CN209525935U - 一种确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置 - Google Patents

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陈丽
桂璐廷
程会方
苏夏
施伟
陆道纲
曹琼
王汉
韩一丹
黄若涛
柴庆竹
王芳
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Abstract

本实用新型提供一种确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置，包括:模拟乏燃料棒束,在模拟乏燃料棒束的四周设置有保温和透明围护；在模拟乏燃料棒束的底部设置密封结构；在围护的底部设置有疏水管,疏水管分别通过第一疏水阀和第二疏水阀与疏水槽以及储水箱相连接；喷淋供水管路,用于为模拟乏燃料棒束提供冷却水源；以及数据采集和处理系统,用于采集和处理所述试验装置中喷淋流量、压力以及加热棒的温度数据；以及电加热系统,用于为所述金属电加热棒提供相应的加热功率。通过本实用新型可以便捷地获得乏燃料棒束喷淋冷却工况下不同衰变热功率和温度限值所需的最小喷淋流量密度。

Description

一种确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置
技术领域
本实用新型涉及一种确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置。
背景技术
AP1000三代压水堆核电站乏燃料池喷淋冷却系统作为核电领域的设计先例，用来应对超设计基准事故如飞机撞击或恐怖袭击下乏燃料池受损、池水排空的特殊工况。目前，喷淋冷却系统的设计是基于冷却水蒸发带走乏燃料组件的衰变热，保守计算出整个乏燃料池所需的喷淋流量和喷淋流量密度(单位面积内的喷淋流量)。即便可以通过试验获得喷淋冷却系统在乏燃料池覆盖区域内的流量密度分布，但对于从堆芯卸出的时间不同、进而衰变热功率不同的乏燃料组件而言，却无法获得对应喷淋流量密度下乏燃料棒能达到的具体温度。
因此,如何提供一种既能够判断已有乏燃料池喷淋冷却系统设计参数下燃料棒的实际冷却效果，又能作为全新乏燃料池喷淋冷却系统的流量设计依据的试验装置和试验方法称为了亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的不足，提出一种确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置，所述试验装置包括:
模拟乏燃料棒束,所述模拟乏燃料棒束由金属电加热棒组成,用于模拟不同衰变热功率的乏燃料棒；
在所述模拟乏燃料棒束的四周设置有保温和透明围护,所述围护用于防止喷淋水的飞溅以及可视化观测；
在所述模拟乏燃料棒束的底部设置密封结构,所述密封结构用于防止所述金属电加热棒热量的散失；
在所述围护的底部设置有疏水管,所述疏水管分别通过第一疏水阀和第二疏水阀与疏水槽以及储水箱相连接；
喷淋供水管路,所述喷淋供水管路用于为模拟乏燃料棒束提供冷却水源；
数据采集和处理系统,用于采集和处理所述试验装置中喷淋流量、压力以及加热棒的温度数据；以及
电加热系统,用于为所述金属电加热棒提供相应的加热功率。
优选地，所述喷淋供水管路包括依次相互连接的水箱、过滤器、喷淋泵、调节阀以及喷嘴。
优选地，在所述喷淋供水管路上还设置有流量计和压力变送器，用于监测喷淋供水的流量和压力。
优选地，所述试验装置还包括集水槽,所述集水槽设置在所述模拟乏燃料棒束的上方,以及所述喷嘴的下方。
优选地，在所述金属电加热棒内部延高度方向设置若干热电偶，用于监测加热棒内壁的温度，并以最高稳定温度作为该金属电加热棒的冷却效果评价指标。
优选地，所述储水箱用于冷态下喷淋水的搜集。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型提供的确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置，通过选取具有典型意义的功率和温度限值，试验获得对应所需的最小喷淋流量密度，即可用来判断现有乏燃料池喷淋冷却系统的实际冷却效果，也可作为其它核电站全新乏燃料池喷淋冷却系统的设计依据，保证乏燃料棒依靠喷淋冷却时的温度远低于燃料芯块或者合金包壳的熔化温度，防止燃料损坏进而造成更严重的放射性事故。
附图说明
图1为本实用新型提供的确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置的示意图。
1—水箱；2—过滤器；3-喷淋供水管路；4-喷淋泵；5-调节阀；6-流量计；7-压力变送器；8-喷嘴；9-集水槽；10-保温和透明围护；11-模拟乏燃料棒束；12-带密封结构的底座；13-疏水管；14-第一疏水阀；15-疏水槽；16-第二疏水阀；17-储水箱；18-数据采集和处理系统；19-加热系统
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，本实用新型所述的确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置，主要包括：
5×5金属电加热棒组成的模拟乏燃料棒束11，金属棒内填埋加热丝，由电加热系统19为每根金属棒提供相应的加热功率，以模拟不同的乏燃料棒衰变热功率。棒束四周设置保温10，底部设置密封结构12，防止电加热棒热量的散失，透明围护10同时可用于防止喷淋水的飞溅以及可视化观测。围护10底部设置有疏水管13，疏水槽15和储水箱17，通过第一疏水阀14和第二疏水阀16进行排水以及冷态下喷淋水的搜集。由水箱1、过滤器2、喷淋泵4、调节阀5、喷嘴8构成的喷淋供水管路3，为乏燃料棒束11提供冷却水源，调节阀5可用于调节供水的流量。供水管路3上设置流量计6和压力变送器7，用于监测喷淋供水的流量和压力。每根加热棒内部延高度方向设置若干热电偶，用于监测加热棒内壁的温度，并以最高稳定温度作为该棒的冷却效果评价指标。数据采集和处理系统18用于采集和处理试验装置中喷淋流量、压力以及各加热棒的温度数据。集水槽9设置在模拟乏燃料棒束11的上方,以及喷嘴8的下方。
本实用新型还提供一种确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
(1)选取典型的单棒衰变热功率以及温度限值，作为不同的试验组合工况；
(2)依次启动数据采集和处理系统、喷淋供水管路和电加热系统，确保测量数据正常，并调节加热系统至所需的功率；
(3)关闭第一疏水阀和第二疏水阀，启动喷淋泵，通过调节阀逐步提高喷淋流量，观察采集到的加热棒内壁温度的变化情况；当内壁温不再上升且低于某一特定限值时，即获得对应加热功率和温度限值下的最小喷淋流量(m3/h)；
(4)停止加热待加热棒完全冷却，打开疏水槽上游第一疏水阀，排空围护内剩余冷却水后关闭第一疏水阀；
(5)保持步骤(3)中最终的调节阀的开度不变，即以步骤(3)获得的喷淋流量进行冷态喷淋，记录若干时间后停泵；
(6)打开储水箱上游第二疏水阀，收集围护内的喷淋水并用电子秤称重；
(7)根据记录的喷淋水重量、喷淋时间以及模拟乏燃料棒束的横截面积，计算获得相应加热功率和温度限值下的最小喷淋流量密度((m3/h)/m2)；
(8)改变加热功率和温度限值，最终获取各试验组合工况下对应的最小喷淋流量密度((m3/h)/m2)。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型提供的确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置，通过选取具有典型意义的功率和温度限值，试验获得对应所需的最小喷淋流量密度，即可用来判断现有乏燃料池喷淋冷却系统的实际冷却效果，也可作为其它核电站全新乏燃料池喷淋冷却系统的设计依据，保证乏燃料棒依靠喷淋冷却时的温度远低于燃料芯块或者合金包壳的熔化温度，防止燃料损坏进而造成更严重的放射性事故。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括:
模拟乏燃料棒束,所述模拟乏燃料棒束由金属电加热棒组成,用于模拟不同衰变热功率的乏燃料棒；
在所述模拟乏燃料棒束的四周设置有保温和透明围护,所述围护用于防止喷淋水的飞溅以及可视化观测；
在所述模拟乏燃料棒束的底部设置密封结构,所述密封结构用于防止所述金属电加热棒热量的散失；
在所述围护的底部设置有疏水管,所述疏水管分别通过第一疏水阀和第二疏水阀与疏水槽以及储水箱相连接；
喷淋供水管路,所述喷淋供水管路用于为模拟乏燃料棒束提供冷却水源；
数据采集和处理系统,用于采集和处理所述试验装置中喷淋流量、压力以及加热棒的温度数据；以及
电加热系统,用于为所述金属电加热棒提供相应的加热功率。
2.如权利要求1所述的确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置，其特征在于，所述喷淋供水管路包括依次相互连接的水箱、过滤器、喷淋泵、调节阀以及喷嘴。
3.如权利要求1所述的确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置，其特征在于，在所述喷淋供水管路上还设置有流量计和压力变送器，用于监测喷淋供水的流量和压力。
4.如权利要求2所述的确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括集水槽,所述集水槽设置在所述模拟乏燃料棒束的上方,以及所述喷嘴的下方。
5.如权利要求1所述的确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置，其特征在于，在所述金属电加热棒内部延高度方向设置若干热电偶，用于监测加热棒内壁的温度，并以最高稳定温度作为该金属电加热棒的冷却效果评价指标。
6.如权利要求1所述的确定乏燃料棒束最小喷淋流量密度的试验装置，其特征在于，所述储水箱用于冷态下喷淋水的搜集。
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