CN114200502A - 一种核级树脂综合应用性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
为解决传统的核级树脂研究的因素单一导致难以准确把握核级树脂在不同物理场下的性能的技术问题,本发明实施例提供一种核级树脂综合应用性能测试装置,包括:闭环检测一回路;闭环检测一回路设有:水质控制单元,用于控制水质,水质控制单元的出水口与温度控制单元的控温管道连通;温度控制单元,用于控制出水管道来水的温度,温度控制单元的控温管道与树脂辐射测试单元连通;以及树脂辐射测试单元,树脂辐射测试单元的进水口与温度控制单元的出水管道连通;树脂辐射测试单元的出水口与水质控制单元的进水管道连通。本发明实施例实现了对核级树脂的水质、温度以及辐射等多种物理场的综合性能测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种核级树脂综合应用性能测试装置。
背景技术
核级树脂作为常用的净化处理材质,核级树脂对交换容量、颗粒均匀度、抗压强度、转型率、金属杂质含量等性能指标,均有严格的技术要求。
核级树脂在运行工况下的分子结构、物理化学特性、交换能力、使用寿命等指标通常由多因素耦合影响,对模拟涉核工况(含速度场、温度场、压力场、辐照场、氧化环境、水质工况)下核级树脂的综合应用性能进行系统测试,可以更加接近核级树脂在一回路中的真实运行情况。通过多因素叠加试验,得出的数据对核级树脂的性能提升以及最终工程应用试验具有更强的指导意义。
在传统技术中,可通过例如微波消解-原子吸收法应用于核级树脂锂型转型率的分析研究,对核级树脂硼饱和与释放特性研究,核级阳离子交换树脂的辐照性能研究,核级离子交换树脂加热脱水特性研究等多个性能指标进行研究。
但大多数针对核级树脂的研究均处于理论模拟状态,模拟试验条件较为理想,或者即使在物理实验室内的研究,也仅仅是单一性能参数的研究,研究的因素单一,如参考现有技术(核级阳离子交换树脂的辐照性能研究),使得测试结果不准确,难以准确把握核级树脂在不同物理场下的性能,导致研究的不全面。
核级树脂在反应堆中所处的环境,通常是在高温、高湿、高压、高辐射、高速度等多种复杂的条件下工作,不同的工作环境导致核级树脂的净化性能不同,或多种工作条件下,核级树脂的性能将发生变化,在不同的运行工况下其交换性能、使用寿命、结构变化等指标将不同,使得技术人员难以准确把握核级树脂的净化性能,往往容易造成吸附净化效果不好,放射性吸附不完整,或者核级树脂投放量较大,容易造成一回路堵塞或资源浪费。
发明内容
为解决传统的核级树脂研究的因素单一导致难以准确把握核级树脂在不同物理场下的性能的技术问题,本发明实施例提供一种核级树脂综合应用性能测试装置。
本发明实施例通过下述技术方案实现:
本发明实施例提供一种核级树脂综合应用性能测试装置,包括:
用于模拟反应堆一回路的闭环检测一回路,所述闭环检测一回路设有:
水质控制单元,用于控制水质,水质控制单元的出水口与温度控制单元的控温管道连通;
温度控制单元,用于控制出水管道来水的温度,温度控制单元的控温管道与树脂辐射测试单元连通;以及
树脂辐射测试单元,用于核辐射核级树脂以测试核级树脂在不同物理场下的净化性能,树脂辐射测试单元的进水口与温度控制单元的出水管道连通;
树脂辐射测试单元的出水口与水质控制单元的进水管道连通。
进一步的,所述水质控制单元包括:
水质控制系统,水质控制系统的通水管道与储液箱连通,水质控制系统用于监测储液箱中的水的水质并控制储液箱的排水泵和储液箱的补水泵以使储液箱中的水质符合测试要求;以及
储液箱,用于储水,通过出水管道与温度控制单元的控温管道连通。
进一步的,所述温度控制单元包括:
加热炉,用于加热温度控制单元的控温管道中的水;
测温计,用于监测温度控制单元的控温管道中的水的温度;以及
保温带,设于温度控制单元的控温管道的外侧以使控温管道中的水的温度保持稳定。
进一步的,所述树脂辐射测试单元包括:
离子交换柱,填充有核级树脂,离子交换柱的进水口用于与温度控制单元的控温管道连通;
辐射源,用于辐照所述离子交换柱中的核级树脂;以及
辐照剂量探测仪器,用于监测辐照剂量。
进一步的,所述测试装置还包括:
压力控制单元,用于与储液箱连通以控制储液箱内的压力。
进一步的,所述测试装置还包括:
泵前过滤模块,用于与储液箱的出水口连接;以及
增压模块,增压模块的进水口用于与泵前过滤模块的出水口连接,增压模块的出水口与温度控制单元的控温管道连通。
进一步的,所述测试装置还包括:
在线监测系统,与离子交换柱连接,用于对闭环检测一回路中的参数进行在线监测。
进一步的,所述测试装置还包括:
取样系统,与离子交换柱连接,用于实现对核级树脂的取样。
进一步的,所述离子交换柱的出水口依次通过背压模块和回水测量模块与储液箱连通。
进一步的,所述储液箱还连有:
气体调节模块,用于控制储液箱中的氧气含量。
本发明实施例与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
本发明实施例的一种核级树脂综合应用性能测试装置,通过闭环检测一回路的水质控制单元、温度控制单元以及树脂辐射测试单元,实现了对核级树脂的水质、温度以及辐射等多种物理场的综合性能测试,突破传统技术中单一的物理场模拟方式,避免了传统的核级树脂研究的因素单一导致难以准确把握核级树脂在不同物理场下的性能的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1为核级树脂综合应用性能测试装置的原理结构示意图。
图2为压力控制单元的原理结构示意图。
图3为泵前过滤模块的原理结构示意图。
图4为增压模块的原理结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称:
1-压力控制单元,2-水质控制系统,3-过滤模块,4-气体调节模块,5-泵前过滤模块,6-增压模块,7-蠕动泵调节装置,8-树脂辐射测试单元,9-背压模块,10-缓存容器,11-回收测量模块,12-取样系统,13-在线监测系统,14-温度控制单元,15-储液箱排水或取样口,16-入口热电偶,17-第二压力传感器,18-取样冷却器,19-第三压力传感器,20-回水冷却器,21-储液箱,22-补水泵,101-排气口,102-通气管,103-第一安全阀,104-第一压力传感器,105-第一压力表,106-第一电磁阀,107-备压阀,108-第一针阀,109-第一球阀,501-接储液箱来水口,502-第二球阀,503-过滤器,504-第三球阀,505-第四球阀,506-去增压模块出口;601-接泵前过滤模块来水口,602-去温度控制单元出水口,603-脉动阻尼器,604-高压泵,605-负压传感器,1401-加热炉,1402-保温带,1201-减压阀,1202-第二针阀。
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。
在以下描述中,为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而,对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中,为了避免混淆本发明,未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中,对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此,在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外,可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外,本领域普通技术人员应当理解,在此提供的示图都是为了说明的目的,并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中,术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例
为解决传统的核级树脂研究的因素单一导致难以准确把握核级树脂在不同物理场下的性能的技术问题,本发明实施例提供一种核级树脂综合应用性能测试装置,参考图1-图4所示,包括:用于模拟反应堆一回路的闭环检测一回路,所述闭环检测一回路设有:水质控制单元,用于控制水质,水质控制单元的出水口与温度控制单元的控温管道连通;温度控制单元,用于控制出水管道来水的温度,温度控制单元的控温管道与树脂辐射测试单元连通;以及树脂辐射测试单元,用于核辐射核级树脂以测试核级树脂在不同物理场下的净化性能,树脂辐射测试单元的进水口与温度控制单元的出水管道连通;树脂辐射测试单元的出水口与水质控制单元的进水管道连通。
从而,本发明实施例的测试装置通过包括水质控制单元、温度控制单元和树脂辐射测试单元等部件组成的闭合检测一回路,实现了对核级树脂的水质、温度以及辐射等多种物理场的综合性能测试,突破传统技术中单一的物理场模拟方式,避免了传统的核级树脂研究的因素单一导致难以准确把握核级树脂在不同物理场下的性能的缺陷。
参考图1-4所示,核级树脂综合应用性能测试装置包括水质控制单元、温度控制单元14和树脂辐射测试单元8;其中,所述水质控制单元包括:水质控制系统2,水质控制系统的通水管道与储液箱21连通,水质控制系统用于监测储液箱中的水的水质并控制储液箱的排水泵和储液箱的补水泵22以使储液箱中的水质符合测试要求;以及储液箱,用于储水,通过出水管道与温度控制单元的控温管道连通。所述储液箱还连有:气体调节模块,用于控制储液箱中的氧气含量。可选地,水质控制系统包括水质控制器,能够对试验水质的溶解氧、pH、电导率、溶出物、离子浓度、流速和/或流量参数进行调节控制。
具体地,水质控制系统2通过两个球阀分别连接废液收集口和预留取样口,水质控制系统通过过滤模块3、循环泵和球阀与储液箱连接;储液箱上方连有蠕动泵调节装置7,储液箱内设有液位计和发泡器,储液箱通过气体调节模块4与除氧接口和控氧接口连接。进水口依次通过补水泵、单向阀和储液箱连通;储液箱通过电磁阀与储液箱排水或取样口15连通。
可选地,水质控制系统包括水质控制器,能够对试验水质的溶解氧、pH、电导率、溶出物、离子浓度、流速和/或流量等多种参数进行调节控制,通过调控水质的电导率、pH的变化来评价核级树脂对特定离子的分离效果;通过改变流速、流量以评价核级树脂的动力学性能;通过调节溶出物的含量,分析核级树脂的分解程度;通过改变水质环境中的离子浓度,以模拟真实工况。采用Cs和Sr的稳定同位素替代相应的放射性离子,并配置5~6倍或更高浓度的水质料液存储于储液箱中,通过管道和泵连接与回路中。本发明对水质控制器的类型不作任何限制,以能够实现核反应堆中水质参数的改变即可,包括但不限于多种水质控制器或多种水质控制器的集成化。
所述测试装置还包括:压力控制单元1,用于与储液箱连通以控制储液箱内的压力。通过压力控制系统控制回路的水压,探究在不同水压条件下核级树脂的性能变化,并模拟不同反应堆回路中的压力。
具体地,水质控制单元的储液箱还连有压力控制单元,通过压力控制单元控制储液箱中的水压,从而控制储液箱出水的压力、流量或流速;压力控制单元1包括排气口101、通气管102、第一安全阀103、第一压力传感器104、第一压力表105、第一电磁阀106、备压阀107、第一针阀108和第一球阀109,连接关系参考图3所示。
所述测试装置还包括:泵前过滤模块5,用于与储液箱的出水口连接;以及增压模块6,增压模块的进水口用于与泵前过滤模块的出水口连接,增压模块的出水口与温度控制单元的控温管道连通。
参考图1所示,水质控制单元的储液箱的出水依次经过泵前过滤模块、增压模块进入到温度控制单元。其中,泵前过滤模块包括接储液箱来水口501、第二球阀502、过滤器503、第三球阀504、第四球阀505和去增压模块出口506;泵前过滤模块的各部件的连接关系参考3所示。增压模块包括接泵前过滤模块来水口601、去温度控制单元出水口602、脉动阻尼器603、高压泵604和负压传感器605,增压模块的各部件的连接关系参考图4所示。
增压模块的去温度控制单元出水口602与温度控制单元的控温管道连通。
所述温度控制单元包括:加热炉,用于加热温度控制单元的控温管道中的水;测温计,用于监测温度控制单元的控温管道中的水的温度;以及保温带,设于温度控制单元的控温管道的外侧以使控温管道中的水的温度保持稳定。通过温度控制系统调节控制回路的温度范围,可探究核级树脂在不同温度下的理化性能。
参考图1所示,温度控制单元14包括加热炉1401和保温带1402,增压模块的去温度控制单元出水口602通过控温管道进入加热炉中加热,加热炉的出水口连接的控温管道上设置保温带从而保证了温度控制单元出水的温度的稳定。
温度控制单元的出水口连接有树脂辐射测试单元8;树脂辐射测试单元包括:离子交换柱802,填充有核级树脂,离子交换柱的进水口用于与温度控制单元的控温管道连通;以及辐射源801,用于辐照所述离子交换柱中的核级树脂。树脂辐射测试单元还设有辐照剂量探测仪器,用于监测辐照剂量。
可选地,离子交换柱为两个,温度控制单元的出水口通过两个支管分别连接两个离子交换柱;每个支管上设有入口热电偶16和第二压力传感器17;辐射源的辐射范围覆盖两个离子交换柱,从而,可以控制辐射源在不同条件下产生不同的辐照来对离子交换柱中的核级树脂进行测试。
以192Ir作为辐射源,辐照场的辐射强度适于不同反应堆的辐照强度;将核级树脂装填于离子交换柱中,并将离子交换柱放置于辐射源与辐照剂量探测器之间,以真实模拟核级树脂在反应堆回路中的辐射状态。离子交换柱采用双柱模式,可同时模拟对比不同材料,例如国产与进口材料,辐照剂量探测仪器用于实时准确检测材料所处的辐射剂量。
在离子交换柱上下两端设置压力探测器,以检测床层压降过程和流出物的总有机碳含量。整个辐射体系由屏蔽组件进行辐射屏蔽,以防止辐射污染;通过辐射源可探究在不同辐照剂量下的理化性能,且辐射源可根据不同的要求更换不同的辐射源。
可选地,所述离子交换柱的出水口依次通过背压模块和回水测量模块与储液箱连通。
参考图1所示,离子交换柱的出水口通过设有第三压力传感器19的管道依次与回水冷却器20、背压模块9、缓存容器10和回水测量模块11连接,回水测量模块与储液箱的上方连接;从而使离子交换柱的出水回到储液箱中循环使用。
离子交换柱还连有在线监测系统13和取样系统12,从而可以对离子交换柱的净化能力以及其它参数进行及时的监测,从而保证测试的及时性和准确性。参考图1所示,在线监测系统与离子交换柱连接,用于对闭环检测一回路中的参数进行在线监测。离子交换柱依次通过取样冷却器18和第五球阀后与在线监测系统13连接。取样系统与离子交换柱连接,用于实现对核级树脂的取样。离子交换柱通过取样冷却器后与取样系统连接。取样系统包括减压阀1201和第二针阀1202;离子交换柱依次通过取样冷却器、减压阀和第二针阀连接。所述的取样系统还包括自动取样器,通过与离子交换柱连接,通过调节压力和控制电磁阀门使待测液从离子交换柱中流出取样,进而实现溶出物TOC的检测。
在线监测系统包括但不限于电导率仪、pH计、流量计、流速计、压力计和离子浓度计,对回路中物理化学环境变化参数进行在线实时监测,以控制不同的实验条件,模拟真实的回路水环境。离子的检测包括对如锂、钠、钙、镁、铁等阳离子,还包括氟离子、氯离子、硝酸根离子、硫酸根离子等多种回路中的阴离子。在线检测系统与离子交换柱连接以实时监测离子交换柱中的环境参数,例如使用动态光散射技术在线监测树脂材料颗粒的球形度及粒度等多种参数。
本发明实施例测试装置可实现的多物理场包括但不限于速度场、温度场、压力场、氧化环境、水质工况与辐照场等形成的多种物理场,辐照场的辐射强度适于不同反应堆的辐照强度。
对于本发明实施例的回路中常见的球阀、过滤器、泵、压力表则属于本领域的现有技术,本领域技术人员可根据不同的技术要求而进行选择。
综上,本发明实施例通过真实模拟反应堆一回路形成闭环检测一回路,并在多物理场的综合作用下实现了核级树脂的性能的测试,从而,避免了传统的核级树脂研究的因素单一导致难以准确把握核级树脂在不同物理场下的性能的缺陷。
本发明实施例依托核工业针对如何进行有效冷却核反应堆一回路的技术要求,搭建该实验系统;针对不同物理场与辐射场的有机结合,突破现有技术中单一的物理场模拟方式,尤其是解决现有技术中并未将多种物理场与辐射场进行有机结合的测试体系,利用该测试装置,能够模拟核级树脂在真实工况下的理化性质,使得核级树脂的工作环境更加接近于反应堆一回路的水环境,以探究材料的使用性能,并根据该材料的性能变化,指导工艺的优化和改进,使得核级树脂的净化能力更强,在提高性能的同时避免资源的浪费,具有切实的经济效益,并能够实现工业化。
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)
1.一种核级树脂综合应用性能测试装置,其特征在于,包括:
用于模拟反应堆一回路的闭环检测一回路,所述闭环检测一回路设有:
水质控制单元,用于控制水质,水质控制单元的出水口与温度控制单元的控温管道连通;
温度控制单元,用于控制出水管道来水的温度,温度控制单元的控温管道与树脂辐射测试单元连通;以及
树脂辐射测试单元,用于核辐射核级树脂以测试核级树脂在不同物理场下的净化性能,树脂辐射测试单元的进水口与温度控制单元的出水管道连通;
树脂辐射测试单元的出水口与水质控制单元的进水管道连通。
2.如权利要求1所述核级树脂综合应用性能测试装置,其特征在于,所述水质控制单元包括:
水质控制系统,水质控制系统的通水管道与储液箱连通,水质控制系统用于监测储液箱中的水的水质并控制储液箱的排水泵和储液箱的补水泵以使储液箱中的水质符合测试要求;以及
储液箱,用于储水,通过出水管道与温度控制单元的控温管道连通。
3.如权利要求1所述核级树脂综合应用性能测试装置,其特征在于,所述温度控制单元包括:
加热炉,用于加热温度控制单元的控温管道中的水;
测温计,用于监测温度控制单元的控温管道中的水的温度;以及
保温带,设于温度控制单元的控温管道的外侧以使控温管道中的水的温度保持稳定。
4.如权利要求1所述核级树脂综合应用性能测试装置,其特征在于,所述树脂辐射测试单元包括:
离子交换柱,填充有核级树脂,离子交换柱的进水口用于与温度控制单元的控温管道连通;
辐射源,用于辐照所述离子交换柱中的核级树脂;以及
辐照剂量探测仪器,用于监测辐照剂量。
5.如权利要求2所述核级树脂综合应用性能测试装置,其特征在于,所述测试装置还包括:
压力控制单元,用于与储液箱连通以控制储液箱内的压力。
6.如权利要求2所述核级树脂综合应用性能测试装置,其特征在于,所述测试装置还包括:
泵前过滤模块,用于与储液箱的出水口连接;以及
增压模块,增压模块的进水口用于与泵前过滤模块的出水口连接,增压模块的出水口与温度控制单元的控温管道连通。
7.如权利要求4所述核级树脂综合应用性能测试装置,其特征在于,所述测试装置还包括:
在线监测系统,与离子交换柱连接,用于对闭环检测一回路中的参数进行在线监测。
8.如权利要求4所述核级树脂综合应用性能测试装置,其特征在于,所述测试装置还包括:
取样系统,与离子交换柱连接,用于实现对核级树脂的取样。
9.如权利要求2所述核级树脂综合应用性能测试装置,其特征在于,所述离子交换柱的出水口依次通过背压模块和回水测量模块与储液箱连通。
10.如权利要求2所述核级树脂综合应用性能测试装置,其特征在于,所述储液箱还连有:
气体调节模块,用于控制储液箱中的氧气含量。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN202111517533.3A CN114200502A (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 一种核级树脂综合应用性能测试装置 |
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CN202111517533.3A CN114200502A (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 一种核级树脂综合应用性能测试装置 |
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CN202111517533.3A Pending CN114200502A (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 一种核级树脂综合应用性能测试装置 |
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CN (1) | CN114200502A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115372240A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-11-22 | 中国核动力研究设计院 | 一种专用于核级树脂的多物理场特性检测的控制装置 |
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2021
- 2021-12-13 CN CN202111517533.3A patent/CN114200502A/zh active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115372240A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-11-22 | 中国核动力研究设计院 | 一种专用于核级树脂的多物理场特性检测的控制装置 |
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