开口、另一侧封闭，所述釜盖20连接釜体19开口处从而形成密闭空间；辐照监督管11从所述釜体19开口处送入釜体19内，并通过所述固定装置12安装在釜体19内部，且釜体19内设置有加热装置；
所述真空装置，用于在高温高压釜处于密封状态下对密闭空间抽取一定真空；增压装置，用于对釜体19内腔进行加压处理；加热装置，用于对釜体19内腔的辐照监督管11进行加热处理；结合真空装置、增压装置和加热装置，由自动控制系统实时检测使釜体19内压力达到20MPa、温度为300℃的试验条件。
本实施例中，所述真空装置包括空压机7、真空管道、真空接头8，所述空压机7通过真空管道与真空接头8连接，真空接头8通过真空专用接头10与釜盖20中的真空接口连接；所述空压机7连接自动控制系统。
本实施例中，所述增压装置包括氦气源1、增压泵2、压力表3、增压管道5、增压接头4、泄压阀6，所述氦气源1与增压泵2连接，增压泵2连接压力表3，压力表3连接增压接头4，增压接头4通过增压专用接头9与釜盖20中的增压接口连接；所述泄压阀6设置在釜盖20上；增压泵2、压力表3、泄压阀6均与自动控制系统连接；
所述氦气源1通过增压管道5与增压泵2连接，增压泵2通过增压管道5与压力表3连接，压力表3通过增压管道5与增压接头4连接。
本实施例中，所述加热装置包括多组加热膜14和温度传感器13，加热膜14设于釜体19内底面上，温度传感器13设于釜体19内加热膜14与辐照监督管11之间，且每组加热膜14和温度传感器13对应设置，用于对釜体19内腔进行分段加热；加热膜14、温度传感器13均与自动控制系统连接。
本实施例中，所述自动控制系统包括控制器15、显示器16、输入装置17，所述显示器16、输入装置17、温度传感器13、加热膜14、电阻丝、压力表3、增压泵2、泄压阀6、空压机7与控制器15连接，显示器16上实时显示釜体19内各分段的温度、釜体19内的压力。
作为进一步地优选方案，由于釜体19的尺寸较长，为了实现均匀加热，加热膜14数量为大于等于三片，实现多段均匀加热，所述加热膜14和温度传感器13分别设置数量为大于等于三个，将釜体19内腔分为至少三段加热空间。
设置连续温度测量的温度传感器13，通过设置采样间隔，可以在显示器16上显示釜体19长度方向的温度连续分布，进而更精确地控制加热。
作为进一步地优选方案，所述加热膜14内设置电阻丝，电阻丝采取Z字形排列。
作为进一步地优选方案，还包括气体预热装置18，所述气体预热装置18设置于增压专用接头9上，用于对充入釜体19内腔的氮气进行预先加热；气体预热装置18连接自动控制系统。
作为进一步地优选方案，所述固定装置12设置有多个，在釜体19内的顶部均匀设置有多个固定装置12；这样试验固定装置12设置有多个，能够平稳地撑起试样辐照监督管11，例如，在高温高压釜的釜体19内头尾两端以及中间部位设置固定装置12，或者在高温高压釜的釜体19内头尾两端、中间部位以及四分之一和四分之三的部位设置固定装置12。
作为进一步地优选方案，所述固定装置12设置有多组，用于同时进行多根辐照监督管11的测量。
工作原理如下：
本发明首先需要建立能够模拟压力容器的高温高压环境，而由于辐照监督管的尺寸限制，现有市场中的高温高压釜无法容置长度约2米长的辐照监督管11，并且由于现有的高温高压釜通常都是上部开口，其也不便于辐照监督管11的插入，因此，本发明设计了圆柱状的高温高压釜，包括釜体19和釜盖20，釜体19呈圆柱状，一侧封闭，另一侧开口，釜盖20连接到釜体19开口处从而形成密闭空间；该圆柱状的高温高压釜在使用时水平放置，可以从侧方将辐照监督管11插入高温高压釜中，相对于上端开口的高温高压釜能够节省高度上的容置空间，且能够方便地插入试样和取出试样，也能够便于实现人工操作，节省人力；当然为了实现自动检测，关于试验的放置和取出可以采用专用的试验推送装置来实现；管内设置有试样固定装置12，试样由于尺寸较长，水平放置时在重力的作用下会产生一定的挠度，会对试样的受力情况产生一定的影响，从而会造成与实际情况不符、试验检测结果的偏差，因此，固定装置12设置有多个，能够平稳地撑起辐照监督管11。
高温高压釜的设计要求需要温度达到300℃，压力达到20Mpa，温度变化0.1℃，压力变化0.05MPa，并保温保压24小时以上才能起到模拟反应堆中的压力容器的实际参数。因此，该辐照监督管试验装置还包括加热装置、增压装置以及真空装置，使用真空装置将釜体19内的密封空间抽取到一定真空度后，使用增压装置对釜体19内腔进行加压处理，当釜体19内达到一定的压力后打开加热装置，以使釜体19内压力达到20MPa、温度为300℃的试验条件。
本发明在行业内首次提出了采用高温高压釜来进行辐照监督管高温高压模拟试验；本发明的辐照监督管试验装置，方便辐照监督管的取放，并能够便于人工操作或者实现自动化控制，温度压力控制精确快速，节约能源。
实施例2
如图1、图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，一种辐照监督管试验装置的使用方法，其特征在于，包括：
将釜体固定在支架上，将辐照监督管送入釜体内的固定装置上，连接好气路、数据传输线路，关闭密封釜盖；
通过自动控制系统开启空压机，达到一定的真空度后，关闭空压机，开启气体预热装置，随后开启增压泵，向釜体内充入氦气，当釜体内达到一定的压力后开启加热装置进行加热，达到试验条件后关闭增压装置以及加热装置，进行保压保温试验；
在试验过程中，当自动控制系统检测到釜体内的温度或压力的变化超过设定阈值，控制增压泵或温度加热装置开启随时调节温度和压力。
在操作时：首先抽取真空，再进行增压，由于增压会导致釜体内的温度升高，而加热也会导致压力的升高，加热装置在压力达到15MPa时开启，通过自动控制系统逐渐控制压力和温度满足试验条件；为了提高加热效率，设置气体预热装置，气体预热装置设置在增压专用接头上或者增压管道上，通过预先加热气体达到快速建立试验条件的目的。
本发明一种辐照监督管试验装置的使用方法用于辐照监督管的在线检测，适用于不同核电站的不同类型的辐照监督管。
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)

1.一种辐照监督管试验装置，其特征在于，包括高温高压釜、固定装置(12)、真空装置、增压装置、加热装置和自动控制系统，所述真空装置、增压装置均与高温高压釜连接；所述真空装置、增压装置、加热装置均与自动控制系统连接；
所述高温高压釜包括釜体(19)和釜盖(20)，所述釜体(19)呈水平放置的圆柱状腔室，所述釜体(19)一侧开口、另一侧封闭，所述釜盖(20)连接釜体(19)开口处从而形成密闭空间；辐照监督管(11)从所述釜体(19)开口处送入釜体(19)内，并通过所述固定装置(12)安装在釜体(19)内部，且釜体(19)内设置有加热装置；
所述真空装置，用于在高温高压釜处于密封状态下对密闭空间抽取一定真空；增压装置，用于对釜体(19)内腔进行加压处理；加热装置，用于对釜体(19)内腔的辐照监督管(11)进行加热处理；结合真空装置、增压装置和加热装置，由自动控制系统实时检测使釜体(19)内压力达到20MPa、温度为300℃的试验条件。
2.根据权利要求1所述的一种辐照监督管试验装置，其特征在于，所述真空装置包括空压机(7)、真空管道、真空接头(8)，所述空压机(7)通过真空管道与真空接头(8)连接，真空接头(8)通过真空专用接头(10)与釜盖(20)中的真空接口连接；所述空压机(7)连接自动控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种辐照监督管试验装置，其特征在于，所述增压装置包括氦气源(1)、增压泵(2)、压力表(3)、增压管道(5)、增压接头(4)、泄压阀(6)，所述氦气源(1)与增压泵(2)连接，增压泵(2)连接压力表(3)，压力表(3)连接增压接头(4)，增压接头(4)通过增压专用接头(9)与釜盖(20)中的增压接口连接；所述泄压阀(6)设置在釜盖(20)上；增压泵(2)、压力表(3)、泄压阀(6)均与自动控制系统连接；
所述氦气源(1)通过增压管道(5)与增压泵(2)连接，增压泵(2)通过增压管道(5)与压力表(3)连接，压力表(3)通过增压管道(5)与增压接头(4)连接。
4.根据权利要求1所述的一种辐照监督管试验装置，其特征在于，所述加热装置包括多组加热膜(14)和温度传感器(13)，加热膜(14)设于釜体(19)内底面上，温度传感器(13)设于釜体(19)内加热膜(14)与辐照监督管(11)之间，且每组加热膜(14)和温度传感器(13)对应设置，用于对釜体(19)内腔进行分段加热；加热膜(14)、温度传感器(13)均与自动控制系统连接。
5.根据权利要求4所述的一种辐照监督管试验装置，其特征在于，所述加热膜(14)和温度传感器(13)分别设置数量为大于等于三个，将釜体(19)内腔分为至少三段加热空间。
6.根据权利要求4所述的一种辐照监督管试验装置，其特征在于，所述加热膜(14)内设置电阻丝，电阻丝采取Z字形排列。
7.根据权利要求1所述的一种辐照监督管试验装置，其特征在于，还包括气体预热装置(18)，所述气体预热装置(18)设置于增压专用接头(9)上，用于对充入釜体(19)内腔的氮气进行预先加热；气体预热装置(18)连接自动控制系统。
8.根据权利要求1所述的一种辐照监督管试验装置，其特征在于，所述自动控制系统包括控制器(15)、显示器(16)、输入装置(17)，所述显示器(16)、输入装置(17)均与控制器(15)连接，显示器(16)用于实时显示釜体(19)内的温度、压力。
9.根据权利要求1所述的一种辐照监督管试验装置，其特征在于，所述固定装置(12)设置有多个，在釜体(19)内的顶部均匀设置有多个固定装置(12)；
所述固定装置(12)设置有多组，用于同时进行多根辐照监督管(11)的测量。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的辐照监督管试验装置的使用方法，其特征在于，包括：
将釜体固定在支架上，将辐照监督管送入釜体内的固定装置上，连接好气路、数据传输线路，关闭密封釜盖；
通过自动控制系统开启空压机，达到一定的真空度后，关闭空压机，开启气体预热装置，随后开启增压泵，向釜体内充入氦气，当釜体内达到一定的压力后开启加热装置进行加热，达到试验条件后关闭增压装置以及加热装置，进行保压保温试验；
在试验过程中，当自动控制系统检测到釜体内的温度或压力的变化超过设定阈值，控制增压泵或温度加热装置开启随时调节温度和压力。
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