CN204720082U - 一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统 - Google Patents
一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204720082U CN204720082U CN201520402851.9U CN201520402851U CN204720082U CN 204720082 U CN204720082 U CN 204720082U CN 201520402851 U CN201520402851 U CN 201520402851U CN 204720082 U CN204720082 U CN 204720082U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- valve
- water tank
- heat exchanger
- thermopair
- exchanger tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
本实用新型公开一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统，包括加热罐、加热元件、换热管、水箱、排气管道和第一加水管道。所述换热管具有竖直段、第一水平段和第二水平段，竖直段设置于所述水箱中，两水平段从水箱的同一侧穿出后分别与所述加热罐的顶部和底部相连，从而形成回路；所述加热元件设置在所述加热罐内；所述排气管道通过第一阀门与所述换热管的第一水平段相连；所述第一加水管道通过第二阀门与所述换热管的第二水平段相连；所述换热管的管内和管外壁，以及所述水箱内分别设置有管内热电偶、管外壁热电偶和水箱热电偶。本实用新型能够完全模拟非能动余热排出热交换器的运行过程，且具有操作简便、运行成本低的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种实验系统，尤其是一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统。
背景技术
20世纪80年代中期以来，国际核能界开展了第3代核电技术的研发，取得了诸多研究成果，采用非能动安全原理的AP1000就是其中之一。非能动余热排出系统(PRHRS)是AP1000非能动堆芯冷却系统(PXS)的重要组成部分，其主要设备是非能动余热排出热交换器(PRHR HX)。PRHR HX由上部的入口封头、下部的出口封头和连接上下封头的“C”型立式管束组成。这些“C”型立式管束即为换热管。换热管布置在安全壳内置换料水箱(IRWST)内，IRWST内的水作为冷却介质，为热交换器提供热阱功能。
非能动余热排出热交换器(PRHR HX)传热机理十分复杂，国内对其研究甚少，设计经验积累更是空白，加上国外先进核电国家非常重视知识产权的保护，很多关键技术和资料都高度保密。直接通过PRHR HX进行传热机理研究涉及操作非常复杂，且运行成本高，几乎不被考虑。因此需要设计出一套非能动余热排出热交换器模拟实验系统以研究PRHR HX传热机理。
哈尔滨工程大学核科学技术研究院与国电环境保护研究院联合曾开发了一套非能动余热排出换热器模拟实验系统。实验采用电加热锅炉产生的饱和蒸汽作为换热介质，加热高位水箱内的水，以模拟PRHR HX从运行开始到高位水箱水达到饱和这一过程的换热特性。
实验过程中，热蒸汽在管内冷凝并释放热量，水箱水温逐渐上升至饱和。其换热管束由7根铜镍合金光管组成，管束采用三角形排列。换热管总长600mm，管束安装在高位水箱内，底部距水箱底200mm。管壁温度和高位水箱温度分别由焊接在管壁上的10对热电偶和设置在水箱内、距管束轴线100mm的9对热电偶测得。文章发表在《原子能科学技术》2011，Vol.45,No.8:931-936，题为非能动余热排出换热器运行初始阶段换热特性研究，作者李勇等人。
哈尔滨工程大学开发的模拟实验系统主要研究非能动余热排出换热器高位水箱水达到饱和前的升温过程和换热特性，然而受到实验条件的限制，该系统存在以下三点缺陷：
第一点，系统中使用的换热管束为直管，而PRHR HX使用C型换热管，两种形式的换热管存在一定的差异，所使用的传热计算公式也不尽相同。
第二点，该系统使用管内换热介质是饱和蒸汽，而实际工况的介质是高温高压水。
第三点，该系统会产生蒸汽冷凝。蒸汽冷凝是由于饱和蒸汽分子在换热管内遇到较冷的管内壁面，从而冷凝成小液滴，并随着冷凝液的积聚，冷凝液会顺着换热管内壁面顺流而下，该系统无法分段从换热管内将冷凝液提出，只能测出整个换热管内的全部冷凝量，因此该系统无法获得换热过程中各段的传热情况。而此类换热器设计时，需要利用水箱温度分布分段推算换热管各段传热量及管内温度分布，故该系统无法实现这一目标。
该已有模拟实验系统只能用来研究高位水箱介质受热变化，对于管内外各段耦合传热的研究无法实现。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，尽可能地模拟PRHR HX运行过程，并进行非能动余热排出热交换器传热性能测试。
为了解决这些技术问题，本实用新型提供了一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统，包括加热罐、加热元件、换热管、水箱、排气管道和第一加水管道，其特征在于：所述换热管具有竖直段、第一水平段和第二水平段，竖直段设置于所述水箱中，与水箱的高度方向平行，第一水平段和第二水平段从水箱的同一侧穿出后分别与所述加热罐的顶部和底部相连，从而形成回路；所述加热元件设置在所述加热罐内；所述加热罐上设置有安全阀和压力表；所述排气管道通过第一阀门与所述换热管的所述第一水平段相连；所述第一加水管道通过第二阀门与所述换热管的所述第二水平段相连；所述换热管的管内和管外壁，以及所述水箱内分别设置有管内热电偶、管外壁热电偶和水箱热电偶；所述水箱包括水箱壁和水箱底。
一种优选水箱结构是，所述水箱还包括水箱顶；所述水箱顶或所述水箱壁上部通过第十阀门设置有第二加水管道。
再一种优选水箱结构是，所述水箱还包括与所述水箱口径相匹配的水箱顶盖；所述水箱顶盖包括外层薄片、内层薄片，以及由所述外层薄片和内层薄片围成的板腔。所述板腔中可装入冷却介质，比如自来水或其他可以想到的常规冷却介质。所述水箱顶盖有助于在水箱水发生沸腾之后，使得沸腾产生的蒸汽冷却成液体回流至水箱，以防止蒸汽蒸发量过大而导致水箱液位下降，造成换热管干烧现象。所述水箱顶盖盖设在所述水箱壁顶部敞口上。所述水箱顶盖可以延伸出一个下端以便更好的起到冷却作用。所述下端可以设计为将所述水箱壁上部包裹在内的形式；也可以设计为可被所述水箱壁包裹在内的形式。
为了能更好的控制回路中的高温高压水的流动过程及检测流量和温度，对上述方案做了改进，所述第一阀门与所述加热罐顶部之间设置有第三阀门；所述第一阀门与所述换热管之间设置有第四阀门；所述加热罐底部与所述换热管之间通过第五阀门设置有第一出水口；所述回路上设置有流量计、温度计和第一止回阀。优选的，所述回路上设置两个温度计，分别设置在伸出所述水箱的所述第一水平段和第二水平段上，用于测量换热管进、出口处的管内水温，作为传热研究的参考值。
本实用新型采用加热元件加热加热罐中的水至产生高温高压水，比如温度达到270℃左右。此时由于管路两侧(加热罐侧及水箱侧)存在温差，管路中的高温高压水会在自然对流作用下，从上部管道朝着水箱侧流动，将热量传递到水箱介质后，再经由下部管道回到加热罐内，如此持续加热水箱内介质。考虑到自然对流推动力较弱，且由于本实用新型实验回路附件较多，为了保证实验回路的循环流动，在管路中并联了一个高温泵，以便在自然对流无法实现的情况下提供推动力。因此进一步改进为，所述的非能动余热排出热交换器模拟实验系统回路上设置有第六阀门，且在第三、四、六阀门中择一阀门两端通过第七阀门和第八阀门并联设置有一个高温泵，且所述高温泵出口与第七阀门之间设置有第二止回阀。
作为再一种改进方案，所述安全阀的起跳压力设置为1～30MPa，优选为6MPa。
为了能够得到该试验系统多个位置的热性能数据，进一步的改进方案是所述管内热电偶的数量为1～100根，所述管外壁热电偶的数量为1～100根，所述水箱热电偶的数量为1～100根且沿水箱的高度方向依次分布。优选的，所述管内热电偶的数量为10～20根，所述管外壁热电偶的数量为10～20根，所述水箱热电偶的数量为10～20根且沿水箱的高度方向依次分布。更优选的，所述管内热电偶的数量为13根，其中2根分别分布在换热管上下两端伸出水箱的第一水平段和第二水平段中；所述管外壁热电偶的数量为11根，两两间隔相同距离均匀分布于换热管的管外壁，如图1所示；所述水箱热电偶的数量为10根且沿水箱的高度方向依次分布。
试验流程为了减小一回路沿程阻力，系统的设计以尽量缩短尺寸为标准，整个系统也非常紧凑。
本实用新型的发明人开发的所述非能动余热排出热交换器模拟实验系统能完全模拟非能动余热排出热交换器的运行过程，对PRHR HX传热机理进行深入研究，为此类换热器的自主设计提供传热设计的理论依据，最终形成一套此类换热器传热设计的计算方法，在我国积极发展清洁能源的现在显的尤为重要。同时，与直接在非能动余热排出换热器上进行传热机理研究相比，具有操作简便，运行成本低的优势。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的非能动余热排出热交换器模拟实验系统示意图。
图2示出了沿图1中A-A线所取的水箱与换热管横截面示意图。
图3是本实用新型实施例2的非能动余热排出热交换器模拟实验系统示意图。
图4是本实用新型实施例3的非能动余热排出热交换器模拟实验系统示意图。
图5是本实用新型实施例3的所述水箱顶盖的第二种设计的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。
实施例1
图1是本实用新型实施例1的非能动余热排出热交换器模拟实验系统示意图。在本实施例中，试验采用高温高压水作为管内介质。模拟IRWST水箱的水箱8为Ф600×1500mm的不锈钢水箱，其内装满常压的水。模拟PRHR HX中的换热管的换热管7是1根Ф19.05×1.5不锈钢管，其形状保持C字型，即由竖直段、第一水平段和第二水平段组成。
在换热管7管内布置11根4线制Pt100管内热电偶25，与其相对应位置的管壁温度使用焊接在管壁上的管外壁热电偶26测量。所述管外壁热电偶26成J型。同时安装10根J型水箱热电偶27测定水箱8竖直方向的温度分布。实验过程实时监测并记录C型换热管7及水箱8内各测点温度。管外壁热电偶26和水箱热电偶27分布如图1所示；管内热电偶25分布在管内，与对应的管外壁热电偶26位于所述换热管7的同一横截面上，如图2所示。
从图1可知，换热管7的竖直段设置于水箱8中与水箱8的高度方向平行，换热管7的第一水平段和第二水平段分别从水箱8同一侧穿出与加热罐1的顶部和底部相连，从而形成一个回路；加热元件2设置在加热罐1内；排气管道5通过第一阀门17与换热管7第一水平段相连；第一加水管道10通过第二阀门20与换热管7的第二水平段相连。第一阀门17与加热罐顶部之间设置有第三阀门16，与换热管7之间设置有第四阀门18；加热罐1底部与换热管7之间通过第五阀门24设置有一个开口向下的第一出水口15；回路上设置有第一温度计6、第二温度计30、第一止回阀11、流量计12和第六阀门21，且在第六阀门21两端通过第七阀门22和第八阀门23并联设置有一个高温泵13。该高温泵13出口与第七阀门22之间设置有第二止回阀14。水箱8底部通过第九阀门19设置有一个开口向下的第二出水口9。水箱8包括水箱壁40和水箱底41，呈敞口状。
实验准备阶段，关闭第九阀门19，向水箱8内注入规定高度的水；关闭第五阀门24、第九阀门19，打开其他七个阀门，从第一加水管道10注入自来水，在排气管道5水满溢出后(此时表明整个管路已加满水)，停止加水并关闭第二阀门20；关闭第三阀门16、第一阀门17、第五阀门24，启动加热元件2设定加热温度270℃，由于加热罐1内水受热体积膨胀，会产生一定的压力，所以在加热罐1上安装压力表4和安全阀3，安全阀3的起跳压力设置为6MPa。
加热罐1内温度到达设定值后，打开第三阀门16，此时第一阀门17、第八阀门23、第五阀门24关闭，使得管侧水在温差作用下流动，过程中，流量计12实时显示并记录管内流量大小。若由于阻力过大管内并无自然对流产生，关闭第六阀门21，打开第七阀门22、第八阀门23，启动高温泵13，实现管路的强制对流循环。实验过程中监测并记录系统中各个温度测量和压力测点的值，作为后续分析的原始数据。
实验结束后，停止加热元件2加热，启动高温泵13(如果事前未启动)，开启第九阀门19，排出水箱8内热水，同时向水箱8加入适量冷水，待回路中高温水冷却至设定的降低温度后，关闭高温泵13。
实施例2
图3是本实用新型实施例2的非能动余热排出热交换器模拟实验系统示意图，与实施例1的区别在于，水箱8还包括水箱顶42，且水箱顶42或水箱壁40上部通过第十阀门29设置有第二加水管道28。
实施例3
图4是本实用新型实施例3的非能动余热排出热交换器模拟实验系统示意图，与实施例1的区别在于，水箱8还包括与所述水箱8口径相匹配的水箱顶盖31；所述水箱顶盖31包括外层薄片32、内层薄片33，以及由所述外层薄片32和内层薄片33围成的板腔34；板腔34内装有冷却介质自来水。所述水箱顶盖31盖设在所述水箱壁40顶部敞口上。所述水箱顶盖31可以延伸出一个下端以便更好的起到冷却作用。所述下端可以设计为将所述水箱壁40上部包裹在内的形式(如图4所示)；也可以设计为可被所述水箱壁40包裹在内的形式(如图5所示)。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统，包括加热罐(1)、加热元件(2)、换热管(7)、水箱(8)、排气管道(5)和第一加水管道(10)，其特征在于：所述换热管(7)具有竖直段、第一水平段和第二水平段，竖直段设置于所述水箱(8)中，与水箱(8)的高度方向平行，第一水平段和第二水平段从水箱(8)的同一侧穿出后分别与所述加热罐(1)的顶部和底部相连，从而形成回路；所述加热元件(2)设置在所述加热罐(1)内；所述加热罐(1)上设置有安全阀(3)和压力表(4)；所述排气管道(5)通过第一阀门(17)与所述换热管(7)的第一水平段相连；所述第一加水管道(10)通过第二阀门(20)与所述换热管(7)的第二水平段相连；所述换热管(7)的管内和管外壁，以及所述水箱(8)内分别设置有管内热电偶(25)、管外壁热电偶(26)和水箱热电偶(27)；所述水箱(8)包括水箱壁(40)和水箱底(41)。
2.根据权利要求1所述的非能动余热排出热交换器模拟实验系统，其特征在于：所述第一阀门(17)与所述加热罐(1)的顶部之间设置有第三阀门(16)；所述第一阀门(17)与所述换热管(7)之间设置有第四阀门(18)；所述加热罐(1)与所述换热管(7)的第二水平段之间通过第五阀门(24)设置有第一出水口(15)；所述回路上设置有流量计(12)、第一温度计(6)和第一止回阀(11)。
3.根据权利要求1所述的非能动余热排出热交换器模拟实验系统，其特征在于：所述回路上设置有第六阀门(21)，且在第三阀门(16)、第四阀门(18)、第六阀门(21)中择一阀门两端通过第七阀门(22)和第八阀门(23)并联设置有一个高温泵(13)，且所述高温泵(13)出口与第七阀门(22)之间设置有第二止回阀(14)。
4.根据权利要求2所述的非能动余热排出热交换器模拟实验系统，其特征在于：所述回路上设置有第六阀门(21)，且在第三阀门(16)、第四阀门(18)、第六阀门(21)中择一阀门两端通过第七阀门(22)和第八阀门(23)并联设置有一个高温泵(13)，且所述高温泵(13)出口与第七阀门(22)之间设置有第二止回阀(14)。
5.根据权利要求1所述的非能动余热排出热交换器模拟实验系统，其特征在于：所述安全阀(3)的起跳压力设置为1～30MPa。
6.根据权利要求1所述的非能动余热排出热交换器模拟实验系统，其特征在于：所述水箱(8)还包括水箱顶(42)；所述水箱顶(42)或所述水箱壁(40)上部通过第十阀门(29)设置有第二加水管道(28)。
7.根据权利要求1所述的非能动余热排出热交换器模拟实验系统，其特征 在于：所述水箱(8)还包括与所述水箱(8)口径相匹配的水箱顶盖(31)；所述水箱顶盖(31)包括外层薄片(32)、内层薄片(33)，以及由所述外层薄片(32)和内层薄片(33)围成的板腔(34)。
8.根据权利要求1所述的非能动余热排出热交换器模拟实验系统，其特征在于：所述管内热电偶(25)和所述管外壁热电偶(26)位于所述换热管(7)的同一横截面上。
9.根据权利要求2～7任一项所述的非能动余热排出热交换器模拟实验系统，其特征在于：所述管内热电偶(25)和所述管外壁热电偶(26)位于所述换热管(7)的同一横截面上。
10.根据权利要求1～8任一项所述的非能动余热排出热交换器模拟实验系统，其特征在于：所述管内热电偶(25)的数量为1～100根；所述管外壁热电偶(26)的数量为1～100根；所述水箱热电偶(27)的数量为1～100根且沿所述水箱(8)的高度方向依次分布；所述水箱底(41)或所述水箱壁(40)下部通过第九阀门(19)设置有第二出水口(9)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520402851.9U CN204720082U (zh) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | 一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520402851.9U CN204720082U (zh) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | 一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204720082U true CN204720082U (zh) | 2015-10-21 |
Family
ID=54319058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201520402851.9U Active CN204720082U (zh) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | 一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204720082U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105097056A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-11-25 | 上海核工程研究设计院 | 一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统 |
| CN105608979A (zh) * | 2016-02-23 | 2016-05-25 | 中广核研究院有限公司 | 模拟蒸汽发生器二次侧余热排出系统的试验装置及方法 |
| CN106024079A (zh) * | 2016-08-02 | 2016-10-12 | 合肥通用机械研究院 | 一种非能动余热排出循环性能测试系统以及测试方法 |
| CN106205750A (zh) * | 2016-08-15 | 2016-12-07 | 武汉蓝辉机电设备有限公司 | 一种核电站非能动冷却系统演示装置 |
-
2015
- 2015-06-11 CN CN201520402851.9U patent/CN204720082U/zh active Active
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105097056A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-11-25 | 上海核工程研究设计院 | 一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统 |
| CN105097056B (zh) * | 2015-06-11 | 2017-10-10 | 上海核工程研究设计院 | 一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统 |
| CN105608979A (zh) * | 2016-02-23 | 2016-05-25 | 中广核研究院有限公司 | 模拟蒸汽发生器二次侧余热排出系统的试验装置及方法 |
| CN105608979B (zh) * | 2016-02-23 | 2019-11-15 | 中广核研究院有限公司 | 模拟蒸汽发生器二次侧余热排出系统的试验装置及方法 |
| CN106024079A (zh) * | 2016-08-02 | 2016-10-12 | 合肥通用机械研究院 | 一种非能动余热排出循环性能测试系统以及测试方法 |
| CN106205750A (zh) * | 2016-08-15 | 2016-12-07 | 武汉蓝辉机电设备有限公司 | 一种核电站非能动冷却系统演示装置 |
| CN106205750B (zh) * | 2016-08-15 | 2017-09-29 | 武汉蓝辉机电设备有限公司 | 一种核电站非能动冷却系统演示装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105097056A (zh) | 一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统 | |
| CN106066235B (zh) | 超临界水窄通道自然循环实验装置及方法 | |
| CN204720082U (zh) | 一种非能动余热排出热交换器模拟实验系统 | |
| CN209149828U (zh) | 一种多回路耦合的非能动余热排出系统试验装置 | |
| CN103810930A (zh) | 二次侧非能动余热排出系统热工水力特性实验模拟装置 | |
| Yang et al. | Experimental study of the flow and heat transfer performance of a PCHE with rhombic fin channels | |
| CN102759231B (zh) | 常压/负压液氮过冷器系统 | |
| CN106952669B (zh) | 一种熔融物堆内滞留压力容器外部冷却试验台架 | |
| Reyes et al. | Testing of the multi-application small light water reactor (MASLWR) passive safety systems | |
| CN102693673B (zh) | 非能动安全压水堆核岛主系统模拟运行仪器 | |
| Bae et al. | Integral effect test and code analysis on the cooling performance of the PAFS (passive auxiliary feedwater system) during an FLB (feedwater line break) accident | |
| Li et al. | On-line fouling monitoring model of condenser in coal-fired power plants | |
| CN106548812A (zh) | 一种换热器、反应堆模拟系统及其最大最小非能动运行能力的试验方法 | |
| CN104775255B (zh) | 印染设备热能回收循环再利用节能系统及其工艺方法 | |
| CN108506995A (zh) | 非能动单罐储热供暖系统 | |
| ES2558476T3 (es) | Depósito de almacenamiento de energía térmica con generador de vapor integrado | |
| CN205719474U (zh) | 超临界水窄通道自然循环实验装置 | |
| US20220208404A1 (en) | Experimental Facility and Method for Studying Jet Impact Characteristics at Core Outlet of Fast Reactor | |
| Lv et al. | Experimental study of DRACS steady-state and transient performance | |
| US11754281B2 (en) | Test loop for simulating steam generator with or without axial economizer and test method thereof | |
| CN203173206U (zh) | 带有伴热盘管的储罐 | |
| CN106017169A (zh) | 一种采用自循环中间介质的lng汽化器及实现方法 | |
| CN202793091U (zh) | 空气加热盘管组蒸汽冷凝水一效闪蒸利用装置 | |
| CN205985126U (zh) | 一种液冷系统 | |
| Han et al. | Experimental Research on Steam Condensation on Cold Surface: Facility Design |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 29 Hong Cao Road, Xuhui District, Shanghai Patentee after: Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co.,Ltd. Address before: 200233 No. 29, Hongcao Road, Xuhui District, Shanghai Patentee before: SHANGHAI NUCLEAR ENGINEERING RESEARCH & DESIGN INSTITUTE |
|
| CP03 | Change of name, title or address |