CN205642511U - 用于汽液分离与液体流量分类测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于汽液分离与液体流量分类测量装置，由喇叭形罩〔1〕、模拟空腔〔2〕、格栅套〔3〕、冷却板〔4〕、凝结液收集容器〔5〕、容器侧板〔5’〕、收集槽〔6〕、软管〔7〕、液封管〔8〕、收集罐〔9〕、回汽管〔10〕、引压管〔11〕、液位计〔12〕、收集罐〔13〕组成。通过格栅套〔3〕将气流中夹带的液滴从气体中分离出来并引入指定的收集罐〔9〕和收集罐〔13〕内；还能够即时对水流量进行收集和测量，实现了对冷壁面凝结的空间液滴和沿着壁面流淌水膜的流量分别测量。

Description

用于汽液分离与液体流量分类测量装置

技术领域

本发明属于热核发电技术领域，特别是核电站安全壳穹顶蒸汽凝结水的空间滴落比测量技术。

背景技术

当前，采用安全壳是核电站实现安全防护措施之一，当安全壳内发生一回路管道爆裂时，热的蒸汽和雾化的水汽会冲入安全壳内部空间，安全壳的穹顶会因为热蒸汽的冷却而产生凝结液，一部分在重力作用下会沿着倾斜壁面向下流淌，另一部分在重力作用下直接滴落进入内部空间，滴落到空间的液滴进入液相中并形成汽液两相混合物。目前没有针对安全壳内部空间汽液两相混合物的产生和变化过程进行细化研究的装置。凝结液流动形态、空间滴落对壁面凝结传热传质边界层的影响以及安全壳内凝结液返回堆芯的时间等等因素，都对安全壳及整个堆芯系统的安全运行有影响。为研究这个现象对传热传质以及液滴滴落比例的影响，设计了一种用于容器内汽液分离与流体流量分类即时测量的装置，实现对非能动型安全壳在管道爆裂时产生的危险状况进行专门研究，对爆裂处热的蒸汽和雾化的水汽冲入安全壳空间，汽液两相混合物的产生和变化过程进行细化的研究分析。

发明内容

本发明提供了一种汽液分离测量装置，实现将气流中的凝结液两相混合物中的液滴分离出来；将壁面和空间滴落的凝结液分别在线测量。

本发明的技术方案是：

装置一：实现气流的凝结液两相混合物中的液滴分离。

装置一包含：喇叭形罩、模拟空腔、格栅套、冷却板、容器侧板、收集槽、 软管、U型液封管、收集罐之一、回汽管、引压管、液位计和另一个收集罐之二。

装置一用于模拟核电站安全壳内部空腔的液滴进入液相中并形成汽液两相混合物的产生和变化过程。汽液分离测量装置运行前先向收集罐之一和收集罐之二内冲水，直至水液位增加至液位计标高位置以上停止；从回汽管接口向引压管灌注足够多的水，保证收集罐侧壁上的引压管全部被冷却水充满。

汽液分离测量装置的模拟空腔是一个柱形体空腔，柱形体顶部和底部各有一个喇叭形罩,该喇叭形罩的大口一端焊接在柱形体端面上，一端小口与气流进口相连接，另一端小口与气流出口相连接，除气流进出口外，另一喇叭形罩的大口一端焊接在柱形体底端面上，小口与气流出口相连接，该空腔密封闭合，用于模拟安全壳密闭空腔；冷却板粘贴于柱形体侧壁和两端的外部，用于模拟安全壳穹顶或侧壁的冷却效果；靠近气流出口附近的柱形体内部侧壁上焊接着一圈容器侧板形成收集槽，用于收集从侧壁流淌而下的液滴，在收集槽底部通过液封管和软管连接到收集罐之一；汽液分离测量装置的模拟空腔内部容器侧板上还焊接着一个错落布置着格栅档板的格栅套，格栅套的格栅档板带有倾角，当汽液分离测量装置成上下直立时，保证滴落在格栅挡板上的液滴能够向一侧从一阶档板流向另一阶档板并流向侧壁，而不会从栅缝中流入格栅套内部。气流入口通过格栅挡板中的栅缝从格栅套内部与气流出口相通，气流入口进入的气流必须通过格栅挡板中的栅缝才能流入格栅套内部并到达气流出口。当夹带液滴的气流从气流入口高速进入空腔后，在惯性的作用下会冲向错落的格栅档板，气流会绕过格栅档板从栅缝中流出，而液滴则在重力作用下击打在格栅挡板上，然后会吸附在格栅挡板上，在重力的作用下沿着格栅挡板流淌至柱形体内部侧壁上，由容器侧板形成的收集槽收集，和从侧壁流淌而下的液滴一起通过液封 管和软管连接到收集罐之一，实现了对气流中液滴的汽液分离测量，具体收集的液滴数量由收集罐之一内的液位计记录。

装置二：实现对壁面和空间滴落的凝结液分别在线测量。

装置二包含:喇叭形罩、模拟空腔、错落布置着格栅挡板的格栅套、冷却板、凝结液收集容器、容器侧板、收集槽之一、软管、U型液封管、收集罐、回汽管、引压管、液位计和另一个收集罐之二。

装置二用于模拟核电站安全壳内部空腔将壁面和空间滴落的凝结液分别在线测量。汽液分离测量装置运行前先向收集罐之一和收集罐之二内冲水，直至水液位增加至液位计标高位置以上停止；从回汽管接口向引压管灌注足够多的水，保证收集罐侧壁上的引压管全部被冷却水充满。汽液分离测量装置的模拟空腔是一个柱形体空腔，柱形体顶部和底部各有一个喇叭形罩,该喇叭形罩的大口一端焊接在柱形体端面上，一端小口与气流进口相连接，另一端小口与气流出口相连接，除气流进出口外，该空腔密封闭合，用于模拟安全壳密闭空腔；冷却板粘贴于柱形体侧壁和两端的外部，用于模拟安全壳穹顶或侧壁的冷却效果；靠近气流出口附近的柱形体内部侧壁上焊接着一圈容器侧板形成收集槽，用于收集从侧壁流淌而下的液滴，在收集槽底部通过软管和液封管连接到收集罐之二。汽液分离测量装置的空腔内部容器侧板的一侧，还焊接着一个错落布置着格栅档板的格栅套，格栅套的格栅档板带有倾角，当汽液分离测量装置成上下直立时，保证滴落在格栅挡板上的液滴能够向一侧从一阶档板流向另一阶档板并流向侧壁，而不会从栅缝中流入格栅套内部。气流入口进入的气流必须通过格栅挡板中的栅缝才能流入格栅套内部并到达气流出口。当夹带液滴的气流从气流入口高速进入空腔后，在惯性的作用下会冲向错落的格栅档板，气流会绕过格栅档板从栅缝中流出，而液滴则在重力作用下击打在格栅挡板上，然 后会吸附在格栅挡板上，在重力的作用下沿着格栅挡板流淌至柱形体内部侧壁上，由容器侧板形成的收集槽收集，和从侧壁流淌而下的液滴一起通过液封管和软管连接到收集罐之一，具体收集的液滴数量由收集罐之一内的液位计记录。

核电站安全壳在空腔内部容器侧板的另一侧，还放置着一个单位面积的凝结液收集容器，该凝结液收集容器内放置着一个液位计，用于在线记录凝结液收集容器内的液位变化情况。该凝结液收集容器所收集的凝结液数量乘以穹顶的面积，就是事故中核电站安全壳穹顶内部从顶部向空间直接滴落的凝结液在线的测量数据。

收集罐收集了模拟的核电站安全壳穹顶产生的凝结液，包括了从侧壁流淌的和从穹顶直接滴落空间的凝结液，从凝结液的总流量可评估汽液分离测量装置的空腔表面散热损失，并与汽液分离测量装置的空腔外侧保温层上测量的散热损失形成对比验证。从而可以得到当汽液分离测量装置的空腔内部气流中的凝结液两相混合物处于不同温度和湿度的曲线图，从中可以计算出相对干燥的蒸汽和饱和蒸汽所具有的不同传热传质特性，以确定将核电站安全壳穹顶和侧壁的散热特性。对于带压蒸汽管道内液位测量，采用液位收集技术并将液位计布置在较低标高下实现液位测量。

本发明具有以下优点和突出性效果：格栅式汽液分离装置的结构能够将气流中夹带的液滴有气体分离出来并引入指定的收集槽内。液封装置及气体返回装置能够即时对水流进行收集和测量。传统疏水阀技术则间断式启闭原理，当疏水阀开启时易导致管道内压力波动较大，从而影响流动，本液封技术解决了该问题。液位计低位布置、充水和引压方案能够用于承压容器内液位的准确测量。实现了对冷壁面凝结的空间液滴和沿着壁面流淌水膜的流量分别测量，该装置能够应用于研究安全壳穹顶位置水滴滴落的临界倾角以及不同倾角下凝结 水滴落的比例。

附图说明

图1凝结液两相混合物中液滴分离装置示意图；

图2对壁面和空间滴落凝结液分别测量装置示意图之一；

图3对壁面和空间滴落凝结液分别测量装置示意图之二；

图4对壁面和空间滴落凝结液分别测量装置示意图之三。

说明：1-喇叭形罩；2-模拟空腔；3-格栅套；4-冷却板；5-凝结液收集容器；5’-容器侧板；6-收集槽；7-软管；8-液封管；9-收集罐之一；10-回汽管；11-引压管；12-液位计；13-收集罐之二。

具体实施方式

实施例1：对壁面和空间滴落凝结液分别测量；

汽液分离测量装置运行前先向收集罐之一9和收集罐之二13内冲水，直至水液位增加至液位计12标高位置以上停止；从回汽管10接口向引压管11灌注足够多的水，保证收集罐侧壁上的引压管11全部被冷却水充满。打开进气阀，当蒸汽和空气混合物从气流入口的喇叭形罩1流入汽液分离测量装置后，蒸汽在冷却板4内表面凝结，凝结的水在重力和表面张力及污垢、表面不均匀性等因素影响下，一部分水会沿着模拟空腔2的侧壁向下流淌，沿着模拟空腔2侧壁面流淌的水在流至收集槽6内；另一部分水则以液滴的形式滴落，一部分会随着气流流动或者滴到容器侧板5’上；空间滴落的较小液滴随着气流流至格栅套3的格栅式挡板上，由于气体密度较小且具有较好的可压缩性，气流很容易绕过格栅套3有格栅式挡板，通过下部的喇叭形罩1的气流出口流出。而由于水滴的惯性和密度都较大，水滴会击打在格栅套3的格栅挡板上，然后会吸附在格栅挡板上，在重力的作用下沿着格栅挡板流淌至柱形体内部侧壁上，由容 器侧板5’形成的收集槽6收集，和从侧壁流淌而下的液滴一起通过液封管8和软管7连接到收集罐之一9；空间滴落液滴一部分会落入放置在容器侧板5’上的凝结液收集容器5内，通过液封管8和软管7连接到收集罐之二13；随着收集水槽6和凝结液收集容器5内水的液位增高，下游U形液封管8内被水灌满，从而实现对气流液封，液封后继续从模拟空腔2的侧壁流淌下来的水流入冷却水收集罐之二13内，在冷却水收集罐之二13内水位不断增加，随着液位的增加液位计12两侧引压管内的水压差减小，根据水压差和液位高度成正比，可以直接测量出各收集罐之二13内冷凝水的流量。

实施例2：进行安全壳穹顶凝结换热研究；

汽液分离测量装置运行前先向收集罐之一9和收集罐之二13内冲水，直至水液位增加至液位计12标高位置以上停止；从回汽管10接口向引压管11灌注足够多的水，保证收集罐侧壁上的引压管11全部被冷却水充满。打开进气阀，当蒸汽和空气混合物从气流入口的喇叭形罩1流入汽液分离测量装置后，蒸汽在冷却板4内表面凝结，凝结的水在重力和表面张力及污垢、表面不均匀性等因素影响下，一部分水会沿着模拟空腔2的侧壁向下流淌，沿着模拟空腔2侧壁面流淌的水在流至收集槽6内；另一部分水则以液滴的形式滴落，一部分会随着气流流动或者滴到容器侧板5’上；空间滴落的较小液滴随着气流流至格栅套3的格栅式挡板上，由于气体密度较小且具有较好的可压缩性，气流很容易绕过格栅套3有格栅式挡板，通过下部的喇叭形罩1的气流出口流出。而由于水滴的惯性和密度都较大，水滴会击打在格栅套3的格栅挡板上，然后会吸附在格栅挡板上，在重力的作用下沿着格栅挡板流淌至柱形体内部侧壁上，由容器侧板5’形成的收集槽6收集，和从侧壁流淌而下的液滴一起通过液封管8和软管7连接到收集罐之一9；空间滴落液滴一部分会落入放置在容器侧板5’上的 凝结液收集容器5内，通过液封管8和软管7连接到收集罐之二13；随着收集水槽6和凝结液收集容器5内水的液位增高，下游U形液封管8内被水灌满，从而实现对气流液封，液封后继续从模拟空腔2的侧壁流淌下来的水流入冷却水收集罐之二13内，在冷却水收集罐之二13内水位不断增加，随着液位的增加液位计12两侧引压管内的水压差减小，根据水压差和液位高度成正比，可以直接测量出各收集罐内冷凝水的流量。通过凝结因子可以将冷凝水量换算成为热交换的数值，可以有效研究蒸汽和空气混合物的干燥度对热交换数值的影响。通过分别测量收集罐之一9和收集罐之二13内的凝结液数量可以得到模拟空腔2的侧壁向下流淌的凝结液数量，以及单位面积上由空间直接滴落的凝结液数量，根据核电站安全壳穹顶的面积数量乘以该凝结液数量就可以得到核电站安全壳穹顶在不同干燥度的蒸汽中单位时间内会产生的空间直接滴落的凝结液数量。

Claims (2)

1.用于汽液分离与液体流量分类测量装置，具有模拟空腔〔2〕、冷却板〔4〕、容器侧板〔5’〕、收集槽〔6〕、收集罐之一〔9〕，其特征在于还包含格栅套〔3〕、软管〔7〕、液封管〔8〕、回汽管〔10〕、引压管〔11〕、液位计〔12〕；其模拟空腔〔2〕是一个柱形体空腔，柱形体顶部和底部各有一个喇叭形罩〔1〕,该喇叭形罩〔1〕的大口一端焊接在柱形体顶端面上，小口与气流进口相连接，另一喇叭形罩〔1〕的大口一端焊接在柱形体底端面上，小口与气流出口相连接，除气流进出口外，该空腔密封闭合；冷却板〔4〕粘贴于柱形体侧壁和两端的外部；靠近气流出口附近的柱形体内部侧壁上焊接着一圈容器侧板〔5’〕形成收集槽〔6〕，在收集槽〔6〕底部通过液封管〔8〕和软管〔7〕连接到收集罐之一〔9〕；模拟空腔〔2〕内部容器侧板〔5’〕上还焊接着一个错落布置着格栅档板的格栅套〔3〕，格栅套〔3〕的格栅档板带有倾角；气流入口通过格栅挡板中的栅缝从格栅套内部与气流出口相通。

2.根据权利要求1所述的用于汽液分离与液体流量分类测量装置，其特征在于还包含一个凝结液收集容器〔5〕、另增加一套软管〔7〕、液封管〔8〕、回汽管〔10〕、引压管〔11〕、液位计〔12〕和另一个收集罐之二〔13〕；靠近气流出口附近的柱形体内部侧壁上焊接着一圈容器侧板〔5’〕形成收集槽〔6〕，在容器侧板〔5’〕的一侧放置着一个凝结液收集容器〔5〕，该凝结液收集容器〔5〕通过另一套液封管〔8〕和软管〔7〕连接到收集罐之二〔13〕。